SE518120C2 - Anordning med mätvärdesöverföring - Google Patents

Description

_. r x 518120 2 Ofta används en transformator för att ansluta HF-spänningen till svetsledaren. Karaktär- istiskt är då, att transformatoms sekundärlindrring är dimensionerad för att tåla hela svets- strömmen. Skälet till denna transformatoröverföring kan vara personsäkerhetsrelaterade krav.

När själva HF-donet medger transformatorlös anslutning, förekommer ofta likväl en induktor 5 med eller utan kärna ansluten mellan strömkälla och HF-don för att förhindra HF-spänningen att gå in i strömkällans effektdel.

På grund av höga svetsströmmar och ibland långa svetskablage blir spänningsfallet över kablarna besvärande stort om spänningsmätningen sker vid svetsströmkällans anslutningar.

Därför sker mätningen med fördel i direkt närhet av elektroden, och en separat mätledning för 10 tillbaka spänningsvärdet till strömkällan. Eftersom återledaren från arbetsstycke till ström- källan ofta kan dimensioneras för minimalt spänningsfall, medan svetsledaren måste dimen- sioneras klenare på grund av krav på bland annat hanterbarhet för Svetsare eller automatisk svetsbrännarmanipulator, kan i dessa fall mätningen ske relativt strömkällans återledaruttag, och därmed blir en enda mätledning tillräcklig. 15 Ett problem med nämnda HF-spänning är, som närrmts inledningsvis, att den är krafiigt störande för elektronikkomponentema i strömkällan. Funktionsstömingar och även kompo- nenthaverier blir följden om inte elektroniksystemet avskännas med mycket stor omsorg.

Det är känt att som schematiskt visas i fig. 1 anbringa ett filter i mätledningen för att hindra HF-spänningen att nå strömkällans styrdel. 20 Ett andra problem är svårigheten att vid den höga frekvensen upprätthålla tillräcklig impedans mot övrig utrustning så att HF-spänningen inte dämpas på vägen från HF-don till svetselektrod.

Vid dimensionering av ovanstående filter måste en kompromiss uppnås mellan god dämpning av HF-spänningen gentemot styr- och/eller mätdelen, låg dämpning av HF - 25 spänningen vid elektroden samt låg dämpning av den mätta svetsspänningen.

Ett ytterligare problem är att den höga HF-spärmingen bryter ned isolationen vid långvarig exponering, om inte stora isolationsavstånd och högvärdigt isolationsmaterial används.

Ovannänmda filter måste på grund av detta senare problem byggas extremt robust. 30 Högvärdiga komponenter, stora isolationsavstånd, krav på ingj utning för att undvika korona- effekter etc leder till stora fysiska mått liksom hög kostnad. För att undvika kapacitiv dämp- ning av HF-spänningen måste filtret placeras nära elektroden. Måtten gör att mätledningen ofta får dras fysiskt åtskild från svetsledaren, vilket ytterligare påverkar HF-spänningen n n ~ a a. o n 5 1 8 1 2 0 3 ogynnsarnt, då dämpningen via kapacitansen mot jord ökar vid förläggning på exempelvis golv.

Uppfinningens syfte Uppfinningens syfte är att anvisa en anordning som ger en lösning på ovanstående prob- 5 lem utan att uppvisa de nackdelar som vidlåder känd teknik.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att filtret i fig. 1 ersätts med en extra lindning på befintlig transformator eller induktor samt att denna lindning fortsättningsvis benämnd mätlindning på styrdelssidan avkopplas med kondensator enligt fig. 2 eller fig. 3.

Mätlindningen består av en klen kabel med god isolation, som lindas tillsammans med lind- 10 ningen som leder svetsströmmen. Mätlindningen skall i huvudsak ha samma antal varv som denna svetslindning och ha samma lindningsriktning.

Principen är, att det induceras lika hög HF-spärming i mätlindningen som i svetslindning- en. De båda lindningarna avkopplas som visas i fig. 2 och 3 med kondensatorer i änden mot strömkällans styr- och/eller mätdel resp. effektdel, så att HF-spänningen där blir försumbar. 15 Eftersom lindningsriktningen är gemensam blir potentialskillnaden mellan mätledning och svetsledning låg, och ledningama kan kopplas ihop i exempelvis samma punkt i svetshuvudet utan att HF-spänningen mellan elektrod och arbetsstycke dämpas i någon högre grad.

Mätledning och svetskabel kan med fördel förläggas i samma ytterhölje, vilket ger ett robust och smidigt kablage. 20 Fördelarna är synnerligen påtagliga. Ett smidigare kablage blir möjligt. En mycket lägre dämpning av HF-spärmingen jämfört med tidigare lösningar ger vid oförändrad frekvens och spänning ut från HF -donet markant förbättrade tändegenskaper för strömkällan och dänned kortare inkopplingstid för HF-donet, vilket i sig leder till längre livslängd för HF-exponerade komponenter och mindre emission av störande strålning. Altemativt kan den minskade dämp- 25 ningen utnyttjas för att minska frekvens och/eller spänning ut från HF-donet och därmed ytterligare minska emission mot omgivande utrustning, vilket kan vara avgörande för möjlig- heten att över huvud taget utnyttja HF-don i störkänslig miljö. Dessutom blir tillverknings- kostnaden radikalt lägre än med tidigare teknik.

Kort ritningsbeskrivning 30 Fig.l visar schematiskt ett exempel på anordning enligt känd teknik med filter i mätledningen från verktyget. 10 15 20 25 30 o a ø ø o: n 5 1 8 1 2 0 4 Fig. 2 visar motsvarande uppkoppling fast enligt uppfinningen, då HF-spänningen påförs processkabeln via en transformator med två samlindade sekundärlindningar - effektlindning och mätlindning.

Fig. 3 visar alternativ utföringsform med induktor i processkabeln och med samlindad mätlindning.

Fig. 4 visar exempel på kurvforrner för HF-spänningen. Det framgår att spänningen är ca 8 kV och frekvensen 100kHz - 5MHz Beskrivning av föredragna utföringsformer Exempel på utföringsformer av uppfinningen skall nu presenteras i anslutning till ritning- ama. En typisk utrustning för mekaniserad TIG-svetsning av exempelvis rörskarvar får utgöra exempel för uppfinningen. En sådan innefattar strömkälla 1, svetskabel 11, svetsbrännare 13 med elektrod 14, återledarkabel 12 från arbetsstycket 15. Strömkällan innefattar effektdel 6, styrdel 5, manöverenhet 4, motordrivning 3 för positionering av svetshuvudet dels längs fogen, dels i höjdled och ibland även i sidled, HF-don 2, transformator 88 för galvanisk avskiljning och upptransfonnering av spänningen från HF-donet samt kondensator 7 för HF- avkoppling.

För att etablera ljusbågen aktiveras HF-donet 2 kortvarigt under det att effektdelen lägger ut tomgångsspänning till svetsbrånnaren. När skyddsgasen som matas genom svetsbrännaren joniserats av HF-gnista mellan elektrod och arbetsstycke börjar ström flyta från effektenheten 6 genom effektlindning 8; 98, svetskabel 11, elektrod 14, ljusbåge, arbetsstycke 15 och återledarkabel 12. Spänningen över ljusbågen är nu i storleksordningen 8 - 15 V. Över svetskabeln uppstår beroende på strömmens storlek ett spänningsfall på 0,5 - 3 V och över återledarkabeln typiskt 0,1 - 0,8 V. Eftersom ljusbågsspänningen är beroende av ljusbågslängden används denna som reglerparameter då styrdelen 5 styr ut motordrivning 3 för höj dhållning av brännarhuvudet. Typiskt för TIG-svetsning är att strömmen pulsas och därmed varierar spänningsfallet över framför allt svetskabeln l 1. Det är bland annat av detta skäl mycket angeläget att mäta bågspänningen nära elektroden 14. Därför anordnas en separat mätledning 10 från brännare 13 till styrdel 5. Problemet att skydda styrdelen från HF-spän- ningen har tidigare lösts med ett filter 9. Svårigheterna att bygga det, så att det dämpar HF- spänningen tillräckligt mot styrdelen utan att samtidigt belasta och därmed dämpa HF- spänningen vid elektroden samt problemen att långsiktigt motstå den höga spänningen har tidigare berörts. En långt elegantare, effektivare och mera ekonomisk lösning är att införa en u u ø | o. 518120 5 mätlindning 16 som vid tillverkningen av HF -transforrnatorn 88 samlindas med sekundärspolen 8 på denna. Samma spänning induceras på 16 och 8 och dänned belastas inte HF-spänningen vid elektroden av mätledningen 10. Kapacitiv belastning mellan mätkabel och jord kan nu också undvikas genom att mätkabeln förläggs i omedelbar anslutning till 5 svetskabeln 1 1, som ju har samma potential som mätkabeln så när som på några få volts spänningsfall på grtmd av svetsströmmen. På detta sätt har den extra belastning som mätkabeln utgjorde för HF-spänningen vid svetsbrännaren i stort sett eliminerats.

Kondensator 17 avkopplar eventuell restspänningen från HF-spänningen på styrdelens ingång.

En andra utfóringsfonn visas i fig. 3, där HF-donet i sig genererar tillräcklig spänning 10 och år galvaniskt skilt från nätspänning. Någon transformator behövs då inte, men en induktor 99 krävs för att skydda effektdelen 6. På sannna sätt sarnlindas en mätlindning 16 med induktorlindningen 98.

I fig. 4 visas exempel på spänning/tidsdiagram for HF-spänningen. Skurar av de avbildade pulserna uppträder med en repetitionsfrekvens på 50 - 600 Hz så länge HF -donet är 15 aktiverat.

Många olika typer av utrustningar har det gemensamt att de använder HF-spärming for att skapa en gnista över ett gap fyllt med någon gas eller gas/vätskeblandning. I alla fall där mät- ning av någon parameter såsom gnisttid eller bågspärming i direkt anslutning till detta gnist- gap är aktuell erbjuder uppfinningen ett elegant sätt att utan menlig inverkan på gnistan, an- 20 sluta en mätkabel och samtidigt skydda den mätande utrustningen från skadlig högspärming.

Claims (7)

518120 6 PATENTKRAV

1. l. Anordning för material- och/eller energiövertöring medelst elektrisk ljusbåge mellan verktyg (13) och mottagare (15), innefattande effektdel (6), styr- och/eller mätdel (5), HF -don 5 (2), som alstrar högfrekxfent högspänning, en första komponent (7) med låg impedans m a p högfrekvent högspänning ansluten till effektdelens och effektlindningens förbindningspunkt, processkabel (1 1) för energitransport till verktyget, mellan processkabeln och effektdelen anbringat induktivt element med effektlindning (8; 98), mätledning (10) samt mellan denna och styr- och/eller inätdelen anbringat störundertryckande element (16), kännetecknad av att 10 det störundertryckande elementet innefattar en mätlindning (16), anordnad så att den inducerade spänningen i denna och i effektlindningen (8; 98) har lika polaritet med avseende på verktyget.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknar! av att det störundertryckande elementet också innefattar en andra komponent (17) med låg impedans m a p högfrekvent högspänning, 15 ansluten till styr- och/eller inätdelens (5) och mätlindningens (16) förbindningspunkt, vilken komponent dämpar eventuell restspänning från PIF-spänningen, och att effektlindningen ( 8; 98) och mätlindningen ( 16) i huvudsak har samma antal varv,

3. Anordning enligt krav l eller 2, kännetecknar! av att mätledning (10) och processkabel ( ll) är förlagda i omedelbar närhet av' varandra. 20

4. Anordning enligt något av tidigare krav, kännetecknad av att effektlindning och rnätlindning är samlindade.

5. Anordning enligt något av tidigare krav, kännetecknar! av att effektdelen (6) utgör en strömkälla för likström.

6. Användning av anordning enligt något av tidigare krav vid ljusbågssvetsning. 25

7. Användning av anordning enligt något av kraven 1 - 5 vid mekaniserad TIG- svetsning.