DE69117998T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Schweisszyklus - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Technik des Lichtbogenschweißens unter Verwenden einer abschmelzenden Elektrode und insbesondere eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zum Kurzschluß-Lichtbogenschweißen.
• Inhaltsaufnahme durch Nennung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des Spritz-Regelsystems des allgemeinen Typs, beschrieben in dem Patent Nr. 4 866 247 und Nr. 4 717 807 des Anmelders Diese veröffentlichten Patente werden durch Nennung als Hintergrundinformation mitaufgenommen und zur Diskussion des Konzeptes der Spritz-Regeltechnik mitaufgenommen, auf welche die vorliegende Erfindung insbesondere gerichtet ist. Zusätzlich wird die 4 020 320 von Pijls ebenfalls durch Nennung mitaufgenom men, welche sich mit einem Kurzschluß-Lichtbogenschweißsystem zur Erzielung einer konstanten Wulstgröße beschäftigt.
HINTERGRUND
• In den zurückliegenden Jahren wurden umfangreiche Anstrengungen dem Verbessern des Kurzschluß-Lichtbogenschweißens durch Steuern der verschiedenen Abschnitte des Schweißzyklus gewidmet, wobei jede einen Kurzschlußzustand aufwies, welcher von einem Lichtbogenzustand gefolgt wurde. Während des Kurzschlußzustandes kommt der an dem Ende des hervorstehenden Schweißdrahtes ausgebildete Metalltropfen mit dem geschmolzenen Metallbad auf dem Werkstück in Kontakt, was einen hohen Stromfluß durch den abschmelzenden Schweißdraht und den geschmolzenen Metalitropfen bewirkt. Dieser Kurzschlußzustand wird von einem elektrischen Pinch-Vorgang beendet, was das den geschmolzenen Tropfen an dem Draht bildende Metall veranlaßt, sich elektrisch zusammenzuziehen und danach von dem Schweißdraht in einem explosionsartigen Vorgang, häufig auch als "Zündung" oder "das Zünden" bezeichnet, wegzubrechen. Das Stromflußregeln während des Kurzschlußabschnitts des Lichtbogenzyklus wird von dem Stromversorgungs-regelkreis bewerkstelligt. Zusätzlich ist gewöhnlich ein Früherkennungskreis vorgesehen, so daß ein gegebenes Anwachsen des dv/dt ein drohendes Ausbilden der Zündung anzeigt. Demzufolge kann der Schweißstrom auf ein Hintergrundniveau IB oder auf einen niedrigen Wert abgesenkt werden, kurz bevor das Zünden auftritt. Auf diese Art und Weise ist die Energie der Zündung während eines jeden Schweißzyklus drastisch reduziert. Dieses mindert Spritzen bei der Beendigung des Kurzschlußzustandes. Verschiedene Schaltkreise zum Regeln des Stromflusses während des Kurzschlußabschnitts oder -zustandes des Schweißzyklus sind aus dem Stand der Technik als Spritz-Regelkreise bekannt, seit die Zündung als die Hauptquelle des Spritzens während des Kurzschluß-Lichtbogenschweißens angesehen wird.
• Die EP 0 133 448 A1 beschreibt einen Schweiß-Kreislauf der Mittel zum Steuern der Gestalt eines Strompulses aufweist, wobei die Gestalt einen Abschnitt mit anfänglich rapidem Anwachsen des Stromes und einen nachfolgenden Abschnitt konstanter Stromstärke aufweist, wobei sich die Abschnitte an einem Knickpunkt kreuzen, um einen elektrischen Pinch-Vorgang wie oben beschrieben vorzusehen. Aufgrund der Lichtbogenerzeugung nach der Zündung wird der Schweißstrom erhöht, um einen höheren Energiepuls für eine vorbestimmte Zeitperiode (Plasmazündungsabschnitt) zu schaffen. Nach dieser Periode wird die Spannung auf einen zweiten Plasma-Abschnitt mit einer reduzierten Spannung gemindert, um das Wachsen des Schmelztropfens auf eine unnötig große Größe zu verhindern und den Schmelztropfen in dem Schmelzbad so schnell wie möglich kurzzuschließen. Dieses zweite Spannungsniveau wird aufrechtgehalten, bis der geschmolzene Metalltropfen das Schmelzbad berührt und ein Kurzschluß auftritt.
• Andere ein Spritzen erzeugende Dynamiken beim Schweißvorgang wurden vom Anmelder erkannt und frühere Patente haben neuartige Regelungskonzepte vorgesehen, um das durch solche Dynamiken bewirkte Spritzen zu mindern. Ein Konzept war, einen einer leichten Zeitverzögerung nach dem Zünden folgenden hohen Energiepuls vorzusehen, so daß der der Zündung nachfolgende Lichtbogenzustand von einem Strompuls hoher Energie, manchmal als ein "Plasmazünd"-Puls bezeichnet, initiiert werden kann. Durch Verwenden eines Plasmazündstrompulses hoher Energie kurz nach Inituerung eines Lichtbogenzustandes in dem Schmelzzyklus trat unmittelbar ein Schmelzen an der Spitze des dem geschmolzenen Metallbad auf dem Werkstück zugeführten Schweißdrahtes durch Anodenaufheizung auf. Dieses unmittelbare Schmelzen erlaubte das Ausbilden eines geschmolzenen Metalltropfens mit gleichförmiger Größe an dem Ende des Drahtes, welcher Tropfen danach auf das Bad des geschmolzenen Metalls zubewegt wurde, wenn der Draht dem Werkstück zugeführt wurde. Nach dem Plasmazündpuls des Stromes wurde ein Plasmazustand durch Mindern des Schweißstromes auf ein Niveau unter dem Plasmazündniveau, aber größer als das Stromgrundniveau erzeugt. Dieser reduzierte Stromstärkenmode wurde danach beendet und ein Hintergrundstrom IB wurde durch den Bogen geschickt, um den Schmelzzustand des geschmolzenen Tropfens bis zum nächsten Kurzschluß aufrechtzuhalten. Durch Regeln des Stromniveaus und Verwenden einer festen Zeit für den Plasmazündimpuls wurde die Energie in dem Plasmazündimpuls reguliert. Das Ende des Drahtes wurde abgeschmolzen, um einen geschmolzenen Metalltropfen auszubilden, der eine ungefähr gleichmäßige Größe basierend auf einer während des Plasmazündstrompulses aufgebrachten Energiemenge und des anschließenden Plasmaabschnitts aufweist. Nach dem Plasmaabschnitt wurde der Lichtbogen auf einem einen Schmelzzustand aufrechthaltenden Grundstromniveau betrieben, bis der Kurzschluß auftrat.
• Solch ein Schweißkreislauf wird in der EP 0 324 960 A1 beschrieben. Weiter beschreibt dieses Dokument einen Plasmazustand, der einen Schweißkreislauf mit einer Stromstärke unter dem Plasmazündniveau aber größer als ein Grundstromniveau erzeugt. Nach einer gewissen Zeitdauer wird der Plasmazündabschnitt der Stromstärke während des Plasmazustandes überlagert. Wie weiter oben beschrieben, ist die Energie in dem Plasmazündabschnitt durch Regeln des Stromniveaus und Verwenden einer festen Zeit für den Plasmazündabschnitt reguliert. Zusätzlich schlägt dieses Dokument vor, die Stromstärke stufenweise von dem Grundstromstärkenniveau auf einen gewissen Spitzenwert für eine gewisse Zeitdauer nach Auftreten der Zündung zu steigern und anschließend die Stromstärke stufenweise von diesem Spitzenwert auf das Grundstromniveau abzusen ken. Die Menge an in den geschmolzenen Metalltropfen eingeleiteter Energie während des Anwachsens und des Absenkens der Stromstärke mit einer gewissen Zeitkonstante entspricht in etwa der Menge an in das geschmolzene Metallbad eingeleiteter Energie während des Plasmazustandes mit schrittweiser Stromstärkenregelung.
• In der Vergangenheit wurde die Menge an in den Draht während des Lichtbogenzustandes des Schweißzyklus eingeleiteter Energie geregelt, um eine ausgewählte Menge an Schmelzenergie zu erzeugen. Das Plasmazünden und der nachfolgende Plasmazustand wurden zum Regeln der Menge an in den Draht eingeleiteter Energie geregelt, wie es in Vorbereitung zum Kurzgeschlossenwerden aufgeschmolzen wurde und durch Oberflächenspannung von dem Schweißdraht auf das geschmolzene Metallbad an dem Werkstück übertragen wurde. Es wurde vorgeschlagen, eine konstante Wattleistungsregelung des Plasmazündabschnitts des zum Schmelzen des vorstehenden Schweißdrahtes aufgewendeten Plasmas zu schaffen. Um dieses durchzuführen, wurden die Joule während des Pinch-Zyklus, des Plasmazündabschnitts und des Lichtbogenplasmaabschnitts des Schweißzyklus gemessen. Wenn die Joule sich auf ein gewisses Niveau aufsummiert hatten, wurde der Plasmaabschnitt des Zyklus beendet und die Stromstärke wurde auf dem Grundniveau in Erwartung eines nachfolgenden Kurzschlußzustandes gehalten. Auf diese Weise trat eine feste Energieansammlung während jeden Plasmazündens und jeden Plasmaabschnitts des Schweißzyklus durch Beenden der Plasmazeit ein, wenn die Messung der auf summierten Energie ein gewisses Niveau erreichte. Dieser Vorgang arbeitete extrem gut in der Anwendung. Trotzdem wurden Änderungen in der Drahtvorstehlänge als relativ kleine Änderungen in der insgesamt wäh rend eines gegebenen Schweißzyklus zugeführten Energie zurückgeliefert. Demzufolge ist es schwierig, den Schweißstrom genau zu regeln, um relativ kleine Änderungen in der Drahtvorstehlänge von einem Schweißzyklus zum nächsten zu kompensieren. Daher variierte die Genauigkeit der zugeführten Energie mit Veränderungen in den Vorstehlängen oder Ausmaßen.
• Zusätzlich haben die früheren Spritz-Regelungssysteme, welche beträchtlich im Vergleich zu den anderen Systemen verbessert waren, ein plötzliches Absinken im Strom zwischen dem Plasmazündabschnitt des Heizkreislaufs und dem Plasmaabschnitt zur Folge, welcher zweite Abschnitt anschließend beendet wird, sobald die auf summierte Energie ein gewisses Niveau erreicht. Dieses plötzliche Absinken im Schmelzstromfluß von dem Plasmazündabschnitt auf den Plasmaabschnitt kann ein Schütteln des Schweißpuddels hervorrufen, was zu unbeabsichtigtem Kurzschluß oder anderen, ein Spritzen erzeugenden Mechaniken führen kann. Weiter wird der Pinch-Regelkreis, wenn solch ein Kurzschluß während des Plasmaabschnitts des Kreislaufs auftritt, sofort initiiert.
• Der Pinch-Regelvorgang wird einen Stromfluß bei hohem Niveau bewirken, woraus ein plötzliches Trennen des Metallverbundes während des unbeabsichtigten Kurzschluß resultiert. Solch plötzliche Trennung des Metalls tritt auf, bevor der Früherkennungsschaltkreis (dv/dt-Kreis) initiiert wird; daher wird die Zündung nicht erkannt und es tritt kein plötzliches Absinken in dem Schweißstrom vor der Metallseparation auf.
• m Demzufolge findet solch eine Metallseparation bei höherer Stromstärke statt und kann in einer gewissen Menge an Spritzern resultieren.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regeln des Spritzens bei einem Schweißproze eines Kurzschlußtypen-Schweißvorgangs und wird mit Bezug auf diese Art des Schweißens beschrieben; trotzdem hat die Erfindung weitere Anwendungsmöglichkeiten, welche während der Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden. Die Erfindung betrifft eine weitere Verfeinerung eines Spritz-Regelsystems der beschriebenen Art in den durch Nennung mitaufgenommenen Patenten und überwindet die spezifischen Situationen, die in dem Einleitungsabschnitt beschrieben wurden.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Kompensation von geringen Änderungen in den Schweißdrahtvorstehlängen geschaffen, welche zu leichten Abweichungen in der in den Schweißdraht während des Plasmaabschnitts des Schweißzyklus eingeleiteten Schmelzenergie führen kann und dadurch einige Abweichungen in der Tropfengröße bewirken kann. Bezüglich dieses Aspektes wird der Spannungsabfall in dem Drahtvorstand während der frühen Phase des Pinch-Abschnitts des Schweißzyklus gemessen. Diese Messung der Vorstehspannung wird durchgeführt, wenn die Pinch-Stromstärke nahezu die gleiche Größe in jedem nachfolgenden Schweißzyklus eingenommen hat und wird für eine sehr kurze Zeit, kürzer als 500 ms, durchgeführt. Wenn sich die Drahtvorstehlänge während des Schweißprozesses ändert, werden die Abweichungen in der Vorstehlänge als ein Wechsel in der Meßspannung während des Pinch-Abschnitts des Schweißzyklus zurückgeliefert. Dieses Spannungsmessen von kurzer Dauer wird vorgenommen, wenn die Stromstärke nahezu gleichförmig ist und eine Serie von Spannungsspitzen erzeugt, die eine kurze Dauer und eine Spannungsgröße haben, die gleich dem Produkt der angelegten Pinch-Stromstärke mal dem Widerstand aufgrund des Elektrodenvorstands ist. Diese Größe des gemessenen Spannungsniveaus ist der aktuellen Länge des Drahtes proportional. Das Niveau wird durch Mitteln der Spannungsniveaus der schmalen Spannungsspitzen während nachfolgender Kurzschlußzyklen aufgezeichnet. Das durchschnittliche Spannungsniveau oder -wert ist eine Messung der Drahtvorstehlänge und entspricht der Spannung, die über die Vorstehlänge während des Schweißzyklus anliegt. Diese Vorstehlänge in Spannungsform wird mittels der Stromstärke während des Plasmazündungspulses multipliziert, so daß die Wattleistung eines Plasmazündungs pulses durch die gemittelte Vorstehspannung geregelt ist. Das Produkt der Vorstehspannung mal der Stromstärke während des Plasmazündungsabschnitts des Schweißzyklus wird anschließend mit einem Referenzwert für die Wattleistung des Drahtes zum Zwecke des Regelns der Schweißstromstärke verglichen. Dieses Konzept hält eine konstante Elektrodenvorsteh-Wattleistung während eines jeden nachfolgenden Plasmazündungsabschnitts des Schweißzyklus aufrecht. Demzufolge wird die gleiche Tropfengröße aufgeschmolzen und an dem Ende des Drahtes während jeden Plasmazündungsabschnitts unabhängig von der Abweichung in der Vorstehlänge des Drahtes von dem Drahthalter erzeugt. Diese Art des Kreislaufs stellt eine Verbesserung der bekannten Spritzregelsysteme dar und steigert wesentlich das einfache Schweißen, während die gewünschte Spritzkontrolle weiter aufrechtgehalten wird. Die Bedienungsperson stellt die Referenzwattleistung vor einem Schweißvorgang durch Halten der Vorstehlänge auf einem gewünschten Wert während des anfänglichen Schweißens ein. Der Stromfluß während des Plasmazündungsabschnitts des Schweißzyklus wird geregelt, um die aktuelle Wattleistung in dem Schweißdraht auf einem gewünschten Niveau unabhängig von Veränderungen in der Vorstehlänge aufrecht zuhalten.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Referenzwattleistung für die Plasmazündung durch Anwenden des gleichen Meßkonzeptes schmaler Spannungsspitzen zum Bestimmen der Drahtvorstehspannung während einer relativ kurzen Zeitdauer und zu einem spezifizierten Zeitpunkt des Pinch-Abschnitts des Schweißzyklus erzeugt. Bei diesem Kurzschlußzustand ist die Spannung die Vorsteh- oder Abstehspannung. Wenn eine Bedienungsperson anfänglich den Schweißdurchlauf oder die -prozedur startet, wird die Schweißstromspannung während des Plasmazündungsabschnitts des Schweißzyklus geregelt, um eine feste Stromstärke während des Energiezündungs abschnitts zu erhalten. Die aktuell gemessenen Spannungsniveaus als Indikatoren der aktuellen Vorstehlänge beim Anlaufen des Verfahrens jedoch werden gespeichert und während dieses anfänglichen Startvorgangs gesichert. Daher wird, während die Bedienungsperson das gewünschte Abstehen während des anfänglichen Anlaufens aufrechterhält, die Referenzwattleistung mittels Multiplizierens der für die gewünschte Vorstehlänge indikativen gespeicherten Spannungsspitze mit der nachfolgenden Plasmazündstromstärke erzeugt und dieses Produkt gemittelt und als Referenzwattleistungswert gespeichert. Anschließend wird diese anfänglich erzeugte Referenzwattleistung verwendet, die Schweißstromstärke während des Plasmazündungsabschnitts des Schweißzyklus für den Rest des Durchlaufs in Entsprechung mit dem gemittelten Probenspannungsniveau zu regeln, wobei die aktuelle Drahtvorstehlänge bei jedem Pinchpuls gemessen wird, um eine konstante Vorstehwattleistung während der Plasmazündung aufrechtzuhal ten. Da die Spannungsmessung sowohl für den Referenzwattleistungs-Startvorgang als auch den anschließenden Schweißvorgang während eines Kurzschlußzustandes durchgeführt wird, ist die gemessene Spannungsgröße der Indikator für die Spannung in dem Draht während des Kurzschlusses. Diese Spannung ändert sich gemäß dem Vorstehen oder Abstehen des Schweißdrahtes. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kondensator mit einer Spannung versorgt, die proportional zu dem allgemeinen Stromniveau während des Plasmazündungsabschnitts des Schweißzyklus ist. Nach dem Plasmazündungsabschnitt wird der Plasmaabschnitt initiiert. Zu diesem Zeitpunkt entlädt ein Rheostat den geladenen Kondensator und das Stromniveau des Plasmaabschnitts folgt einer mittels des Entladevorgangs erzeugten zeitkonstanten Kkurve. Dieser Entladevorgang bewirkt, daß sich eine Spannung entlang einer zeitkonstanten Kurve von einem Hochniveauindikator des Stromniveaus während der Plasmazündung zu einem niedrigen Niveau während des Plasmaabschnitts abschwächt. Das Regelsystem bewirkt, daß der Schweißstrom gemäß einer dieser Spannungsabschwächkurve entsprechenden Kurve fließt. Auf diese Weise tritt ein Abschwächen des Stromes nach dem Plasmazündungsabschnitt auf, um ein schnelles Absinken des Stromes zwischen diesen beiden Lichtbogenabschnitten des Schmelzvorgangs des Drahtes zu verhindern. Diese Vorgehensweise reduziert die Puddelschüttelung durch langsames Reduzieren des Schweißstromes anstelle des abrupten Reduzierens des Schweißstromes, wie es früher nach der Schweißzündung durchgeführt wurde. Ungleichmäßiges Reduzieren des Schweißstromes nach dem Plasmazündungsabschnitt und vor dem Plasmaabschnitt bewirkte Änderungen in dem auf den Schweißpuddel ausgeübten Druck und bewirkte ein gewisses Maß an Metallschüt teln. Durch Reduzieren der Stromstärke in einer langsamen, kontinuierlichen Abschwächung wird der Lichtbogendruck auf das Schmelzbad langsam reduziert. Dieser Vorgang dämpft die Schmelzpuddelschüttelung. Die Zeitkonstante für die Stromabschwächung kann durch Einstellen des Rheostates verändert werden. Der Plasmaabschnitt des Zyklus kann sofort auf das Hintergrundstromniveau in einem abrupten Vorgang zum Beenden des Plasmaabschnitts geschaltet werden, wenn die Schmelzenergie ein gewisses Niveau erreicht. Diese Schaltaktion wird bei einem niedrigen Stromniveau durchgeführt und ruft kein Schütteln des geschmolzenen Metalls in dem Puddel hervor. Durch Vorsehen einer Maximalzeit für den Plasmaabschnitt hat der Plasmaabschnitt des Schmelzzyklus keine übermäßig lange Verzögerungszeit, welche auftreten könnte, wenn eine höhere Zeitkonstante in dem Abschwächkreislauf verwendet wurde. Dieser Aspekt der Erfindung reduziert stufenweise die Plasmastromstärke und hält ein ruhiges Bad aufrecht, um die Wahrscheinlichkeit eines sofortigen Kurzschlusses zu reduzieren. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zum Bewältigen eines unbeabsichtigten Kurzschlusses während der Plasmazündung oder des Plasmaabschnitts des Schweißzyklus vorgesehen. Es ist möglich, daß während des Lichtbogenzustandes des Schweißzyklus ein Kurzschluß auftreten kann. Dieser Kurzschluß wird durch ein plötzliches Abfallen in der Lichtbogenspannung erkannt, dessen Detektion den Pinchimpuls einschließlich seiner anfänglichen Verzögerung initiiert. Da der Metallkontakt durch eine Bewegung des Puddels, die den Kontakt mit der Elektrode herstellt, bewirkt wird, neigt das Metall während der anfänglichen Verzögerung des Pinch-Zyklus aufgrund der Schwerkraft dazu, von der Elektrode abgezogen zu werden. Dies kann einen reduzierten Metallkontaktbereich während des unbeabsichtigten Kurzschlusses verursachen. Das Metall kann ziemlich schnell durch den hohen Stromfluß abgesondert werden, so daß eine Zündung bewirkt wird, bevor der Früherkennungs- dv/dt-Stromkreis bei dem normalen Knickpunkt initiiert werden kann. Dieses könnte heftiges Puddelschütteln aufgrund des vorzeitigen Kurzschlusses verursachen. Dieser vorzeitige Kurzschluß kann auftreten, wenn ein Teil des Schmelzpuddels hochsteigt und das geschmolzene Metall am Endes des Schmelzdrahtes berührt. Oberflächenspannung und Schwerkraft ziehen dann abrupt die gekürzte Masse von geschmolzenem Metall zurück in den Schmelzpuddel. Die Oberflächenspannung unterbricht die Zündung, bevor der Früherkennungsschaltkreis aktiviert werden kann. Dies verursacht Spritzen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein vorzeitiger unbeabsichtigter Kurzschlußzustand durch eine gesteigerte Spannung erkannt. Wenn festgestellt wird, daß diese gesteigerte Spannung kein normaler Kurzschluß ist, wird der Knickpunkt des Pinch-Impulses sofort auf ein Stromniveau gesenkt, wie eines von ungefähr 20 % des Stromes im ursprünglichen Knickpunkt. Durch Mindern des Knickpunktstromes verlagert sich der Pinchimpuls zu dem graduellen Stromverlauf, sobald der Pinchstrom auf das vorgewählte untere Niveau, wie 20 % des normalen Maximalpinchstromes, ansteigt. Daher ist eine längere Zeitspanne vor der Separation des Metalles vorhanden und der Früherkennungsstromkreis kann aktiv werden und ermöglicht eine Steuerung der Darlingtonschalter bei der Metallzündung, um Spritzer aufgrund von Unterbrechungen oder - zündungen durch hohe Stromstärken zu vermeiden.
• Der Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Aufrechterhalten einer i.a. konstanten Wattleistung in dem Schweißdraht bei einem Schweißvorgang während des Plasmazündungsabschnitts des Schweißzyklus, wenn sich die Vorstehlänge oder der Vorstehabstand ändert. Demgemäß kann eine Bedienungsperson einen im Kurzschlußmode betriebenen halbautomatischen Schweißapparat derart beeinflußen, daß eine Änderung des Absteh- oder Vorstehabstandes des Drahtes ohne wesentliche Veränderungen der Arbeitscharakteristik eines Spritz-Regelungssystemes bleibt.
• Eine weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen konstanten Wattleistung in dem die Absteh- oder Vorstehlänge ausbildenden Draht bei einem Schweißvorgang durch Erzeugen einer Vorstehreferenzwattleistung, Messen der aktuellen Vorstehwattleistung bei einem gegebenen Zeitpunkt während des Schweißprozesses, Vergleichen der gemessenen Wattleistung mit der Referenzwattleistung, um ein Fehlersignal zu bestimmen, und Verwenden des Fehlersignals zur Regelung des Schweißstromes während des Plasmazündungsab schnitts des Schweißzyklus, so daß die Plasmazündungswattleistung bei der Referenzwattleistung durch Regeln des Schweißstromes während des Plasmazündungsabschnitts des Schweißzyklus geregelt wird.
• Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung wie oben definiert, wobei das Verfahren und die Vorrichtung das Erzeugen einer Spannungsspitze während des Pinchabschnitts des Schweißzyklus und das Mitteln dieser Spannungsspitze einschließen, um die Spannung zur Komponente sowohl der Referenzwattleistung als auch der Momentwattleistung zu machen. Ein Vergleich der diese Wattleistungen repräsentierenden Signale wird verwendet, um den Schweißstrom während des Energiezündungsabschnitts zu regeln.
• Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung, wie oben erläutert, wobei das Verfahren und die Vorrichtung die gemessene Vorstehwattleistung über mehrere Zyklen zum Zwecke des Erzeugens eines einer Referenzvorstehwattleistung entsprechenden Spannungsniveaus mitteln. Dieses Mitteln erzeugt auch eine kontinuierliche Aktualisierung eines Wattleistungsniveaus, das der aktuellen Momentwattleistung während des Energiezündungsabschnitts entspricht.
• Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung, wie oben definiert, wobei das Verfahren und die Vorrichtung die dem Schweißdraht während eines jeden Schweißzyklus zugeführte Wattleistung regelt, um die Größe des Schweißtropfens an dem Ende des Schweißdrahtes während jeden Plasmazündungsabschnitts des Schweißzyklus unabhängig von der Absteh- oder Vorstehlänge des Schweißdrahtes zu regeln.
• Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung, wie oben definiert, wobei das Verfahren und die Vorrichtung im wesentlichen die Einfachheit des Schweißens in einem Spritz-Regelungssystem steigert, was der Bedienungsperson erlaubt, einen gewissen Spielraum beim Positionieren der Halterung für den Schweißdraht während einer gegebenen Schweißprozedur oder eines Schweißverlaufes zu haben.
• Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Regeln des Schweißstromniveaus, das dem Plasmazündungsabschnitt eines Schweißzyklus zur Spritzsteuerung folgt, wobei das Verfahren und die Vorrichtung ein stufenweises Abschwächen oder Abfallen von einem hohen Plasmazündungsstromniveau (wie ungefähr 300 Ampere) zu dem Hintergrundschweißstromniveau (wie ungefähr 20 Ampere) verursacht.
• Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung, wie oben definiert, wobei das Verfahren und die Vorrichtung das Stromniveau nach dem Plasmazündungsimpuls derart regeln, daß der Schweißstrom sich nicht abrupt von einem i.a. hohen Niveauwert zu einem i.a. niedrigen Niveauwert ändert, welcher abrupte Wechsel ein gewisses Ausmaß an Badschütteln verursachen könnte.
• Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung, wie oben definiert, wobei das Verfahren und die Vorrichtung das Schweißstromniveau nach dem Energiezündungsabschnitt des Schweißzyklus derart regeln, daß das Schütteln des geschmolzenen Metallbades unmittelbar nach dem Energiezündungsabschnitt des Schweißzyklus steuerbar ist.
• Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Regeln des Knickpunktes eines bei der Spritzsteuerung verwendeten Pinchpulses des Schweißzyklus, wobei das Verfahren und die Vorrichtung einen unbeabsichtigten Kurzschluß während des Lichtbogenzustandes entdecken und unmittelbar den Knickpunkt des Pinchimpulses zu einem Niveau verschieben, das im wesentlichen unter dem normalen 60%-Knickpunktstromniveau liegt. Gemäß dieser Gegenstand vermindert eine bevorzugte Ausführungsform den Knickpunktstrom auf ungefähr 20 % des maximalen Pinchimpulsstromes, der normalerweise beim Schweißzyklus angewandt wird.
• Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines verbesserten Spritz-Regelsystemes für einen Kurzschlußschweißvorgang, wobei das System für andere Schweißvorgänge verwendbar ist und zum Zweck des Einstellens der Vorstehlänge oder des Abstehens in einem automatischen System, wie einem robotorgesteuertem System, einsetzbar ist.
• Diese und andere Gegenstände und Vorteile werden aus der achfolgenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf nie Zeichnungen ersichtlich, die weiter unten beschrieben werden:
Kurzbeschreibung der Zeichnung
• Fig. 1 ist ein schematisches, kombiniertes Verdrahtungs- Blockdiagramm, das die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
• Fig. 2 ist ein Verdrahtungsdiagramm der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 2a ist ein Graph der Spannung, der das Spannungsniveau in der in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 verwendeten Spannungsmittelungsvorrichtung zeigt;
• Fig. 3 ist eine Folge von Kurven, die das in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung während des Pinchimpulses PP verwendete Meßschema zeigen;
• Fig. 4 zeigt Spannungs- und Stromkurven, die einen einzelnen Schweißzyklus, welcher von einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gebraucht macht, wiedergeben;
• Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, das mehrere Vorsteh- oder Abstehzustände zusammen mit einem Spannungsgraphen zeigt, der die repräsentative Wattleistungsmessungsspitze oder den -puls zeigt, der erhalten wird, wenn sich die Absteh- oder Vorstehlänge ändert;
• Fig. 6 ist ein Verdrahtungsdiagramm, das eine Modifikation der Erfindung zum Illustrieren des weitergefaßten Aspektes der Erfindung zeigt, welche in verschiedenen Umgebungen einsetzbar ist;
• Fig. 7 ist ein kombiniertes Verdrahtungs-Blockdiagramm, das einen anderen Aspekt der Erfindung zeigt;
• Fig. 8 ist eine Stromkurve des Plasmapulses eines bei der in der Fig. 7 gezeigten Ausführungsform verwendeten Schweißzyklus;
• Fig. 9 ist ein vergrößerter Ausschnitt in Seitenansicht, der einen unbeabsichtigten Kurzschluß während des Plasmapulses eines Schweißzyklus zeigt, für welchen ein anderer Aspekt der Erfindung vorgesehen ist;
• Fig. 10 ist ein Ausschnitt eines Verdrahtungsdiagramms, das eine Modifikation der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Kompensieren eines unbeabsichtigten Kurzschlusses, wie in Fig. 9 gezeigt ist, illustriert; und
• Fig. 11 ist eine schematische Darstellung eines Pinchimpulses PP eines Schweißzyklus mit einer Modifikation dieses Impulses als Ergebnis eines unbeabsichtigten Früherkennungskurzschluß, wie er in Fig. 9 gezeigt ist, während der in Fig. 10 gezeigte Stromkreis verwendet wird.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in der die Figuren nur zum Zwecke der Illustration der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und nicht zum Zwecke der Einschränkung derselben dienen, zeigt Fig. 1 einen Apparat A zum Kurzschlußschweißen unter Verwendung eines spannungsbeantwortenden Regelungs- Stromkreises, um ein vermindertes Spritzen zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft eine Verbesserung beim Kurzschluß-Licht bogenschweißen, das mit Apparat A ausgeführt wird und ein neues Konzept verwendet, welches bevorzugt durch den in Fign. 1 und 2 dargestellten Stromkreis ausgeführt wird. Apparat A weist ein Stromversorgungseingangssystem auf, das unterschiedliche, getrennte Spannungsantwortstromregelungen zum Erzeugen separater Stromstärkenabschnitte eines Zyklus zum Kurzschluß- Lichtbogenschweißen verwendet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Regelkreise sind die den Befehlssignalleitungen und den Rücklieferungssignalleitungen zugeführten Spannungen und sind mit C1 bis C7 bezeichnet. Schweißdraht 10 ist vom Werkstück 12 beabstandet, während er in einem elektrischen Verbinder oder Halter 14 abgestützt wird. Der Draht 10 kann durch den Halter 14 durch eine geeignete Drahtzuführung 16 von einer Versorgungsrolle 18 um eine von der Bedienungsperson vorbestimmbare Rate angetrieben werden. Der Halter 14 ist mit einer Anschlußklemme einer Gleichstromenergiequelle PS verbunden. Das Ausmaßß des Drahtvorstands von dem Halter und über dem Lichtbogen a definiert die Absteh- oder Vorstehlänge des Schweißdrahtes 10. Energieversorgung PS weist eine Plusausgangsklemme 20 und eine Minusausgangsklemme 22 gemäß herkömmlicher Praxis auf. Ein Energieschalter 30 wird bei näherungsweise 20 khz durch einen Pulsbreitenmodulator 32 in Standardausführung betätigt, der eine Steuerleitung 34 und einen Treiberoszillator 36 aufweist. Demzufolge zeigt die Spannung an der Kontrolleitung 34 die Breite des zum Passieren des Schalters 30 freigegebenen 20 khz Stromimpulses an. Auf diese Weise wird der Schweißstrom durch den Schweißdraht 10 und über den Lichtbogen a, wenn ein Lichtbogen vorhanden ist, d.h. während der Lichtbogenbedingung des Schweißzyklus, durch die verschiedenen Spannungsantwortsteuerkreise C1 bis C7 gesteuert, welche, wie noch erläutert wird, getrennt oder untereinander verbunden verwendet werden. Die pulsbreitengesteuerte Spannung auf Leitung 34 ist das Gleichstromspannungsniveau am Ausgang eines Regelabweichungsverstärkers 40, der geeignet mittels eines Widerstandes 42 voreingestellt ist. Ein Begrenzungs- oder Parallelkreis 44 wird betrieben, um den Additionsknoten 50 bei Nullspannung mittels der Spannung in Leitung 34 zu halten. Der Eingang des Regelabweichungsverstärkers 40 ist die Spannung am Additionsknoten 50, welche durch eine Reihe von Schaltern SW1 bis SW7 an der Ausgangsseite der Regelkreise
• C1 bis C7 durch einen Widerstand R gesteuert ist, die die gleichen Parameter aufweisen. Die oberen Befehlssignalkreise C1 bis C5 werden in Verbindung mit den unteren Rückkopplungssignalkreisen C6, C7 zum Zuführen und Abziehen von Strom an dem Knoten 5 verwendet, so daß der von dem Regelabweichungsverstärker abgezogene Strom die Spannung am Modulator 32 steuert. Der Stromfluß balanciert die Spannungen zwischen den Befehlsignalleitungen und Rückkopplungssignalleitungen aus. Hintergrundstrom wird bei einem niedrigen Niveau IB, in der Praxis ungefähr 20 Ampere, durch ein verbindendes Schließen der Schalter SW5 und SW7 aufrechtgehalten.
• Gemäß der früheren Praxis wird der Spritz-Regelkreis 60 als Antwort auf verzögerte Zündung durch ein Signal in Leitung 62 betrieben. Dieses Zündungssignal wird durch einen dv/dt Früherkennungskreis 63 erzeugt, so daß der Schaltzustand an der Ausgangsleitung 64 den Einschalter 70 nichtleitend macht, bevor eine Zündung während eines Kurzschlusses oder Pinchimpulses erzeugt wird. Das Betreiben von Schalter 70 ändert den Fluß des Schweißstromes durch Drosseln oder Spulen 72 von einen i.a. hohen Stromniveau durch Schalter 70 zu einem i.a. niedrigen Stromniveau durch einen Rücksetzkreis 74. Sobald der Kurzschlußabschnitt eines Schweißzyklus fortschreitet, übersteigt die gemessene dv/dt einen eine verzögerte Zündung anzeigenden Vorgabewert und die Logik in Leitung 62 wird umgeschaltet. Der Schweißstrom von Schalter 70 wird auf ein niedriges Niveau umgeschaltet, um die durch die Zündung freigesetzte Energie zu reduzieren, um das Spritzen zu mindern. Dieses Konzept bildet keinen Teil der in der Erfindung beanspruchten Verbesserung, welche Verbesserung die Lichtbogenspannung zu einem präzisierten Zeitpunkt während eines Kurzschlußzustandes des Schweißzyklus und für eine kurze Zeitdauer abtastet.
• Die Breite des Hochfrequenzimpulses, der den Schalter 30 durch den Ausgang des Pulsbreitenmodulators 32 passieren kann, ist durch die Spannung am Additionsknoten 50 bestimmt, welche Spannung mittels der Schalter SW1 bis SW7 gesteuert wird, die zum Regeln des Schweißstromes bei verschiedenen Abschnitten des gesamten Schweißzyklus, wie am besten in Fig. 4 zu sehen ist, betätigt werden. Der Schweißzyklus ist zwischen den Positionen T0 bis T9 gezeigt. Variationen können bei diesem Betriebsschema gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemacht werden. Um die Funktion der Schalter SW1 bis SW7 zu illustrieren, wird angenommen, daß der Schweißzyklus beim Zeitpunkt T0 in Fig. 4 startet. Beim Zeitpunkt T0 wird ein normaler Kurzschluß erkannt, welcher den Pinch-Regelkreis C1 aktiviert, um den Schalter SW1 gemäß dem programmierten Spannungsprofil des Stromflusses zu aktivieren, wie es links in der Fig. 1 gezeigt ist. Dieses Profil weist einen relativ schnellen Anstieg für das anfängliche Stromstärkeanwachsen und danach einen vergleichsweise stufenweisen Anstieg für das abschließende Stromstärkeanwachsen bis zur Zündung auf. Diese beiden Bereiche in dem Spannungsprofil bei Schalter SW1 kreuzen sich an einem Knickpunkt BP, welcher bei annähernd 60 % des normalen Stromstärkenniveaus gesetzt ist, das während des Kurzschlusses oder Pinchimpulses des Schweißzyklus erreicht wird. Der Pinch-Regelkreis C1 hat eine Zeitverzögerung zwischen Zeitpunkt T0 und T1, während welcher ein niedriger Strom oder kein Strom fließen kann. Dieser niedrige Schweißstrom kann entweder ein Hintergrundstrom IB oder kein Strom sein. Daher tritt durch Oberflächenspannung für einen kurzen Zeitraum (T0 bis T1) der erkannte Kurzschluß auf, bevor hoher Strom fließen kann. Beim Zeitpunkt T1 ermöglicht der Regelkreis C1, daß der betätigte Schalter SW1 den Stromfluß im Pinchpuls PP, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, regelt. Da dies ein Stromflußzustand ist, wird über Schalter SW7, welcher mit Schalter SW1 geschlossen wird, ein Rücklieferungsspannungs signal am STROM-Regelkreis 70 an Knoten 50 angelegt. Daher sind die Schalter SW1, SW7 während des Pinchverlaufs oder Pinchimpulses PP, welcher ein Kurzschlußzustand des Schweißzyklus ist, geschlossen. Diese Anordnung des BEFEHL-Signals und des RÜCKKOPPLUNGS-Signals steuert die Stromstärke durch den Energieschalter 30 gemäß dem Pulsbreitenmodulator 32 am Ausgang des Regelabweichungsverstärkers 40. Wenn der Früherkennungskreis 63 eine bevorstehende Unterbrechung im Kurzschlußzustand anzeigt, d.h. eine Zündung, aktiviert die Logik in Leitung 62 die Spritzregelung 60, den Schalter 70 über die Ausgangsleitung 64 zu deaktivieren. Dieses geschieht bei Zeitpunkt T5, welcher Zeitpunkt gemäß der Zeit des Früherkennungs ausgangssignals variiert. Dieser neue Regelzustand wird durch Deaktivieren des Schalters SW1 initiiert. Nach einer Zeitverzögerung, die als Abstand zwischen den Zeitpunkten T5 und T6 gezeigt ist, wird der Schweißstrom bei einem niedrigen Niveau aufrechtgehalten, welches sowohl ein Hintergrundstromniveau bei geschlossenem Schalter SW5 oder kein Strom sein kann. Demzufolge tritt, nachdem Metall zu dem Schmelzbad überfließt, eine kleine Verzögerung auf, bevor der Energiezündungsabschnitt BP des Zyklus bei Zeitpunkt T6 initiiert wird. Gemäß der Erfindung, wie später erläutert werden wird, wird das Regeln des Schweißstromes bei Zeitpunkt T6 durch den Regelkreis C3 übernommen. Der Schweißstrom wird durch die Spannung im Regelkreis C3, C6 durch Schließen oder Aktivieren der Schalter SW3, SW6 gesteuert. Wenn dies geschieht, wird eine geregelte Wattleistung zum Einstellen des Schweißstromflusses im Lichtbogen a zwischen Zeitpunkt T6 und T7 verwendet, welches Zeitintervall dem Plasmazündungsabschnitt PB des Schweißzyklus entspricht. Dieses Intervall bzw. seine Dauer ist fest. In gleicher Weise ist die Zeit zwischen T5 und T6 fest. Nach dem Plasmazündungsabschnitt PB wird der Plasmaabschnitt P des Schweißzyklus durch Betätigen der Schalter SW4, SW7 initiiert. Daher wird der Stromfluß durch das Spannungssignal im Plasmaabschwächungsregelkreis C4 gesteuert. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erzeugt der Regelkreis C4 eine Spannung, die einer Abschwächung des Stromstärkenniveaus zwischen Zeitpunkten T7 und T8 folgt. Nach einer voreingestellten Zeit oder wenn eine vorgegebene Energie in den kombinierten Plasmazündungs- PB und Plasmaabschnitten P des Zyklus verbraucht wurde, wird das Hintergrundstromniveau IB initiiert. Dies geschieht durch nochmaliges Betätigen der Schalter SW5, SW7, so daß die Spannung am Regelkreis C5 die Regelung des Schweißstromes bis zum nächsten bei Zeitpunkt T0 auftretenden Kurzschluß übernimmt. Die Zeit während der der Hintergrundstrom gesteuert wird, ist als Zeitpunkt T8 bis T9 gezeigt. Der in Fig. 4 gezeigte Schweißzyklus wird mehrere Male pro Sekunde (100 bis 400 mal/s) zum Regeln des Schweißprozesses wiederholt. Für einige der Spannungskurven tastet ein Mikroprozessor den Zustand ab und erzeugt die Spannungskurven oder -profile in den BEFEHL-Signalen, was gemäß der Standardvorgehensweise während des Schweißzyklus zum Profilieren des Stromes notwendig ist. Die Vorgehensweise zum Erzeugen dieser Spannungen kann Hartdrahtschaltkreise, wie bezugnehmend auf einige der Regelkreise erläutert ist, umfassen.
• Unter Bezugnahme insbesondere auf Regelkreis C2 verwendet dieser Kreis zwei Steuergatter 80, 82, die eine gemeinsame Eingangsleitung 84 aufweisen, welche Leitung dem Plasmazündungsspannungssteuerimpuls zwischen den Zeitpunkten T6, T7 entspricht. Eine Logik 1 ist in Leitung 84 zwischen den Zeitpunkten T6, T7 vorhanden, um beide Gatter 80, 82 freizugeben. Beim Start des Schweißprozesses oder Schweißverlaufs wird ein Impuls 5 von langer Dauer in Leitung 86 erzeugt, welche Leitung eine Logik 1 beim Start des Schweißverlaufs innehat. Die umgekehrte Logik 0 ist der Leitung 88 an dem Ausgang des Umkehrers 89 während des Starts des Schweißprozesses oder des Schweißverlaufs angelegt. Nach einer vorgewählten Zeitspanne, bestimmt durch die Dauer des Pulses 5, welche in der Praxis 5 Sekunden beträgt, wechselt die Logik 1 in Leitung 86 zur Logik 0, während die Leitung 88 zu einer Logik 1 wechselt. Dieser Logikwechsel aktiviert das Steuerungsgatter 82. Durch Verwenden dieser Art von Eingangslogik für die Eingangsspannung des Regelkreises C2 werden die nachfolgenden Plasmazündungspulse PB während der ersten fünf Sekunden des Betriebs ausgebildet, während eine Logik 0 in Leitung 90 auftritt. Diese Startperiode hat die Schalter SW2, SW7 betätigt. Demzufolge entspricht die Rückkopplungsspannung am Regelkreis C7 dem Schweißstrom und ist durch das Befehlssignalspannungsniveau beim Stellwiderstand 92 geregelt. Diese Befehlsspannung liefert eine feste Energiezündungswattleistung für die ersten 5,0 Sekunden. Während dieser Zeit wird die Vorsteh-Referenzwattleistung festgelegt, wenn das Schweißstromsignal bei Schalter SW7 gemäß der durch die Stellung des Stellwiderstandes 92 festgelegten festen Wattleistung geregelt wird. Dies schafft eine Quotientenregelung, so daß ein manuelles Einstellen der Referenzwattleistung für jeden Schweißdurchgang nicht nötig ist. Das Verhältnis am Stellwiderstand 92 regelt den Festlegvorgang der Referenzwattleistungs, der während der ersten 5 Sekunden des Schweißverlaufs oder des Schweißvorgangs auftritt.
• Nach Ablauf der anfänglichen Anlaufdauer endet Puls 5 und eine Logik 0 tritt in Leitung 86 auf. Diese entriegelt Gatter 80 und bewirkt eine Logik 1 in Leitung 88. Demzufolge ist nach den ersten 5 Sekunden eine Logik 0 am Ausgang des Gatters 82 bei Leitung 94 während eines jeden nachfolgenden Plasmazündungsimpulses PB zwischen den Zeitpunkten T6, T7 vorhanden. Der Boolesche Logikausdruck ist die umgekehrte Logik von UND- verknüpften BP und sperrt 5 Sekunden. Diese Logik 0 aktiviert Schalter SW3, SW6, während ein Wechsel in der Logik in Leitung 90 die Schalter SW2, SW7 deaktiviert. Nach der Anlaufperiode wird der Schalter SW2 nicht länger von dem Regelsystem A verwendet. Jeder Plasmazündungsspannungsbefehl in Leitung 84 aktiviert Schalter SW3, SW6 zum Regeln der Wattleistung während des Plasmazündungsabschnitts oder -pulses PB des Schweißzyklus.
• Während des Plasmaabschnitts P des Schweißzyklus liegt eine Logik 0 in Leitung 100 vor. Zu diesem Zeitpunkt ist Schalter SW7 aktiviert, um den Stromfluß zwischen den Zeitpunkten T7, T8 zu regeln. Ein Verzögerungskreis, schematisch und in Festdrahtform in Fig. 7 gezeigt, wird zum Regeln des Spannungsprofils des beim Regelkreis C4 verwendeten Befehlssignals eingesetzt. Nach dem Zeitpunkt T8 wird der Hintergrundstrom ¹8 durch das Spannungsniveau am Regelwiderstand 102 geregelt, welcher das Befehlssignal für den Regelkreis C5 ist. Das Signal zum Initiieren des Hintergrundstromes tritt in Leitung 104 zwischen den Zeitpunkten T8 und T0 auf. Zum Zeitpunkt T0 tritt eine Logik 0 in Leitung 110 zum Initiieren eines Pinch-Impulses PP durch Regelung des Stromflusses zwischen den Zeitpunkten T0 bis T5 im Regelkreis C1 auf. Das Spannungsprofil der Regelung C1 ist oben in Fig. 4 gezeigt und entspricht im wesentlichen dem in Fig. 4 gezeigten Puls PP. Alle gezeigten Regelkreise C1 bis C7 können Festdrahtschaltungen sein; in der Praxis werden jedoch sowohl Festdrahtschaltungen als auch Ausgangssignale eines Mikroprozessor, welcher die Spannung bei einer gegebenen Zeit für das Befehlssignal der Regelkreise C1 bis C5 steuert, vorgesehen. Die Rückkopplungssignale der Regelkreise C6, C7 sind Spannungen, die Realzeitvorkommnisse repräsentieren. Zahlreiche Anordnungen können für die Regelkreise ohne Verlassen des Erfindungsschutzbereiches verwendet werden.
• Fig. 2 zeigt die Erfindung, wobei die momentane Lichtbogenspannung der Schaltung B an Leitung 120 angelegt ist. Der momentane Schweißstrom wird der Schaltung bei Leitung 122 zugeführt. Diese Realzeitparameter sind gemessene Parameter des Schweißbetriebs selbst. In dem Mikroprozessor kann eine Schaltung B, wie sie schematisch in Fig. 2 gezeigt ist, vorgesehen sein, oder die Schaltung kann aus Festdraht wie gezeigt sein. Die Verwendung einer digitalen Schaltung oder einer echten Festdrahtschaltung gemäß den normalen Technologien ändert nichts an dem Erfindungskonzept. Ein Digitalschalter 130 wird während der kurzen Zeitspanne zwischen T3 und T4 geschlossen. Diese kurze Zeitspanne setzt sofort nach dem Knickpunkt BP, auftretend bei Zeitpunkt T2 unter der Regelung des Schaltkreises C1, wie in Fig. 1 gezeigt ist, ein. Nach dem Knickpunkt BP wird der Schweißstrom entlang eines stärker ansteigenden Verlaufes geregelt, wie am besten in Fig. 3 gezeigt ist. Das Messen der Lichtbogenspannung wird zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 an diesem stärker ansteigenden Stromkurvenverlauf vorgenommen. Die Auswahl eines präzisen Meßpunktes erzeugt eine relativ beständige Spannung, da die Stromstärke beim Knickpunkt BP festgelegt ist und der Verlauf 192 graduell ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Schalter 130 wird während der Dauer zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 geschlossen, welche Dauer eine feste Zeitdauer, wie ungefähr 300 ms, ist. Zeitpunkt T3 ist von dem Knickpunktzeitpunkt T2 durch eine kürzere Zeitspanne als ungefähr 100 ms getrennt. Daher wird die Spannung zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 während eines relativ festen, bekannten Stromflusses gemessen. Daher ist die Spannungsmessung zwischen diesen T3, T4 die Absteh- oder Vorstehspannung des Drahtes 10. Dies ist offensichtlich, da die Messung während des Pinchpulses PP vorgenommen wird, welcher ein Kurzschluß ist. Die gesamte Spannung in Leitung 122 entspricht der Spannung in dem Draht zwischen Halterung 14 und Werkstück 12. Durch Vornehmen einer Spannungsspitzenmessung unmittelbar nach dem Knickpunkt BP während eines graduellen Stromverlaufes bei einem Kurzschluß und für eine feste Zeitperiode bleibt die Größe der Spannungsspitze beständig nah an der Realzeitvorsteh- oder -abstehspannung. Demzufolge wird, wenn Schalter 130 zwischen T3, T4 geschlossen ist, eine schmale Spannungsspitze 200 erzeugt, wie es im unteren Abschnitt der Fig. 3 gezeigt ist. Diese Spitze ist die Vorstehspannung, da die Kurve 190 für eine sehr kurze Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 unbedeutend ist und während jeden Pinchimpulses gleich bleibt. Zusätzlich sind unmittelbar nach dem Knickpunkt BP ein gradueller Verlauf und die Genauigkeit sichergestellt, da die Spannungsspitzenmessung zu einem präzisierten Zeitpunkt des Pinchimpulses vorgenommen wird. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, werden, wenn das Vorstehen oder Abstehen zwischen solchen mit I, II und III gezeigten Positionen geändert wird, die gemessenen Spannungsspitzen 200a, 200b und 200c dementsprechend geändert. Die Größe dieser Spannungsspitzen, welche eine feste Breite x haben, sind Messungen der Abstehspannung oder Vorstehspannung. Die Größe wächst, wenn die Vorstehlänge oder das Abstehen wächst. Demnach ist das Ausgabesignal des Schalters 130 eine Vielzahl von Spannungspulsen oder Spitzen, welche jeweils die Vorstehspannung während eines gegebenen Schweißzyklus repräsentieren. Ein Schalter 132 operiert gemeinsam mit Schalter 130 für einen noch zu beschreibenden Zweck. Die Spannung in Leitung 140 entspricht den gemittelten nachfolgender Spannungsspitzen 200, wie diese mittels einer geeigneten Span nungsmittelvorrichtung 142, gezeigt als Kondensator Cl, aufsummiert wurden. Eine zweite Spannungsmittelvorrichtung 150, in Gestalt eines Kondensators C2, empfängt Spannungsspitzen vom Schalter 132. Widerstände 160, 162 regeln die Änderungsrate des Kondensators C1 bzw. C2. Im Einsatz werden die Kondensatoren C1, C2 mit näherungsweise 60 % eines Stromspitzenwertes während des Pinchabschnitts des Schweißzyklus von näherungsweise 16 bis 20 Schweißzyklen geladen. Diese Ladungsrate ist schematisch in Fig. 2a illustriert. Der gemittelte Strom für vorherige Spannungsspitzen 200 liegt in Leitung 140 an. Der momentane Schweißstrom liegt in Leitung 122 an. Diese beiden Spannungswerte werden mittels einer Multiplizierschal tung 170, die einen Ausgang 172 hat, multipliziert. Dieser Ausgang hat eine der Vorstehwattleistung entsprechende Spannung, die zur Regelung für Schalter SW6 verwendet wird, und bildet den Regelkreis C6 in Fig. 1. Die Spannung in Leitung 172 ist das Produkt des Lichtbogenstromes und der gemittelten Vorstehspannung. Dies liefert ein Wattleistungssignal. Ein Meß- und Haltekreis 180 hat einen Ausgang 182, welcher den Regelkreis C3 an dem Eingang des Schalter SW3 bildet. Wie bisher beschrieben wurde, wird während eines Energiezündungsabschnitts des Schweißzyklus die Ausgangsspannung in Leitung 182 mit der Spannung in Leitung 172 verglichen, wenn die Schalter SW3, SW6 durch die Logik in Leitung 194 aktiviert sind. Der Schweißstrom wird überwacht, um diese Werte beim Knoten 50 gleichzumachen.
• Wie in Fig. 2 gezeigt ist, vertritt ein Schalter 184 schematisch den Anfangspuls in Leitung 86. Während dieser Schalter geschlossen ist, laden die Schalter 130, 132 den Kondensator C2. Nach einer vorgewählten Zeitdauer zu Beginn des Schweißvorgangs öffnet Schalter 184, so daß die durch die Spannung in Leitung 182 festgelegte mittlere Vorstehwattleistung eine feste Quotientenspannung ist, mit welcher nachfolgende Spannungsmessungen Leitung 280 während des Energiezündungspulses verglichen werden.
• Beim Betrieb ist während der ersten 5 Sekunden des Schweißvorgangs der Schalter SW2 mittels Schalter SW7 aktiviert. Während jeden Pinch-Impulses PP in der Anlaufperiode wird eine Spitze 200 erzeugt, welche die tatsächliche Vorstehspannung mißt. Diese Spitzen werden der Mittelungsvorrichtung 142 (Kondensator C1l) zugeführt. Das Mittel dieser Spitzen tritt in Leitung 140 auf und wird durch den die Spannung in Leitung 122 regelnden Strom vervielfacht. Daher ist die Spannung in Leitung 172 indikativ für das Spannungsniveau des Produktes des Mittels der vorherigen Spitzen 200 und des momentanen Spannungsstromes in Leitung 122. Schalter 184 wird geschlossen; daher erzeugt Schalter 132 Wattleistungsspitzen, die den Spannungsspitzen 200 ähnlich sind und zu gleichen Zeitpunkten auftreten. Diese Wattleistungsspitzen von Schalter 132 werden durch den Kondensator C2 gemittelt. Eine Meß- und Haltevorrichtung 180 hält die Spannung im Kondensator C2 aufrecht, unmittelbar nachdem der Schalter 184 geöffnet ist. In der Praxis werden die Schalter 130, 132 in übereinstimmung betätigt. Dies erzeugt eine fehlerfreie Korrelation zwischen den dem Kondensator C1 zugeführten Spannungsspitzen 200 und den dem Kondensator C2 angelegten Wattleistungsspitzen. Diese Spitzen sind im wesentlichen die gleichen, außer daß das Spannungsniveau im Kondensator C2 ein Vielfaches des dann vorliegenden Schweißstromes in Leitung 122 ist, so daß die Größe repräsentativ für die Vorstehwattleistung ist, im Gegensatz zu bloßen Abstehspannungen. Die Referenz-Vorstehwattleistung wird daher an der Ausgangsleitung 182 der Meß- und Halteschaltung 180 erzeugt. Diese Referenz wird bei durch die Leitung 90 geschlossenen Schaltern SW2, SW7 erzeugt. Demzufolge wird der Schweißstrom in Leitung 122 basierend auf der Vorstehspannung in Leitung 140 geregelt, um eine feste Wattleistung zu liefern, welche durch die Position gesteuert ist, in welche die Bedienungsperson die Drahthalterung 14 während der Anlaufperiode hält.
• Nach der Anlaufperiode wird Schalter 184 zum Aufrechterhalten des Schweißzyklus geöffnet. Die momentane Vorstehwattleistung in Leitung 172 wird mit der Referenz-Vorstehwattleistung in Leitung 182 zum überprüfen des Schweißstromes während des Energiezündungsimpulses PB verglichen. Daher wird der Schweißstrom eingestellt, Änderungen in der durch das Ausmaß des Abstehens oder des Vorstehens gesteuerten Absteh- oder Vorstehspannung zu kompensieren. Ein fester Betrag an Watt wird in den Draht während jeden Plasmazündungsabschnitts eingeleitet. Die Periode zwischen T6, T7 ist eine feste Zeitspanne; daher ist die Energie während des Energiezündungspulses oder Abschnitts PB geregelt. Dies erzeugt eine feste Schmelzwattleistung in dem Draht während eines jeden Energiezündungspulses. Die Gesamtjoule in dem Draht können durch Beenden des Plasmas zu einem festen Zeitpunkt T8 durch den Regelkreis C4, wie in Fig. 1 gezeigt, geregelt werden. Beenden des Plasmas kann auf der Eingangsenergie mit einer übergeordneten Zeitbegrenzung basieren.
• Bezugnehmend auf die in Fig. 6 gezeigte Modifikation sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In dieser Ausführungsform ist das Stromsignal oder Spannungsniveau in Leitung 122 durch eine feste Spannung in Leitung 122a, gesteuert durch einen Potentiometer 122b, ersetzt. Der Rest des Schaltkreises ist der gleiche, wie er in Fig. 2 gezeigt. Ein Referenzniveau für die Abstehspannung wird gemessen und danach gehalten, nachdem Schalter 184 offen ist. Während des Betriebs des Schweißsystems ist die Wattleistung in Leitung 172 im wesentlichen die gemittelte Spannung der aufeinanderfolgenden Spannungsspitzen 200 multipliziert mit einem festen Wert, der ein einstellbares Stromniveau repräsentiert. Diese Ausführungsform ist gezeigt, um zahlreiche, weitergehende Aspekte der Erfindung aufzuzeigen. Zahlreiche Verwendungen des Konzeptes einer präzise beabstandeten Messung kleiner Spannungen kann während eines Kurzschlußpulses oder Pinchpulses PP des Schweißzyklus gemacht werden, um die vorhandene Vorstehoder Abstehlänge des Drahtes 10 zu messen. Dieses Meßkonzept kann in Systemen zum Regeln des Vorstehens oder zum Einstellen der Vorstehwattleistung verwendet werden.
• In Fig. 7 ist ein Schaltkreis zum Steuern der Schalter SW4, SW7 während des Plasmaabschnitts P des Schweißzyklus zwischen den Zeitpunkten T7, T8 gezeigt. Die Plasmazündung PB tritt bei einem relativ festen hohen ersten Stromniveaus auf, als Niveau 300 in Fig. 8 gezeigt. Dieses Niveau ist mit näherungsweise 300 Ampere am Ende des Energiezündungspulses PB angegeben. Ein sich abschwächendes Stromniveau 302 senkt graduell den Schweißstrom von dem oberen Niveau 300 mit 300 Ampere zu dem Hintergrundstromniveau. Beim Zeitpunkt T8, welcher fest oder mittels eines Joulemeters einstellbar sein kann, ist der Plasmaabschnitt P des Zyklus beendet. Der Schweißstrom wird danach unmittelbar auf das Hintergrundniveau geschaltet, welches leicht über einem Nullstrom sein kann. In dieser Weise tritt das abrupte Umschalten des Stromes, wenn überhaupt bei einem niedrigen Stromniveau und nicht bei einem hohen Stromniveau auf, was passieren würde, wenn der Plasmaabschnitt P einen unmittelbaren Wechsel von einem hohen Niveau 300 zu einem niedrigen Plasmaniveau zwischen Niveau 300 und dem Hintergrundstrom umfassen würde. Eine Vielzahl von Schaltungen kann zum Ausbilden der graduellen Stromniveaus, wie es mit Leitung 302 in Fig. 8 gezeigt ist, vorgesehen werden. Ein für diesen Zweck repräsentativer Schaltkreis ist in Fig. 7 gezeigt. Ein Schalter 310 lädt den Kondensator 320 über den Widerstand 312. Die Spannung in Leitung 314 wird an den Kondensator 320 über Schalter 310 angelegt und hat ein Verhältnis von einem Volt pro 100 Ampere während des Plasmazündungspulses PB. Dieser Plasmazündungsstrom, mit Niveau 300 in Fig. 8 wiedergegeben. wird im Kondensator 320 während des Plasmazündungsabschnitts des Zyklus gespeichert. Nach dem Plasmazündungsabschnitt wird Schalter 310 deaktiviert. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator 320 durch den Stellwiderstand 322 entladen. Die Spannung wird durch den Verstärker 330 verstärkt und liegt in Leitung 332 an, welche dem Spannungsprofil des Schaltkreises C4, gezeigt in Fig. 1 bei Schalter SW4, entspricht. Die Spannung in Leitung 332 regelt den Schweißstrom, so daß die Spannung bei Schalter SW7 mit der Spannung in Leitung 332 während des Plasmaabschnitts des Schweißzyklus zwischen den Zeitpunkten T7, T8 übereinstimmt. Dies verhindert einen abrupten Wechsel in der Stromstärke beim Hochniveau 300.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist in den Fign. 9 bis 11 gezeigt, wobei ein geschmolzener Metalltropfen 400 an dem Ende des Drahtes und oberhalb des geschmolzenen Metallbades 402 erzeugt wird. Während eines Lichtbogenzustandes des Schweißzyklus ist Lichtbogen a gezeigt, wie er eine Welle 404 erzeugt, die den Tropfen 400 ergreift und einen unbeabsichtigten Kurzschluß erzeugt. Dieser Kurzschluß tritt während des Schmelzabschnitts des Schweißzyklus entweder während der Plasmazündung PB oder dem sich abschwächenden Plasma P auf. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist der Widerstand, sobald ein Kurzschluß auftritt, drastisch vermindert und der Strom wächst entlang einer Treppenleitung 406. Dies geschieht in kurzer Zeit. Der Pinchimpuls wird gestartet. Da hier ein relativ unbedeutender Bereich des Kurzschlusses ist, kann das anfänglich schnelle Anwachsen des Pinchstromes beim Start des Impulses PP sofort eine Zündung, die dann explodiert, erzeugen. Der Strom ist bei einem relativ hohen Wert. Dies erzeugt Spritzen. Aufgrund des sehr schnellen Anwachsen des Stromes bleibt keine Zeit, das der dv/dt-Früherkennungsschaltkreis aktiviert wird, um ein Signal in Leitung 122 zum Unterbrechen der Betätigung des Schalters 70 zu erzeugen. Die Zeitverzögerung von Zeit T1 ist überlastet. Die Zündung tritt vor dem Knickpunkt BP aufgrund des schmalen Bereichs des Kurzschlusses auf. Um solch einen unbeabsichtigten Kurzschluß während des Lichtbogenzustandes zuvorzukommen, weist das gezeigte System den schematisch in Fig. 10 fortgesetzten Schaltkreis auf, welcher die Stromleitung 120 durch einen Komparator 410 überwacht. Eingangssignale 412, 414 vergleichen die Spannungen der Widerstände 420, 422, um ein Ausgangssignal in Leitung 420 zu erzeugen, wenn der Momentanlichtbogenstrom größer als der Hintergrundstrom plus einer festen Konstante K ist. Diese Konstante ist größer als das Stromniveau zwischen den Zeitpunkten T8 bis TO und ist bei einem Niveau, welches nur zwischen den Stromniveaus 300, 302, wie in Fig. 8 gezeigt, auftreten könnte. Daher kennzeichnet eine Logik 1 in Leitung 430 einen Strom, der wesentlich höher als das Hintergrundniveau ist. Diese Spannung wird an einem Eingang eines UND-Gatters 440 angelegt. Der andere Eingang ist die PINCH-Steuerleitung 442, welche eine Logik 1 hat, wenn kein Pinchimpuls verarbeitet wird. Ein Kurzschlußdetektor 450 ist ein Spannungsdetektor, der ein schnelles Anwachsen der Spannung anzeigt. Ein schnelles Anwachsen in der Lichtbogenspannung zeigt einen Kurzschlußzustand an, wie er durch einen unbeabsichtigten Kurzschluß, wie in Fig. 9 gezeigt, erzeugen werden kann. Eine Logik 1 in Leitung 452 zeigt einen Kurzschluß an. Wenn dieser Kurzschluß bei einem anderen als dem Pinch-Zeitpunkt und zu einem Zeitpunkt auftritt, zu dem das Stromniveau größer als der von dem Widerstand 422 festgelegte Wert ist, liegt eine Logik 1 in der Ausgangsleitung 430 vor. Dies schaltet unmittelbar den Regelkreis Cl auf den in gestrichelter Leitung in Fig. 1 gezeigten Zustand, wobei der Knickpunkt BP1 auf ein Niveau von ungefähr 20 % des ursprünglichen Knickpunktstromes BP vermindert wird. Daher tritt das schnelle Anwachsen des Stromes für einen sehr kurzen Zeitraum auf, bis das neue Knickpunktstromniveau BP1 erreicht ist. Danach kann der Verlauf der Pinch-Kurve, gezeigt in der gestrichelten Linie in Fig. 11, auf den zweiten graduell ansteigenden Ver lauf wechseln. Die Zündung tritt später auf. Auf diese Weise kann der Früherkennungskreis aktiviert werden, um das Auftreten der nachfolgenden Zündungen zu überwachen. Durch Verwenden eines Schaltkreises, wie er in Fig. 10 gezeigt ist, können unbeabsichtigte Kurzschlüsse während des Lichtbogenzustandes ein Schalten in dem Regelkreis für die Pinch-Kurve verursachen, um deutlich den Knickpunkt BP zwischen dem schnell ansteigenden Stromstärkenverlauf und dem allmählich ansteigenden Stromstärkenverlauf zu vermindern.
• Da die Erfindung den Schweißstrom einstellt, um eine feste Wattleistung quer zur Abstehlänge bei Änderungen in der Abstehlänge aufrechtzuhalten, kann sie verwendet werden, um die in das Werkstück eingeleitete Hitzeenergie zu ändern. Wenn das Vorstehen anwächst, wird weniger Strom angefordert, um die feste Wattleistung aufrechtzuhalten. Daher tritt mittels Stei gern des Vorstehens um weniger als I²R Erhitzen in dem Werkstück auf. In ähnlicher Weise, durch absichtliches Mindern des Vorstehens, ist weniger Widerstand in dem Schweißdraht, und mehr Schweißstrom fließt zum Aufrechterhalten der festen Wattleistung. Durch genaues Wechseln des Vorstehens kann die in das Werkstück eingeleitete Energie geändert werden. Dies ist ein weiterer Vorteil und Verwendungszweck der Erfindung.

Claims (20)

1. Lichtbogenschweißgerät mit einer DC-Spannungsquelle zur Erzeugung eines Schweißstroms mit verschiedenen Stärken durch einen von einer Halterung mit sich ändernden Längen hervorstehenden Schweißdraht sowie zwischen dem Schweißdraht und einem Werkstück an einem an dem Werkstück vorhandenem Metallbad, einer Drahtvorschubeinrichtung zum Vorschieben des Schweißdrahtes von der Halterung auf das Werkstück zu, wobei der Schweißdraht einer Folge von Schweißzyklen ausgesetzt ist und jeder dieser Schweißzyklen einen Lichtbogenzustand, während welchem der Schweißdraht von dem Metallbad beabstandet ist und die den Schweißdraht aufgegebene Energie einen gegebenen, die Temperatur am Ende des Schweißdrahts zur Bildung eines geschmolzenen Metalltropfens an dessen Ende erhöhenden Wert überschreitet, und einem Kurzschlußzustand, während welchem der geschmolzene Metalltropfen am Ende des Schweißdrahts zuerst mit dem Metallbad in Kontakt kommt und dann von dem Schweißdraht zu dem Werkstück übertritt, umfaßt, Mittel zur Erzeugung eines Strompulses zu Beginn des Lichtbogenzustandes, wobei der Strompuls einen zuerst auftretenden Plasmazündungsabschnitt mit einer ersten mittleren Stromstärke aufweist, und Mittel zur Erzeugung

eines niedrigen Hintergrundstroms zwischen dem Schweiß draht und dem Werkstück nach Ende des Strompulses und bis zu dem folgenden Kurzschlußzustand des Schweißzyklusses, gekennzeichnet durch

eine Regelungseinrichtung zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Leistung in dem Schweißdraht während des Plasmazündungsabschnitts, wenn sich die hervorstehende Länge (des Schweißdrahtes) ändert, wobei diese Länge zur Veränderung des in das Werkstück fließenden Schweißstroms eingestellt werden kann.

2. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung Mittel zur Erzeugung einer Hervorsteh-Vergleichsleistung, Mittel zur Erzeugung eines Regelsignals, welches zum Spannungsabfall über der tatsächlichen hervorstehenden Länge des Schweißdrahts proportional ist, Mittel zur Multiplizierung des Regelsignals mit dem Schweißstrom während des Plasmazündungsabschnitts, um eine momentane Hervorsteh-Leistung zu erzeugen, und Mittel zur Einstellung des Schweißstroms, derart daß sich die momentane Hervorsteh-Leistung an die Hervorsteh-Vergleichs leistung anpaßt, umfaßt.

3. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung Mittel zur Erzeugung eines Regelsignals, welches zum Spannungsabfall über der tatsächlichen hervorstehenden Länge des Schweißdrahts proportional ist, umfaßt und daß die Regelsignalerzeugungsmittel eine Meßeinrichtung zur Messung des Spannungsabfalls zwischen Halterung und Werkstück über eine kurze Zeitspanne und zu einem spezifizierten Zeitpunkt während des Kurzschlußzustands sowie Mittel zur Erzeugung des Regelsignals unter Verwendung des gemessenen Spannungsabfalls umfassen.

4. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die den gemessenen Spannungsabfall verwendenden Regelsignalerzeugungsmittel einen Spannungsspeicher zur Einstellung des Regelsignals in Richtung auf den gemessenen Spannungsabfall während aufeinander folgender Kurz schlußzustände umfaßt.

5. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung zur Messung des Spannungsabfalls zwischen Halterung und Werkstück zu einem spezifizierten Zeitpunkt und eine Pinch-Regelungseinrichtung zur Beeinflussung des Schweißstroms derart, daß dieser während des Kurzschlußzustands einer gegebenen Kurve folgt, wobei die Meßeinrichtung Mittel zur Einstellung des spezifizierten Zeitpunktes als Punkt auf dieser Kurve umfaßt.

6. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pinch-Regelungseinrichtung Mittel zur Beeinflussung des Schweißstroms derart umfaßt, daß dieser einem ersten Kurvenabschnitt hoher Steigung und dann einem zweiten Kurvenabschnitt niedriger Steigung folgt, wobei die Kurvenabschnitte sich an einem Knickpunkt berühren und der spezifizierte Zeitpunkt nach diesem Knickpunkt auf dieser Kurve des Schweißstroms während des Kurzschlußzustandes liegt.

7. Lichtbogenschweißgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Zeitspanne weniger als 500 µs beträgt.

8. Lichtbogenschweißgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifizierte Zeitpunkt weniger als 200 µs nach dem Knickpunkt liegt.

9. Lichtbogenschweißgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung zur Messung des Spannungsabfalls zwischen Halterung und Werkstück, wobei die Mittel zur Erzeugung der Hervorsteh-Vergleichsleistung Mittel zur Aktivierung der Mittel zur Erzeugung einer Hervorsteh-Vergleichsleistung über eine gegebene Zeitspanne zu Beginn eines Schweißvorgangs, Mittel zur Regelung des Schweißstroms während des Plasmazündungsabschnitts aufeinander folgender Schweißzyklen zur Aufrechterhaltung einer festen Leistung während des Plasmazündungsabschnitts über die gegebene Zeitspanne, Mittel zur Speicherung das Produkt aus dem gemessenen Spannungsabfall und aus dem Schweißstrom während der gegebenen Zeitspanne und Mittel zur Verwendung dieses Produkts als Hervorsteh-Vergleichsleistung für diesen Schweißvorgang umfassen.

10. Lichtbogenschweißgerät mit einer DC-Spannungsquelle zur Erzeugung eines Schweißstroms mit verschiedenen Stärken durch einen von einer Halterung hervorstehenden Schweißdraht sowie zwischen dem Schweißdraht und einem Werkstück an einem an dem Werkstück vorhandenem Metallbad, einer Drahtvorschubeinrichtung zum Vorschieben des Schweißdrahtes von der Halterung auf das Werkstück zu, wobei der Schweißdraht einer Folge von Schweißzyklen ausgesetzt ist und jeder dieser Schweißzyklen einen Lichtbogenzustand, während welchem der Schweißdraht von dem Metallbad beabstandet ist und die den Schweißdraht aufgegebene Energie einen gegebenen, die Temperatur am Ende des Schweißdrahts zur Bildung eines geschmolzenen Metalltropfens an dessen Ende erhöhenden Wert überschreitet, und einem Kurzschlußzustand, während welchem der geschmolzene Metalltropfen am Ende des Schweißdrahts zuerst mit dem Metallbad in Kontakt kommt und dann, bedingt durch einen den geschmolzenen Metalltropfen von dem Schweißdraht trennenden und einen Lichtbogen in einem folgenden Schweißzyklus einleitenden Einschnürvorgang, von dem Schweißdraht zu dem Werkstück übertritt, umfaßt, Mittel zur Erzeugung eines Strompulses zu Beginn des Lichtbogenzustandes, wobei der Strompuls einen zuerst auftretenden Plasmazündungsabschnitt mit einem zu einer ersten mitt leren Stromstärke ansteigenden Strom und einem als zweites auftretenden Plasmaabschnitt mit einer zweiten mittleren Stromstärke aufweist, wobei die erste mittlere Stromstärke ein geregelter hoher Stromwert ist und die zweite mittlere Stromstärke einer nach und nach von diesern geregelten hohen Stromwert absinkende Kurve folgt, gekennzeichnet durch Mittel zur Einstellung des ersten mittleren Wertes zur Regelung der momentanen Leistung während des Plasmazündungsabschnitts.

11. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittle zur Veränderung der Kurve.

12. Lichtbogenschweißgerät mit einer DC-Spannungsquelle zur Erzeugung eines Schweißstroms mit verschiedenen Stärken durch einen von einer Halterung mit sich ändernde Längen hervorstehenden Schweißdraht sowie zwischen dem Schweißdraht und einem Werkstück an einem an dem Werkstück vorhandenem Metallbad, wobei der Schweißstrom in Reaktion auf eine Lichtbogenspannung fließt, der Schweißdraht einer Folge von Schweißzyklen ausgesetzt ist und jeder dieser Schweißzyklen einen Lichtbogenzustand, während welchem der Schweißdraht von dem Metallbad beabstandet ist und die den Schweißdraht aufgegebene Energie einen gegebenen, die Temperatur am Ende des Schweißdrahts zur Bildung eines geschmolzenen Metalltropfens an dessen Ende erhöhenden Wert überschreitet, und einem Kurzschlußzustand, während welchem der geschmolzene Metalltropfen am Ende des Schweißdrahts zuerst mit dem Metallbad in Kontakt kommt und dann, bedingt durch einen den geschmolzenen Metalltropfen von dem Schweißdraht trennenden und einen Lichtbogen in einem folgenden Schweißzyklus einleitenden Einschnürvorgang, von dem Schweißdraht zu dem Werkstück übertritt, umfaßt, Mittel zur Regelung der Form des Strompulses, in dem Moment da der Schweißdraht zum ersten Mal mit dem Metallbad in Kontakt kommt, wobei die Form zunächst einen rapide ansteigenden Stromstärkenbereich und dann, darauffolgend, einen nach und nach ansteigenden Strombereich aufweist und die beiden Bereiche sich an einem Knickpunkt berühren, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung zur Reduzierung des Stromstärkewertes an diesem Knickpunkt, wobei diese Regelungseinrichtung auf die Messung eines Kurzschlusses während des Lichtbogenzustands reagiert.

13. Verfahren zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Leistung in einem Schweißdraht, wenn sich die hervorstehende Länge des Schweißdrahtes während Plasmazündungsabschnitten aufeinander folgender Schweißzyklen eines eine Folge von Kurzschlußzuständen, Plasmazündungsabschnitten und Plasmazuständen mit jeweils geregelten Schweißstromstärken umfassenden Schweißvorganges ändert, wobei die Kurzschlußzustände einen gegebenen Stromverlauf aufweisen, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

(a) der Erzeugung eines ersten Vergleichssignals, welches proportional zu einem gewünschten Leistungswert während aufeinander folgender Plasmazündungsabschnitte des Schweißvorgangs ist;

(b) der Messung des Spannungsabfalls über der hervorstehenden Länge des Schweißdrahtes über eine kurze Zeitspanne und zu einem spezifizierten Punkt auf der gegebenen Kurve während der aufeinander folgenden Kurzschlußzustände;

(c) der Mittelung der gemessenen Spannungsabfälle;

(d) der Multiplikation des Mittelwertes der Spannungsabfälle mit dem momentanen Schweißstrom zur Bereitstellung eines zweiten Signals, welches der Leistung während der aufeinander folgenden Plasmazündungsabschnitte des Schweißvorgangs entspricht; und

(e) der Einstellung des Schweißstroms während der aufeinander folgenden Plasmazündungsabschnitte derart, daß sich das zweite Signal an das erste Vergleichssignal anpaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Erzeugung des Vergleichssignals die Verfahrensschritte

(f) der Messung des Spannungsabfalls über der hervorstehenden Länge des Schweißdrahtes über eine kurze Zeitspanne und zu einem spezifizierten Punkt auf der gegebenen Kurve während der aufeinander folgenden Kurzschlußzustände, während eines Zeitabschnitts zu Beginn des Schweißprozesses;

(g) der Mittelung der gemessenen Spannungsabfälle während des Zeitabschnitts zu Beginn des Schweißprozesses;

(h) der Regelung des Schweißstroms während der aufeinander folgenden Plasmazündungs abschnitte, um eine festgelegte Leistung während der aufeinander folgenden Plasmazündungsabschnitte während des Zeitabschnitts zu Beginn des Schweißprozesses zu gewährleisten; und

(i) der Speicherung eines durch den während des Zeitabschnitts zu Beginn des Schweißprozesses gemittelten Spannungsabfall geregelten Signals als erstes Vergleichssignal

umfaßt.

15. System zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Leistung in einem Schweißdraht, wenn sich die hervorstehende Länge des Schweißdrahtes während Plasmazündungsabschnitten aufeinander folgender Schweißzyklen eines eine Folge von Kurzschlußzuständen, Plasmazündungsabschnitten und Plasmazuständen mit jeweils geregelten Schweißstromstärken umfassenden Schweißvorganges ändert, wobei die Kurzschlußzustände einen gegebenen Stromverlauf aufweisen, gekennzeichnet durch

(a) Mittel zur Erzeugung eines ersten Vergleichssignals, welches proportional zu einem gewünschten Leistungswert während aufeinander folgender Plasmazündungsabschnitte des Schweißvorgangs ist;

(b) Mittel zur Messung des Spannungsabfalls über der hervorstehenden Länge des Schweißdrahtes über eine kurze Zeitspanne und zu einem spezifizierten Punkt auf der gegebenen Kurve während der aufeinander folgenden Kurzschlußzustände;

(c) Mittel zur Mittelung der gemessenen Spannungsabfälle;

(d) Mittel zur Multiplikation des Mittelwertes der Spannungsabfälle mit dem momentanen Schweißstrom zur Bereitstellung eines zweiten Signals, welches der Leistung während der aufeinander folgenden Plasmazündungsabschnitte des Schweißvorgangs entspricht;

und

(e) Mittel zur Einstellung des Schweißstroms während der aufeinander folgenden Plasmazündungsabschnitte derart, daß sich das zweite Signal an das erste Vergleichssignal anpaßt.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung des ersten Vergleichssignals

(f) Mittel zur Messung des Spannungsabfalls über der hervorstehenden Länge des Schweißdrahtes über eine kurze Zeitspanne und zu einem spezifizierten Punkt auf der gegebenen Kurve während der aufeinander folgenden Kurzschlußzustände, während eines Zeitabschnitts zu Beginn des Schweißprozesses;

(g) Mittel zur Mittelung der gemessenen Spannungsabfälle während des Zeitabschnitts zu Beginn des Schweißprozesses;

(h) Mittel zur Regelung des Schweißstroms während der aufeinander folgenden Plasmazündungs abschnitte, um eine festgelegte Leistung während der aufeinander folgenden Plasmazündungsabschnitte während des Zeitabschnitts zu Beginn des Schweißprozesses zu gewährleisten; und

(i) Mittel zur Speicherung eines Produktes aus dem während des Zeitabschnitts zu Beginn des Schweißprozesses gemittelten Spannungsabfall und dem Schweißstrom als erstes Vergleichssignal umfassen.

17. System zur Erzeugung eines zu der hervorstehenden Länge eines Schweißdrahtes proportionalen Spannungssignals während eines Schweißvorgangs, welcher eine Folge von Kurzschlußzuständen während jedes Schweißvorgangs umfaßt, wobei der Kurzschlußzustand eine gegebene Stromkurve aufweist, gekennzeichnet durch Mittel zur Messung des Spannungsabfalls über der hervorstehenden Länge über eine kurze Zeitspanne und zu einem spezifizierten Punkt auf der Stromkurve während der aufeinander folgenden Kurzschlußzustände und Mittel zur Mittelung der gemessenen Spannungsabfälle zur Erzeugung des Spannungssignals.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Zeitspanne weniger als 500 µs beträgt.

19. System nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Zeitspanne etwa 300 µs beträgt.

20. Verfahren zur Erzeugung eines zu der hervorstehenden Länge eines Schweißdrahtes proportionalen Spannungssignals während eines Schweißvorgangs, welcher eine Folge von Kurzschlußzuständen während jedes Schweißvorgangs umfaßt, wobei der Kurzschlußzustand eine gegebene Stromkurve aufweist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

(a) der Messung des Spannungsabfalls über der hervorstehenden Länge über eine kurze Zeitspanne und zu einem spezifizierten Punkt auf der Stromkurve während der aufeinander folgenden Kurzschlußzustände; und

(b) der Mittelung der gemessenen Spannungsabfälle zur Erzeugung des Spannungssignals.