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Einrichtung zur Zündung eines Lichtbogens bei Schweißautomaten mit
einer durch einen Elektromotor selbsttätig verschiebbaren Abschmelzelektrode Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zündung eines Lichtbogens mit einer durch
einen Elektromotor selbsttätig verschiebbaren Abschmelzelektrode und einer mindestens
zwei Relais enthaltenden Steuerung für den Motor, von denen das eine in Abhängigkeit
von der Elektrodenspannung und das andere in Abhängigkeit von dem Elektrodenstrom
erregt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskontakte der beiden
Relais in Reihe in dem Steuerkreis des Vorschubmotors liegen, derart, daß, wenn
beide Relais erregt und damit der Steuerkreis geschlossen ist, der Vorschubmotor
sich nur im Sinne eines Vorschubs der Abschmelzelektrode zum Werkstück hin und mit
konstanter Geschwindigkeit dreht.
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Zur Einleitung des Vorganges wird das Werkstück mit der Elektrodenspitze
berührt, damit ein den Lichtbogen zündender Kurzschluß entsteht. Die Elektrodenspitze
kann dabei von Hand oder mechanisch dem Werkstück genähert werden.
Für
den physikalischen Vorgang der Zündung ist es gleichgültig, ob die Elektrode bereits
unter der Leerlaufspannung der Schweißstromquelle steht, während sie dem Werkstück
genähert wird, oder ob die Elektrode erst dann unter Spannung gesetzt wird, wenn
sie das Werkstück berührt. Der Lichtbogen kann nur entstehen, wenn die Berührungsstelle
zwischen Elektrodenspitze und Werkstück einen so kleinen Querschnitt hat, daß sich
die Spitze beim eintretenden Kurzschluß verflüssigt und teilweise verdampft. Auch
muß die Spitze genügend langsam dem Werkstück gen.ähert werden, damit der Lichtbogen
Zeit hat, sich nach Aufhebung des Kurzschlusses auszubilden, da eine Rückziehung
der Elektrode j a nicht erfolgt.
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Es ist nun bekannt, den Vorschubmotor mittels eines magnetischen Stromrelais;
dessen Erregungsspule im Schweißstromkreis liegt, einzuschalten, sobald die Elektrode
von Strom durchflossen wird. In diesem Falle muß sich der Lichtbogen in sehr kurzer
Zeit ausbilden. Steht nicht genügend Zeit zur Verfügung, so brennt die Elektrdde
insbesondere dann fest, wenn der Berührungswiderstand zwischen Elektrode und Werkstück
gering ist, wenn also der Querschnitt der Berührungsfläche nichtwesentlich kleiner
ist als der Elektrodenquerschnitt.
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Auch ist bekannt, den Vorschubmotor mittels zweier magnetischer Spannungsrelais
. dann. ein- . zuschalten, wenn die Erregungsspulen'beider Relais gleichzeitig unter
Spannung stehen; -- beide- Er= regungsspulen sind zwischen Elektrode und Werkstück
geschaltet. Ein Relais schließt den . Motor-Stromkreis, wenn die Leerlaufspannung
unterschritten wird, das andere Relais, wenn Schweißspannung erreicht ist. Der Vorschubmötor
=beginnt=. also zu laufen, wenn die Elektrode das- Werkstück berührt und die Leerlaufspannung
zusammenbricht, und läuft weiter, wenn unmittelbar darauf zwischen Elektrode und
Werkstück ein Lichtbogen, etitstoht: .
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Es ist aber schwierig, die beiden Spännungsrelais so einzustellen,
daß der Lichtbögen .bei' jeder verwendeten Leerlauf spannung und im ganzen Bereichder
benutzten Schweißspannungen jedesrizäl sicher gezündet wird. Sind die beiden Relais-nicht-aufeinander
abgestimmt, so läuft der ..Vori5chubmotar . nicht zur rechten Zeit an. Läuft ei:-2#u
früh an, so wird die Elektrode gegen das Werkstück gepreßt; -der bereits im Entstehen
gewesene Lichtbogen erlischt, und der Vorschubmotor wird wieder stillgesetzt. Läuft
der Motor zu spät an, so wird der entstandene Lichtbogen länger und länger, bis
er schließlich abreißt, da der Draht nicht rechtzeitig nachgeschoben wurde.
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Nun ist es bei neuzeitlichen Schweißumformern üblich, den verhältnismäßig
kleinen Erregerstrom und nicht- den Schweißstrom selbst zu schalten, um das große
Gleichstromschütz -zu ersparen. Auch ist bekannt, bei magnetisch gesteuerten Schweißgleichrichtern
lediglich den Vormagnetisierungsstrom zu schalten. In diesen Fällen ist die Schweißspannung
nicht unmittelbar nach dem Schältvörgäng in voller Höhe verfügbar; vielmehr steig,,
die Spannung in etwa o,2 bis z,a Sekunden von lull auf die Leerläüfspannüng an.
Man hat daher das Schweißverfahren in der Weise durchgeführt, daß der zum Werkstück
von der Abschmelzelektrode übergehende Lichtbogen durch einen bei Berührung der
Abschmelzelektrode mit dem Werkstück entstehenden Kurzschluß gezündet wurde. Zur
Durchführung dieser Maßnahme war jedoch ein verhältnismäßig großer Aufwand an Verstärkerröhren
mit Leonard-Umformer oder mit Stromtoren oder Magnetverstärker erforderlich.
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Es sind auch Einrichtungen bekannt, bei denen die zu beiden Relais
gehörigen Arbeitskontakte Kurzschlußströme im Läufer eines Wechselstromkommutatormotors
umschalten. Der Motor läuft hierbei nach erfolgter Zündung des Lichtbogens mit wechselnder
Geschwindigkeit und veränderlicher Drehrichtung, wobei die Vorschubgeschwindigkeit
der Elektrode in Abhängigkeit von der Bogenspannung stetig geregelt wird. Diese
stetige Regelung ist infolge unvermeidlicher Zeitverzögerungen für größere Schaltgeschwindigkeiten
ungeeignet, so daß die bekannten Einrichtungen nur niedrige Drahtgeschwindigkeiten
(G,$ m(sec) zulassen.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der geschilderte Zündvorgang
mittels Kurzschluß bei der Berührung der Abschmelzelektrode mit dem Werkstück. in
überraschend einfacher Weise dadurch ermöglicht, daß ein vom Elektrodenstrom abhängiges
Stromrelais und ein vom Spannungsabfall abhängiges Spannungsrelais verwendet werden,
deren in Reihe geschaltete Arbeitskontakte im Stromkreis eines Vorschubmotors liegen.
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Steht die Elektrode bereits unter Leerlaufspannung, während sie von
Hand oder selbsttätig dem Werkstück genähert -wird, so kann der Vorschubmotor noch
nicht anlaufen, da noch kein Strom durch die Elektrode fließt. Erst wenn die Elektrode
das Werkstück berührt, wenn also Strom fließt, beginnt der Drahtvorschub. Bildet
sich nicht unmittelbar nach der Berührung ein Lichtbogen aus, weil-. die- Elektrodenspitze
zu guten Kontakt mit -dem -Werkstück hatte, so bricht der kurzzeitig entstanderie
Spannungsabfall zusammen. Daher wird auch der. Vorschubmotor wieder stillgesetzt.
Der Vorschubmotor kann dann und nur dann anlaufen, wenn Strom durch die Elektrode
fließt und gleichzeitig zwischen Elektrode und Werkstück ein Spannungsabfall besteht,
d. h. also, wenn ein Lichtbogen entstanden ist. Wird die Elektrode erst unter Spannung
gesetzt, wenn sie das Werkstück berührt, so kann selbst dann, wenn die Spannung
nur langsam ansteigt, der Vorschubmotor nur anlaufen, wenn Strom fließt und Spannungsabfall
vorhanden ist, wenn also ein Lichtbögen gezündet ist.
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Zweckmäßig wird der den Drahtvorschub einleitende Spannungsabfall
so gewählt, daß er niedriger als die während des Schweißvorganges auftretende Lichtbogenspannung
liegt. Würde der Spannungsabfall etwa ebenso hoch gewählt wie die Lichtbogenspannung,
so bestünde die Gefahr, daß der Vorschubmotor während des Schweißvorganges bei geringen
Spannungsschwankungen abgeschaltet würde. Natürlich darf der Spannungsabfall auch
nicht
so niedrig gewählt werden, daß er mit der Kontaktspannung vergleichbar wird, die
sich bei Stromfluß einstellt, wenn sich Elektrode und Werkstück berühren.
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An Hand der Figur wird die Einrichtung nach der Erfindung erläutert.
0 und P bezeichnen den Nulleiter und einen Phasenleiter eines Drehstromnetzes. Der
stark gezeichnete Schweißstromkreis umfaßt die Sekundärspule des Schweißtransformators
i, die Elektrode 2, das geerdete Werkstück 3 und die Erregerspule des magnetischen
Stromrelais 4. Die Erregerspule des Spannungsrelais 5 liegt parallel zu dem zwischen
der Elektrode 2 und dem Werkstück 3 einzuleitenden Lichtbogen. Der aus dem Drehstromnetz
gespeiste Vorschubmotor M kann nur anlaufen, wenn beide mit Arbeitskontakten versehene
Relais 4 und 5 erregt sind, also dann und nur dann, wenn Strom fließt und Spannungsabfall
auftritt.
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Natürlich kann die Einrichtung nach der Erfindung mit beliebigen Schweißstromquellen
ausgeübt werden. Sie ist beim Unterpulverschweißen ebenso vorteilhaft wie beim Schweißen
in freier Atmosphäre oder unter Edelgasschutz. Auch bewährt sie sich bei vollautomatischen
Schweißverfahren ebenso wie beim Schweißen mit Handgeräten, bei denen der Schweißdraht
selbsttätig gefördert wird.