Selbsttätige Lichtbogenschweisseinrichtung. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, um bei Lichtbogenschweissmaschinen den ein mal eingestellten Elektrodenabstand vom Werkstück bezw. die zu diesem zugehörige Lichtbogenspannung selbsttätig konstant zu halten.
Es sind bereits Lichtbogenschweissmaschi nen bekannt, bei welchem auf elektrisch mechanischem, meist ziemlich kompliziertem Weg, mit Hilfe von Differentialgetrieben, Schlupfkupplungen, Planetengetrieben und dergleichen, der Elektrodenvorschub selbst tätig gesteuert wird. Feiner sind auch An ordnungen bekannt, die auf rein elektrischem Wege mittels einer besonderen Schaltung des Elektroden-Vorschubmotors oder des diesen speisenden Generators demselben Zweck dienen. Bei allen diesen Einrichtungen und Anordnungen wird zur Erzielung der ge wünschten Regeleigenschaften die einzig vorhandene Variable, nämlich die Li.cht bogenspannung, benützt.
Es sind aber auch Anordnungen bekannt, bei welchen ausser der Lichtbogenspannung eine Vergleichsspannung verwendet wird, z. B. in Form einer zusätzlich in den Haupt stromkreis des Vorschubmotors eingeschalte ten Dynamomaschine oder derart, dass der Anker des Vorschubmotors einerseits an die Kombination einer Vergleichsspannung und der Lichtbogenspannung über einen Wider stand und anderseits über einen Leonard- generator angeschlossen -ist: Diese Einrich tungen sind jedoch kompliziert und erfor- dern einen relativ grossen Aufwand für zu sätzliche Maschinen und Apparate.
Zweck der Erfindung ist nunmehr, eine selbsttätige Lichtbogenschweisseinrichtung zu schaffen, bei welcher der Vor- und Rück schub der Elektrode durch einen von einem, Leonardgenerator gespeisten Gleichstrom motor erfolgt, wobei diese Einrichtung, ver glichen mit den bisherigen Einrichtungen dieser Art, in einfacherer und betriebssicherer Weise, das heisst bei äusserst geringem Auf-, wand an Maschinen und Apparaten, eine wirkungsvolle Ausregulierung des Elektro denvorschubes ermöglichen soll.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der Leonardgenerator ausser einer Fremd-, erregungswicklung eine Differentialerreger wicklung besitzt, die von der Lichtbogenspan nung und einer ihr entgegengesetzt wirken den, konstanten Hilfsspannung derart erregt wird, dass beim Sollwert der Lichtbogenspan nung kein. Erregerstrom fliesst; der jedoch sofort in positivem oder negativem Sinn stark ansteigt, wenn die Lichtbogenspannung von ihrem Sollwert abweicht.
An Hand der Zeichnung sei die Erfin dung näher erläutert, und zwar ist in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine selbsttätige Lichtbogenschweisseinrichtung in schematischer Weise dargestellt.
In der Figur bedeutet 1 den Lichtbogeri- schweissgenerator, dessen Elektrode 2 in einem bestimmten Abstand vom Werkstück 3 gehalten werden muss. Für den Vorschub der -Elektrode 2 sind die Vorschubrollen 4 vorgesehen, die durch einen Gleichstrom motor 5 angetrieben werden, der von einem Leonardgeneratör 6 gespeist wird. Sowohl der Motor 5 als auch der Generator 6 sind mit je einer fremderregten Wicklung 7 bezw. 8 versehen, die vorzugsweise an einer gleich bleibenden 'Spannung liegen, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist.
Die beiden Wicklungen 7, 8 können nötigenfalls z. B. auch vom Schweissgenerator 1 erregt werden. Der Leonardgenerator 6 besitzt ausser der Fremderregung noch eine Differentialwick lung 9.- Mit dem Generator 6 ist eine Hilfs maschine 10 gekuppelt, welche eine der Lichtbögenspannung entgegengesetzt gleiche, konstante Spannung liefert und gleichzeitig auch noch als -Erregermaschine für den Mo- tör 5 und den Generator 6 dient.
Die Hilfs maschine 10 ist mittels einer Nebenschluss wicklung 11 selbsterregt, und in Reihe mit dieser letzteren ist ein Regelwiderstand 12 geschaltet.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist nunmehr wie folgt: Es soll zunächst an- genommen werden, dass der Generator 6 durch seine Fremderregerwicklung 8 gerade so erregt sei, dass der Motor 5 eine Drehzahl aufweist, welche einem dem normalen Ab brand der Elektrode 2 richtig angepassten Vorschub entspricht. Diesen Verhältnissen entspricht eine ganz bestimmte Lichtbögen spannung (Sollwert).
Auf diesen Sollwert wird nun die Gegenspannung des Hilfs- generators 10 einreguliert, so dass in der Differentialwicklung 9 des Leonardgenera- tors 6 kein Strom fliesst.
Wenn jetzt der nor male - Elektrodenabstand bezw. die Licht bogenspannung aus irgendeinem Grunde nicht mehr eingehalten wird, so entsteht in folge der dabei auftretenden Differenzspan nung in der Wicklung 9 ein Strom von ge gebener Richtung. Diese wird so gewählt; dass beispielsweise bei zu grosser Lichtbogen spannung bezw. zu grossem Elektroden abstand die Wicklung 9 feldunterstützend wirkt. Als Folge davon läuft der Motor schneller und gleicht so den zu grossen Ab- stand wieder aus. Das umgekehrte tritt ein bei zu kleiner Lichtbogenspannung.
Die Wicklung 9' erhält also je nach Bedarf Stromimpulse von positiver oder negativer Richtung, stets mit dem Bestreben, den ge wünschten Sollwert der Lichtbogenspannung scharf einzuhalten; sie ist gleichsam ein elek trisches Differential, jedoch gegenüber einem mechanischen Differential viel trägheitsloser und dementsprechend wirksamer. Die Wirk samkeit -kann nämlich ganz extrem gesteigert werden, derart, dass bei einer Abweichung der Lichtbogenspannung von beispielsweise nur zirka 5 % mit Leichtigkeit Generator- spannungs- und damit Motor-Drehzahlände rungen von 40-50% erreichbar sind.
Vor aussetzung hierfür ist bloss, dass der Genera tor 6 bei seiner normalen Drehzahl noch nicht gesättigt ist, und dass die Amperewindungen der Wicklung 9 genügend gross gewählt wer den; letzteres ist. jedoch leicht möglich, selbst bei kleinem Kupferaufwand, weil es ja im Wesen der Schaltung liegt, dass diese Wick lung thermisch sehr schwach beansprucht wird. Mit Hilfe eines in Reihe mit der Wick-_ lung 9 liegenden Einstellwiderstandes 13 lässt sich die erwähnte Empfindlichkeit der Regulierung, den praktischen Anforderungen entsprechend, nach Wunsch einstellen.
Auch der Zündvorgang spielt - sich bei dieser Schaltung, wie nachstehend erläutert wird, in jeder Beziehung richtig ab. Unmit telbar vor der Zündung ist der Generator 6 durch die Wicklungen 8 und 9 erregt, und zwar durch die Wicklung 9 in dem Masse; als die Leerlaufspannung der Schweissma schine 1 höher ist als die Gegenspannung der Hilfsmaschine 10.
Der Motor- 5 läuft also mit einer gewissen Vorwärtsgeschwindigkeit, bis die Elektrode 2 das Werkstück 3 be rührt. Durch den Zündkurzschluss bricht die Spannung der Schweissmaschine 1 praktisch auf Null zusammen, was zur Folge hat, dass jetzt die volle Gegenspannung der Maschine <B>10</B> auf die Differentialwicklung 9- in feld schwächendem Sinn einwirkt: Dabei über wiegt das Feld der- Wicklung 9 dasjenige der Wicklung 8 um ein Mehrfäclies. -Der Gene- rator 6 polt daher sofort um und reversiert den Motor 5.
Demzufolge erfolgt ein Rück schub der Elektrode 2, der so lange anhält, bis der normale Elektrodenabstand erreicht ist. Hierauf arbeitet die Regulierung wieder normal weiter.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres hervorgeht, kann die Einstel lung einer beliebigen Lichtbogenspannung nach Wunsch durch Verändern der Gegen spannung der Hilfsmaschine 10 erfolgen, und zwar in einfacher Weise durch Verändern des Nebenschluss-Regulierwiderstandes 12 der Wicklung 11. Damit wird zwar auch die Fremderregung des Motors 5 und Generators 6 verändert.
Dies ist aber nicht von Bedeu tung, weil sich ihre Wirkungen in bezug auf Veränderung der Grunddrehzahl des Motors 5 praktisch aufheben. Mit andern Ui orten: Die Gegenspannungsmaschine 10 kann be denkenlos auch als Erreger dienen, da eine Änderung der Lichtbogenspannung praktisch nur auf der Wirkung der zugehörigen Gegen- spannung beruht.
Es lässt sich aber auch eine Einstellung der Lichtbogenspannung, wenn auch weniger wirkungsvoll, dadurch erreichen, dass direkt im Erregerfeldkreis 8 des Generators 6 mit Hilfe eines Widerstandes 14, der in der Figur punktiert angedeutet ist, reguliert wird. Diese Art Regulierung unterscheidet sich von der zuerst beschriebenen dadurch, dass bei gewissen Werten der Lichtbogen spannung die Gegenspannung des Hilfsgene- rators 10 um einen kleinen Wert grösser oder kleiner werden kann als sie.
In solchen Fällen ist dann der Ruhestrom in der Diffe rentialwicklung 9, das heisst der Strom beim Sollwert der Lichtbogenspannung nicht mehr Null, sondern hat einen geringen positiven oder negativen Betrag. Über diesen Betrag als Basis lagern sich die Regulierimpulse. Die erwähnte Empfindlichkeit der Einrich tung erleidet aber durch diese Regulierart keine Einbusse.
Die beschriebene Einrichtung kann gege benenfalls auch bei Wechselstromlichtbogen- schweissung angewendet werden. Es ist hier- für bloss eine Gleichrichtung der Lichtbogen spannung; z. B. mit Hilfe eines Trocken gleichrichters nötig, wie dies in der Fig. 2 angedeutet ist, wo 15 den Gleichrichter be deutet. Die ganze übrige Schaltung bleibt gleich wie bei Fig. 1. Der Gleichrichter 15 darf klein sein, weil ei normalerweise ja keinen Strom abgeben muss.
Automatic arc welding device. The invention relates to a device to BEZW the once set electrode distance from the workpiece in arc welding machines. to keep the associated arc voltage automatically constant.
There are already Lichtbogenschweissmaschi nen known in which on an electrically mechanical, usually quite complicated way, with the help of differential gears, slip clutches, planetary gears and the like, the electrode feed is actively controlled. Finer are also known to orders that serve the same purpose in a purely electrical way by means of a special circuit of the electrode feed motor or the generator feeding it. In all these devices and arrangements, the only variable available, namely the light arc voltage, is used to achieve the desired control properties.
However, arrangements are also known in which, in addition to the arc voltage, a reference voltage is used, e.g. B. in the form of an additional dynamo in the main circuit of the feed motor or in such a way that the armature of the feed motor was on the one hand connected to the combination of a comparison voltage and the arc voltage via a resistor and on the other hand connected via a Leonard generator: These facilities however, they are complicated and require a relatively large outlay for additional machines and apparatus.
The purpose of the invention is now to create an automatic arc welding device in which the forward and backward movement of the electrode is carried out by a DC motor fed by a Leonard generator, this device being simpler and more reliable compared to previous devices of this type Way, that means with extremely little effort on machines and devices, an effective regulation of the electric denvorschubes should allow.
According to the invention, this is achieved in that the Leonard generator has, in addition to an external excitation winding, a differential exciter winding which is excited by the arc voltage and a constant auxiliary voltage acting in opposition to it in such a way that no arc voltage is present at the setpoint value of the arc voltage. Excitation current flows; which, however, immediately increases sharply in a positive or negative sense if the arc voltage deviates from its setpoint.
With reference to the drawing, the inven tion will be explained in more detail, namely an automatic arc welding device is shown in Fig. 1 as an embodiment of the invention in a schematic manner.
In the figure, 1 denotes the arc welding generator, the electrode 2 of which must be kept at a certain distance from the workpiece 3. For the advance of the electrode 2, the feed rollers 4 are provided, which are driven by a direct current motor 5, which is fed by a Leonard generator 6. Both the motor 5 and the generator 6 are each with a separately excited winding 7 respectively. 8, which are preferably due to a constant 'voltage, although this is not absolutely necessary.
The two windings 7, 8 can, if necessary, for. B. are also excited by the welding generator 1. In addition to the external excitation, the Leonard generator 6 also has a differential winding 9. An auxiliary machine 10 is coupled to the generator 6, which supplies a constant voltage opposite to the arc voltage and at the same time also acts as an exciter machine for the motor 5 and the Generator 6 is used.
The auxiliary machine 10 is self-excited by means of a shunt winding 11, and a variable resistor 12 is connected in series with this latter.
The mode of operation of this device is now as follows: It should first be assumed that the generator 6 is just so excited by its external excitation winding 8 that the motor 5 has a speed which corresponds to a feed rate that is correctly adapted to the normal burning of the electrode 2 corresponds. These conditions correspond to a very specific arc voltage (setpoint).
The counter voltage of the auxiliary generator 10 is now adjusted to this setpoint value, so that no current flows in the differential winding 9 of the Leonard generator 6.
If now the normal - electrode gap respectively. the arc voltage is no longer maintained for some reason, as a result of the difference voltage occurring in the winding 9, a current of ge given direction arises. This is chosen so; that, for example, if the arc voltage is too large. If the electrode spacing is too large, the winding 9 has a field-supporting effect. As a result, the engine runs faster and thus compensates for the excessively large distance. The opposite occurs if the arc voltage is too low.
The winding 9 'thus receives current pulses from a positive or negative direction as required, always with the aim of strictly adhering to the desired target value of the arc voltage; it is, as it were, an elec trical differential, but much less inertia than a mechanical differential and accordingly more effective. The effectiveness can namely be increased to an extremely high degree, so that if the arc voltage deviates from, for example, only about 5%, generator voltage and thus engine speed changes of 40-50% can be achieved with ease.
The only prerequisite for this is that the generator 6 is not yet saturated at its normal speed, and that the ampere turns of the winding 9 are chosen to be sufficiently large; the latter is. however, this is easily possible, even with a small amount of copper, because it is in the nature of the circuit that this winding is subjected to very little thermal stress. With the aid of an adjusting resistor 13 in series with the winding 9, the aforementioned sensitivity of the regulation can be adjusted as desired, in accordance with the practical requirements.
The ignition process also takes place correctly in every respect with this circuit, as will be explained below. Immediately before ignition, the generator 6 is excited by the windings 8 and 9, through the winding 9 in the mass; than the open circuit voltage of the welding machine 1 is higher than the counter voltage of the auxiliary machine 10.
The motor 5 thus runs at a certain forward speed until the electrode 2 touches the workpiece 3. Due to the ignition short circuit, the voltage of the welding machine 1 breaks down to practically zero, which means that the full counter voltage of the machine <B> 10 </B> now acts on the differential winding 9- in a field-weakening sense: The field predominates the winding 9 that of the winding 8 around a Mehrfäclies. -The generator 6 therefore immediately reverses the polarity and reverses the motor 5.
As a result, the electrode 2 is pushed back, which continues until the normal electrode spacing is reached. The regulation then continues to work normally.
As is readily apparent from the above description, the setting of any arc voltage as desired can be done by changing the counter-voltage of the auxiliary machine 10, in a simple manner by changing the shunt regulating resistor 12 of the winding 11. This is also the external excitation of the motor 5 and generator 6 changed.
However, this is not important because their effects with respect to changing the basic speed of the motor 5 are practically canceled. In other words: The counter-voltage machine 10 can also be used as an exciter without a thought, since a change in the arc voltage is based practically only on the effect of the associated counter-voltage.
However, the arc voltage can also be adjusted, albeit less effectively, by regulating directly in the exciter field circuit 8 of the generator 6 with the aid of a resistor 14, which is indicated by dotted lines in the figure. This type of regulation differs from the one described first in that at certain values of the arc voltage, the counter voltage of the auxiliary generator 10 can be a small value greater or less than it.
In such cases, the quiescent current in the differential winding 9, that is, the current at the target value of the arc voltage is no longer zero, but has a small positive or negative amount. The regulatory impulses are based on this amount. The aforementioned sensitivity of the device does not suffer from this type of regulation.
The device described can, if necessary, also be used for alternating current arc welding. It is only a rectification of the arc voltage; z. B. necessary using a dry rectifier, as indicated in Fig. 2, where 15 indicates the rectifier be. The whole rest of the circuit remains the same as in FIG. 1. The rectifier 15 may be small because normally it does not have to deliver any current.