Die Erfindung betrifft eine Schweisseinrichtung zum Schweissen von Werkstücken, bei der ein Lade- und Entladekreis einen Speicherkondensator und ein Kondensatorentladungs-Schaltelement enthält und der Entladekreis über eine Drossel oder einen Widerstand an die Schweisselektroden der Schweisseinrichtung angeschlossen ist, wobei sie mehrere parallel geschaltete Lade- und Entladekreise besitzt, von welchen jeder eine Trenndiode enthält, und wobei die einen gleichnamigen Elektroden dieser Dioden miteinander verbunden sind und an diese gemeinsame Verbindung ein Thyristor angeschlossen ist, um die Schweisseinrichtung über diesen Thyristor mit dem Speisenetz zu verbinden.
Diese Schweisseinrichtung kann in der Maschinenbauindustrie Verwendung finden, und zwar zum Schweissen von Eisen oder aber auch Nichteisenmetallen sowie deren Legierungen.
Wie gesagt enthält die Speisequelle dieser Schweisseinrichtung mehrere Lade- und Entladekreise, von welchen z. B.
jeder aus einem Speisekondensator und einem in Reihe mit einer Trenndiode geschalteten Entladethyristor besteht. Die Lade- und Entladekreise sind untereinander parallel geschaltet und an das Netz über einen Thyristor und an die Elektrode über eine Induktivitätsspule oder Widerstand gelegt.
Diese Speisequelle arbeitet wie folgt.
In der negativen Halbperiode der Speisespannung öffnet sich der Leistungsthyristor und die Speicherkondensatoren laden sich auf eine Spannung auf, die dem Einschaltverzögerungswinkel des Leistungsthyristors proportional ist. Bei Anderung der Polarität der Speisespannung öffnen sich nacheinander die Entladethyristoren und die Spannung der Speisekondensatoren wird über die Induktivitätspule an die Elektrode der Schweisseinrichtung gelegt.
Indem man die Zahl der Speicherkondensatoren und die Zeit zweier aufeinanderfolgenden Einschaltungen der Entladethyristoren wählt, kann man Stromimpulse von erforderlicher Dauer erhalten und diese Dauer regeln.
Darüber hinaus kann man, indem man den Wert des Speicherkondensators bzw. der Kondensatorengruppe wählt, Stromimpulse von komplizierter Form bzw. von nahezu rechteckiger Form erhalten.
Die Regelung der Impulsleistung erfolgt bei der Schweiss einrichtung nach dem Hauptpatent durch Änderung des Einschaltverzögerungswinkels des Leistungsthyristors.
Die Trenndioden sind zur Entkopplung der Speicherkondensatoren von dem Speisenetz erforderlich. Zur Vereinfachung der Zündschaltung für die Entladethyristoren kann die Spannung zwischen den negativen Belägen zweier entsprechender Kondensatoren benutzt werden, während das Zünden des ersten Thyristors mit Hilfe einer der bekannten Schaltungen vom Netz bei Änderung der Polarität der Speisespannung erfolgen kann.
Die Speisequelle kann direkt an das Netz ohne Transformator gelegt werden, wodurch es möglich ist, ihre Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, die Abmessungen und Masse zu vermindern.
Die Speisequelle ermöglicht die Gewinnung von Stromimpulsen komplizierter Form, darunter auch nahezu rechteckiger Form, mit weitgehender Regelung der Impulsdauer, der Impulsfolgefrequenz und der Stromamplitude, weist relativ geringe Abmessungen und Masse auf und kann direkt an ein Einphasennetz angeschlossen werden.
Jedoch gestatten es die Speisequellen nach dem Frankreich-Patent Nr. 712 8916, dem Italien-Patent Nr. 932 019, dem DDR-Patent Nr. 914 049, dem Schweiz-Patent Nr.
532 446 nicht, Leichtmetalle, d. h. Aluminium und seine Legierungen, zu schweissen.
Zum Schweissen von Aluminium und Aluminiumlegierungen muss man Schweissstromimpulse von negativer und positiver Polung aufeinander folgen lassen.
Unter Schweissstromimpulsen von negativer Polung versteht man solche Stromimpulse, bei welchen die Spannung an der Elektrode der Schweisseinrichtung (am Brenner) negativ gegenüber der andren Elektrode (dem Schweissstück) ist.
Unter Schweissstromimpulsen von positiver Polung versteht man solche Stromimpulse, bei welchen die Spannung an der Zusatzelektrode (Brenndüse) positiv gegenüber der anderen Elektrode (Schweissstück) ist. Durch die positiv gepolten Schweissstromimpulse wird die Kathodenreinigung der Schweissstückoberfläche von dem schwer schmelzbaren Oxydfilm verwirklicht, während durch die negativ gepolten Schweissstromimpulse die Schweissung der von dem Oxydfilm gereinigten Schweissstückfläche bewirkt wird.
Unter Kathodenreinigung versteht man die Sprengung und Zerstäubung des Oxydfilms unter der Wirkung des positiv gepolten Schweissstromimpulses, d. h. des Stromimpulses, bei dem das Schweissstück als Kathode gilt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Schweisseinrichtung zu schaffen, die es gestattet, Eisenmetalle, Nichteisenmetalle sowie Leichtmetalle und deren Legierungen zu schweissen.
Diese Aufgabe wird bei der vorliegenden Schweisseinrichtung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass sie einen zusätzlichen Lade- und Entladekreis mit einem Kondensator enthält, dass dieser Kreis ferner einen Ladethyristor, einen Entladethyristor und eine Induktivitätsspule aufweist, die in Reihe geschaltet sind, dass die Spule an eine zusätzliche Schweisselektrode der Schweisseinrichtung angeschlossen ist, dass eine Elektrode des Kondensators an den Verbindungspunkt des Ladethyristors und des Entladethyristors und die andere Elektrode des Kondensators an eine der Schweisselektroden der Schweisseinrichtung angeschlossen sind, und dass ein Leistungsthyristor zur Gewinnung von positiv gepolten Stromimpulsen vorgesehen ist, dessen Kathode an den Verbindungspunkt des Entladethyristors und der Induktivitätsspule angeschlossen ist,
während die Anode des Leistungsthyristors und die Anode des Ladethyristors des zusätzlichen Ladeund Entladekreises über einen Schalter an das Speisenetz anschliessbar sind.
Die Erfindung gestattet es, eine universelle Kleinspeisequelle ohne Netztransformator zu schaffen. Das Fehlen eines Netztransformators und der hohe Wirkungsgrad der Speisequelle bestimmen ihre geringe Masse (nicht über 32 kg) und die Möglichkeit, diese als tragbares Gerät zu benutzen. Die geringen Abmessungen der Universalspeisequelle erlauben es, Betriebsflächen zu sparen. Die Universalspeisequelle ist bequem für den Einbau in automatische Taktstrassen bzw. Fliessstrassen.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die elektrische Schaltung der erfindungsgemässen Schweisseinrichtung
Fig. 2 eine Variante der elektrischen Schaltung der erfindungsgemässen Schweisseinrichtung
Fig. 3 a, b, c den zeitlichen Verlauf der Speisespannung und des Stromes am Ausgang der Schweisseinrichtung
Fig. 4 a, b, c den zeitlichen Verlauf der Spannung eines Drehstromnetzes und des Stroms am Ausgang der Schweisseinrichtung.
Die Schweisseinrichtung für Werkstücke verwendet eine Speisequelle 1 (Fig. 1), deren Eingang mit der Klemme 2 einer Phase des Speisenetzes und der Ausgang mit einer Elektrode 3 der Einrichtung verbunden ist, sowie einen zusätzlichen Lade- und Entladekreis. Der zusätzliche Lade- und Entladekreis enthält in Reihe geschaltet einen Ladethyristor 5 und eine an eine zusätzliche Schweisselektrode 7 der Ein richtung angeschlossene Spule 6.
Der zusätzliche Lade- und Entladekreis weist auch einen Kondensator 8 auf, bei dem der eine Belag an den Verbindungspunkt 9 eines Ladethyristors 4 und eines Entladethyristors 5 gelegt ist, während der andere Belag mit einer der Elektroden 10 der Einrichtung in Verbindung steht.
Die Schweisseinrichtung enthält auch einen Leistungsthyristor 11 zur Erzeugung von positiv gepolten Impulsen, dessen Kathode an den Verbindungspunkt 12 des Entladethyristors 5 und der Spule 6 gelegt ist, während die Anode des Leistungsthyristors 11 mit der Anode des Ladethyristors 4 des zusätzlichen Lade- und Entladekreises verbunden ist.
Der Verbindungspunkt der Anoden des Leistungsthyristors 11 und des Ladethyristors 4 ist über einen zweipoligen Schalter 13 an die Klemme 2 des Speisenetzes und an den Eingang der Speisequelle 1 gelegt.
Eine Steuer- und Synchronisiereinheit 15 für den Ladethyristor 4, den Entladethyristor 5 und den Leistungsthyristor
11 enthält einen Stabilisierungskreis mit einer mit einem Widerstand 17 in Reihe geschalteten Zener-Diode 16.
Der Stabilisierungskreis ist an die Klemme 14 des Speisenetzes und über den zweipoligen Schalter 13 an die andere
Klemme des Speisenetzes angeschlossen.
Parallel zur Zener-Diode 16 ist ein Phasendreher geschal tet, der einen Regelwiderstand 18 enthält, der mit einer Wick lung eines Transformators 19 und mit einem Dynistor 20 in
Reihe geschaltet ist.
An den Verbindungspunkt des Regelwiderstandes 18 und der Wicklung des Transformators 19 ist der eine Belag eines
Kondensators 21 gelegt, während der andere Belag dieses
Kondensators an den Verbindungspunkt des Dynistors 20 und der Zener-Diode 16 angeschlossen ist.
Parallel zur Zener-Diode 16 liegt ein weiterer Phasendreher, der einen Regelwiderstand 22, eine Wicklung eines Transformators 24 und einen Dynistor 24 enthält, die in
Reihe geschaltet sind.
An den Verbindungspunkt des Regelwiderstandes 22 und der Wicklung des Transformators 23 ist der eine Belag eines
Kondensators 25 gelegt, während der andere Belag dieses
Kondensators an den Verbindungspunkt des Dynistors 24 und der Zener-Diode 16 angeschlossen ist.
Die sekundären Wicklungen der Transformatoren 19 und 23 sind jeweils an die Kathoden und die Steuerelektroden des Ladethyristors 4, des Entladethyristors 5 und des Lei stungsthyristors 11 angeschlossen.
Die Anode des Ladethyristors 4 kann über den Schalter
13 an die Klemme 26 (Fig. 2) der zweiten Phase A des Speise netzes und die Anode des Leistungsthyristors 11 über den Schalter 13 an die Klemme 27 der dritten Phase C des Spei senetzes angeschlossen werden.
Für diese Ausführungsvariante der Schweisseinrichtung enthält eine Steuer- und Synchronisiereinheit 28 für den Ladethyristor 4 einen Stabilisierungskreis, in welchem ein Widerstand 30 mit einer Zener-Diode 29 in Reihe geschaltet ist.
Der Stabilisierungskreis ist an die Klemme 14 und über den Schalter 13 an die Klemme 26 des Drehstromspeisenetzes gelegt.
Parallel zur Zener-Diode 29 ist ein Phasendreher geschaltet, der aus einem Regelwiderstand 31, einer Wicklung eines Transformators 32 und einem Dynistor 33 besteht, die in
Reihe geschaltet sind.
An den Verbindungspunkt des Regelwiderstandes 31 und der Wicklung des Transformators 32 ist der eine Belag eines
Kondensators 34 gelegt, während der andere Belag dieses
Kondensators an den Verbindungspunkt des Dynistors 33 und der Zener-Diode 29 angeschlossen ist.
Die Steuer- und Synchronisiereinheit 28 für den Entladethyristor 5 und den Leistungsthyristor 14 weist einen Stabilisierungskreis auf, der aus den in Reihe geschalteten Zener Diode 35 und Widerstand 36 besteht.
Der Stabilisierungskreis ist an die Klemme 14 und über den Schalter 13 an die Klemme 27 des Drehstromspeisenetzes angeschlossen.
Parallel zur Zener-Diode 35 ist ein Phasendreher geschaltet, der aus den in Reihe geschalteten Regelwiderstand 37, Dynistor 38 und Wicklung des Transformators 39 besteht.
An den Verbindungspunkt des Regelwiderstandes 37 und des Dynistors 38 ist der eine Belag des Kondensators 40 gelegt, während der andere Belag dieses Kondensators an den Verbindungspunkt der Wicklung des Transformators 39 und der Zener-Diode 35 angeschlossen ist.
Die Sekundärwicklung des Transformators 32 ist an die Kathode und die Steuerelektrode des Ladethyristors 4 angeschlossen, und die Sekundärwicklungen des Transformators 39 sind an die Kathoden und die Steuerelektroden des Entladethyristors 5 und des Leistungsthyristors 11 gelegt.
Fig. 3a zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung eines Einphasenspeisenetzes.
Fig. 3b zeigt den zeitlichen Verlauf der Schweissstromimpulse von negativer Polung,
Fig. 3c zeigt den zeitlichen Verlauf der Schweissstromimpulse von negativer und positiver Polung,
Fig. 4a zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung eines Drehstromspeisenetzes,
Fig. 4b zeigt den zeitlichen Verlauf der Schweissstromimpulse von negativer Polung,
Fig. 4c zeigt den zeitlichen Verlauf der Schweissstromimpulse von positiver Polung.
Die Schweisseinrichtung gestattet es, Eisenmetalle und deren Legierungen, Nichteisenmetalle und deren Legierungen, sowie z. B. Aluminium und dessen Legierungen, zu schweissen.
Zum Schweissen von Metallen werden die Elektrode 3 und die zusätzliche Schweisselektrode 7 (Brennerdüse) verwendet. Die Speisequelle wird auch an die andere Elektrode (Schweissstück) und an ein Einphasen- bzw. Dreiphasenwechselstromnetz angeschlossen.
Beim Anschliessen an ein Einphasenwechselstromnetz funktioniert die Einrichtung wie folgt:
Der Schalter 13 (Fig. 1) ist geöffnet. Die Speisequelle 1 er zeugt nur negativ gepolte Schweissstromimpulse (Fig. 3a, b) und gibt sie auf die Elektroden 3 und 10. Mit den negativ gepolten Impulsen erfolgt das Schweissen von Eisen- und Nichteisenmetallen und deren Legierungen beim Verstellen der Elektrode 3 (des Brenners) der Elektrode 10 (dem Schweissstück) entlang. Die Arbeitsweise der Speisequelle 1 beim Schweissen von Eisen- und Nichteisenmetallen und deren Legierungen ist in den Patentschriften Nr. 7 128 916 (Frankreich), Nr. 932 019 (Italien), Nr. 91 409 (DDR), Nr. 532 446 (Schweiz) beschrieben.
Zum Schweissen von Aluminium und dessen Legierungen wird der Schalter 13 geschlossen.
Die Spannung der positiven Halbwelle des Speisenetzes wird an den Stabilisierungskreis, der die Zener-Diode und den Widerstand 17 enthält, angelegt. Von der Zener-Diode 16 wird die Spannung über den Regelwiderstand 18 dem Kondensator 21 zugeführt, der auf eine der Durchschlagspannung des Dynistors gleiche Spannung aufgeladen wird. Beim Ansprechen des Dynistors 20 entladet sich der Kondensator 21 über die Wicklung des Transformators 19. Von der Sekundärwicklung des Transformators 19 gelangt die Spannung zur Steuerelektrode des Ladethyristors 4. Der Thyristor 4 öffnet sich und der Kondensator 8 des zusätzlichen Lade- und Entladekreises ladet sich auf die Zündspannung des positiv gepolten Bogens auf.
Gleichzeitig wird von der Zener-Diode 15 die Spannung über den Regelwiderstand 22 an den Kondensator 25 gelegt, der auf eine der Durchschlagspannung des Dynistors 24 gleiche Spannung aufgeladen wird.
Die Parameter des RC-Kreises (Regelwiderstand 22, Kondensator 25) werden derart gewählt, dass sich der Dynistor 24 nach einer vorgegebenen Zeit öffnet. Beim Ansprechen des Dynistors 24 entladet sich der Kondensator 25 über die Wicklung des Transformators 23. Von der Sekundärwicklung des Transformators 23 wird die Spannung den Steuerelektroden des Entladethyristors 5 und des Leistungsthyristors 11 zugeführt.
Die Thyristoren 5 und 11 öffnen sich und der Kondensator 8 entladet sich über den Thyristor 5, die Induktivitätsspule 6 und die Zusatzelektrode 7, wobei ein positiv gepolter Stromimpuls zwischen der Zusatzelektrode 7 (Brennerdüse) und der Elektrode 10 (Schweissstück) hervorgerufen wird. Es entsteht ein positiv gepolter Bogen.
Das Brennen des positiv gepolten Bogens wird durch den an der zusätzlichen Elektrode 7 über den offenen Leistungsthyristor 11 eintreffenden Stromimpuls aufrechterhalten.
Während der positiven Halbwelle des Speisenetzes werden von der Stromquelle 1 auf die Elektroden 3 und 10 negativ gepolte Schweissstromimpulse gegeben (Bild 3c). Es entsteht ein negativ gepolter Bogen.
Die positiv gepolten Stromimpulse rufen eine Kathodenreinigung des Schweissstückes vom schwer schmelzbaren Oxydfilm hervor, während die von der Speisequelle 1 erzeugt ten negativ gepolten Stromimpulse die Schweissung des Schweissstückes sichert.
Beim Anlegen an ein Drehstromnetz funktioniert die Schweissseinrichtung wie folgt.
Bei offenem Schalter 13 (Fig. 2) erzeugt die an die Klemme 2 (Phase B des Speisenetzes) angeschlossene Speisequelle 1 negativ gepolte Schweissstromimpulse zum Schweissen von Eisen- und Nichteisenmetallen und deren Legierungen. Die Arbeitsweise der Speisequelle für diesen Fall ist in den Patentschriften Nr. 7 128 916 (Frankreich), Nr. 932 019 (Italien), Nr. 91 409 (DDR), Nr. 532 446 (Schweiz) beschrieben.
Bei geschlossenem Schalter 13 wird die positive Halbwelle einer der Speisespannungsphasen, beispielsweise der Phase A (Fig. 4a) an den aus der Zener-Diode 29 (Fig. 2) und dem Widerstand 30 bestehenden Stabilisierungskreis angelegt.
Die Spannung von der Zener-Diode 29 wird über den Regelwiderstand 31 an den Kondensator 34 angelegt. Der Kondensator 34 ladet sich auf eine der Durchschlagspannung des Dynistors 33 gleiche Spannung auf. Beim Ansprechen des Dynistors 33 entladet sich der Kondensator 34 über die Wicklung des Transformators 32. Von der Sekundärwicklung des Transformators 32 gelangt die Spannung zur Steuerelektrode des Ladethyristors 4. Der Thyristor 4 öffnet sich und der Kondensator 8 des zusätzlichen Lade- und Entladekreises ladet sich bis auf die Zündspannung des positiv gepolten Bogens auf.
An den aus der Zener-Diode 35 und dem Widerstand 36 bestehenden Stabilisierungskreis wird die Spannung der positiven Halbwelle der dritten Phase (Phase C) des Speisenetzes angelegt. Von der Zener-Diode 35 wird der Spannung über den Regelwiderstand 37 dem Kondensator 40 zugeführt. Der Kondensator 40 ladet sich auf eine der Durchschlagspannung des Dynistors 38 gleiche Spannung auf.
Beim Ansprechen des Dynistors 38 entladet sich der Kondensator 40 über die Wicklung des Transformators 39. Von den Sekundärwicklungen des Tranformators 39 gelangt die Spannung zu den Steuerelektroden des Entladethyristors 5 und des Leistungsthyristors 11. Die Thyristoten 5 und 11 öffnen sich und der Kondensator 8 entladet sich über den Thyristor 5, die Induktivitätsspule 6 und die Zusatzelektrode 7, wobei ein positiv gepolter Stromimpuls zwischen der Zusatzelektrode 7 (Brennerdüse) und der Elektrode 10 (Schweissstück) hervorgerufen wird. Es entsteht ein positiv gepolter Bogen, der die Kathodenreinigung des Schweissstückes von dem schwerschmelzbaren Oxydfilm sichert. In der positiven Spannungswelle der Phase B des Speisenetzes erzeugt die Speisequelle negativ gepolte Schweissstromimpulse, die auf die Elektroden 3 und 10 gegeben werden.
Es entsteht ein negativ gepolter Bogen, der die Schweissung sichert.
Die Schweisseinrichtung gestattet es, nicht nur Eisenmetalle und Nichteisenmetalle, sondern auch Aluminium und dessen Legierungen mit hoher Nahtgüte zu schweissen.