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Regelanordnung zum Lichtbogenschweissen
Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung zum Lichtbogenschweissen mit einer im Arbeitsbereich horizontalen oder annähernd horizontal verlaufenden und bei hohen Schweissstromstärken abfallenden Schweissstromspannungscharakteristik, bei der die Schweissspannung im Arbeitsbereich durch eine Regeleinrichtung auf eine gewünschte Spannung automatisch regelbar ist.
Es sind bereits Regelanordnungen der erwähnten Art bekannt, bei welchen die konstant zu haltende Grösse, z. B. die Brennspannung eines Schweisslichtbogens, auf einen Regelverstärker zurückgekoppelt wird, wobei in den Regelverstärker gleichzeitig eine dem Sollwert der zu regelnden Grösse entsprechende Grösse eingespeist wird. Der Regelverstärker verstärkt danach die Differenz zwischen Istwert-und Sollwertgrösse, d. h. also die Regelabweichungsgrösse, und wirkt mit seinem Ausgang auf das Stellglied ein, welches in Serie oder parallel zum Schweissstromkreis geschaltet ist. Man erhält hiebei in einem bestimmten Belastungsbereich der Regelanordnung eine konstante Ausgangsgrösse, z. B. Bogenbrennspannung.
Ein Nachteil der bekannten Regelanordnung besteht beispielsweise darin, dass auch bei nicht gezündetem Lichtbogen bzw. unbelastetem Stromkreis die Ausgangsgrösse konstant gehalten wird. Will man beispielsweise die Lichtbogenspannung konstant halten, so wird der einmal im Regler eingestellte Wert der Bogenbrennspannung auch bei nicht gezündetem Lichtbogen in Form einer Leerlaufspannung aufrecht erhalten. Im Interesse einer zuverlässigen Zündung des Lichtbogens zu Beginn des Schweissvorganges ist es jedoch unbedingt erforderlich, dass die Leerlaufspannung den vom Gesetzgeber zugelassenen Istwert von beispielsweise maximal 77 Volt erreicht. Erst nach Auftreten einer bestimmten Mindeststromstärke sollte gemäss den Erfordernissen der Praxis die Brennspannung konstant gehalten werden.
Die Lichtbogenspannung muss also zu Beginn des Zündvorganges von dem gesetzlich zulässigen Höchstwert der Leerlaufspannung mit steigender Stromstärke mehr oder weniger schnell auf den am Regler eingestellten Wert der Brennspannung absinken und erst danach in einem bestimmten Stromintervall konstant gehalten werden.
Diese bei den bisherigen Regelanordnungen nicht berücksichtigte Problemstellung wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Arbeitspunkt eines in der Regeleinrichtung enthaltenen Regelverstärkers auf eine Grenze des Aussteuerbereiches verschiebbar und auf diese betriebsmässig von vornherein eingestellt ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigt : Fig. l ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Blockschaltbild dargestellt, Fig. 2 einige mit dem Gerät von Fig. 1 erzielbare Strom/Spannungskennlinien.
In Fig. l sind die vom Schweissstrom durchflossenen Leitungen stark, die übrigen hingegen schwach ausgezogen. Ein als Dreiphasentransformator dargestellter Schweisstransformator 1 wird aus einem Drehstromnetz bei RST gespeist. Sekundärseitig liegt ein vom Schweisswechselstrom durchflossener Transduktor2 mit Steuerwicklungen3 und4, dem sich ein SchweiBgleichrichterSinDreiphasenschaItung anschliesst.
Mit Hilfe der Vormagnetisierungswicklung 3 lässt sich eine Beeinflussung des Schweissstromes bzw. der
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zu, in an sich bekannter Weise die Wirkung der Wicklung 3 zu unterstützen. Durch die Bezugsziffer 6 sind die Schweisselektrode und das zu schweissende Werkstück symbolisch angedeutet. Über einen Transfo-
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mator 7 wird dem Drehstromnetz RST eine Wechselspannung entnommen, in einem Gleichrichter 8 gleichgerichtet und einem Spannungsteiler 9 zugeführt. Zwischen einer am Spannungsteiler 9 abgegriffenen Sollwertspannung und einer an Leitungen 10 liegenden Schweissspannung wird die Differenz (Regelabweichung) gebildet und einer Steuerwicklung 11 eines als Regelverstärker wirkenden Transduktors 12 zugeführt, welcher Lastwicklungen 19 besitzt.
Eine Steuerwicklung 13 dient dazu, um mit Hilfe eines Justierwiderstandes 14 den Arbeitspunkt des Transduktors 12 betriebsmässig von vornherein einzustellen. Zu der Regelabweichungsspannung kann eine mittels eines doppelpoligen Umschalters 15 in ihrer Richtung umkehrbare, dem Schweissstrom verhältnisgleiche Spannung summiert werden. Diese letztere Spannung wird einer vom Schweisswechselstrom durchflossenen Leitung über einen Stromwandler 16 entnommen, in ihrer Amplitude mit Hilfe eines variablen Widerstandes 1*7 eingestellt und in einem Gleichrichter 18 gleichgerichtet. Die Steuerwicklung 3 des Transduktors 2 wird von einem Gleichstrom durchflossen, der die Stellgrösse des Reglers für die aus dem Transduktor 2 mit der Steuerwicklung 3 und der Schweissstelle 6 bestehende Regelstrecke darstellt.
Dieser Steuer gleichstrom wird in einem Gleichrichter 20 erzeugt, welcher von einer Hilfswicklung 21 des Schweisstransformators 1 gespeist wird. Der Wechselstrom dieser Wicklung 21 durchfliesst in Form zweier pulsierender Gleichströme die beiden Lastwicklungen 19 des Transduktors 12, in Serie zu den Wicklungen 19 liegende Gleichrichter 22 sowie den als Brücke geschalteten Gleichrichter 20,
Um nun die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. l zu erläutern, sei Fig. 2 herangezogen. Mit Hilfe einer aus dem Schweisstransformator 1, dem Transduktor 2 und dem Schweiss gleichrichter 5 bestehenden Stromquelle lassen sich die-Kennlinien a und b sowie beliebig viele dazwischenliegende Kennlinien erzielen, von denen einige strichpunktiert angedeutet sind, falls die Steuerwicklung 3 von einem konstanten Vormagnetisierungsstrom durchflossen wird.
Ist der Transduktor 2 nicht vormagnetisiert, so wird die Kennlinie a, ist er magnetisch gesättigt, so wird die Kennlinie b erzielt. Der Arbeitsbereich des Transduktors 2 liegt in dem durch die Kennlinien a und b begrenzten Feld. Wird nun am Spannungsteiler 9 eine Sollwertspannung z. B. 30 V abgegriffen, die gleich der gewünschten Schweissspannung (Istwert) ist, die Differenz zu der zwischen den Leitungen 10 herrschenden Schweissspannung gebildet und zur Steuerwicklung 11 des Transduktors 12 geführt, so kann die Kennlinie c erzielt werden.
Zu diesem Zweck wird der durch die Steuerwicklung 13 des Transduktors J2 fliessende sogenannte Vorstrom am Justierwiderstand 14 betriebsmässig von vornherein so eingestellt, dass beim Steuerstrom Null in der Steuerwicklung 11 soeben kein Strom durch die Lastwicklungen 19 und damit auch durch die Steuerwicldung 3 des Transduktors 2 fliessen kann, d. h. also, dass der Transduktor 2 durch die Steuerwicklung 3 nicht vormagnetisiert wird.
Wird nun ein Lichtbogen bei 6 gezündet, so fällt die Schweissspannung von der Leerlaufspannung (77 V) entlang der Kennlinie a ab, bis die Bezugsspannung 30 V (bei der Kennlinie c) erreicht wird. In diesem Augenblick wird die Regelabweichung gleich Null oder kleiner als Null. Der Transduktor 12 öffnet und in seinen Lastwicklungen 19 beginnen nun Ströme zu fliessen, die im Aussteuerbereich des Transduktors 2, also zwischen den Kennlinien a und b, dafür sorgen, dass die Schweissspannung immer gleich der Sollwertspannung (30 V) ist. Steigt der Schweissstrom entlang der Kennlinie c bis zu dem Punkt an, wo die Kennlinie c die Kennlinie b trifft, so wird das Ende des Aussteuerbereiches des Transduktors 2 erreicht und die Schweissspannung fällt mit weiter steigendem Schweissstrom entlang der Kennlinie b ab, bis schliesslich ein Kurzschlussstrom fliesst.
Die Kennlinie setzt sich also aus drei Abschnitten zusammen. Im zweiten Abschnitt, der dem Aussteuerbereich des Transduktors 2 entspricht, ist die Schweissspannung gleich dem Sollwert (Kennlinie c). Da die Sollwertspannung am Spannungsteiler 9 einstellbar ist, lässt sich auch die Höhe der waagrechten Kennlinie c innerhalb des durch die Kennlinien a und b begrenzten Feldes einstellen.
Wird nun zu der am Spannungsteiler 9 abgegriffenen Sollwertspannung ein dem Schweissstrom verhältnisgleicher Spannungsbetrag summiert, so können fallende und steigende Kennlinien erzielt werden, die durch die drei Kennlinien d, e und f charakterisiert sind. Wird der von dem Gleichrichter 18 gelieferte, vom Stromwandler 16 abgeleitete und in seiner Höhe mittels des variablen Widerstandes 17 eingestellte Spannungsbetrag zur Regelabweichungsspannung addiert, was mit Hilfe des Umschalters 15 geschehen kann, so steigt die zusammengesetzte Steuerspannung mit steigender Schweissstromstärke an.
Also steigt auch die Schweissspannung im Aussteuerbereich des Transduktors 2 mit steigender Schweissstromstärke an, d. h. es ergeben sich steigende Kennlinien, die je nach Einstellung des variablen Widerstandes 17 weniger oder mehr ansteigen (Kennlinien d und e). Wird jedoch der der Schweissstromstärke verhältnisgleiche Betrag subtrahiert, was durch den Umschalter 15 bewirkt werden kann, so wird eine fallende Kennlinie der Form f erzielt. Wieder bestehen diese Kennlinien aus drei Abschnitten. Die Schweissspannung fällt mit von Null ansteigendem Schweissstrom, von der Leerlaufspannung ausgehend, zunächst entlang
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der Kennlinie a ab, um dann den Kennlinien d, e oder f zu folgen, worauf sie anschliessend den durch Kennlinie b bestimmten Wert annimmt.
Wird als Transformator 7 ein Konstanttransformator gewählt, so wird die am Spannungsteiler 9 abge- griffene Sollwertspannung unabhängig von Netzspannungs-Schwankungen.
Selbstverständlich kann der Erfindungsgedanke an Stelle von Transduktoren auch mit andern Mitteln, z. B. einem Röhrenregler oder einem Maschinenregler (Amplidyne) in die Praxis umgesetzt werden und lässt sich selbstverständlich auch zur Erzeugung gleichartiger Kennlinien bei Wechselstromschweissstromquellen, z. B. Transformatoren oder rotierenden Umformern sowie bei Gleichstromumformem anwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regelanordnung zum Lichtbogenschweissen mit einer im Arbeitsbereich horizontal oder annähernd horizontal verlaufenden und bei hohen Schweissstromstärken abfallenden Schweissstromspannungscharakteristik, bei der die Schweissspannung im Arbeitsbereich durch eine Regeleinrichtung auf eine gewünschte Spannung automatisch regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitspunkt eines in der Regeleinrichtung enthaltenen Regelverstärkers (12) auf eine Grenze des Aussteuerbereiches verschiebbar und auf diese betriebsmässig von vornherein eingestellt ist.