DE1005662B

DE1005662B - Wechselstrom-Lichtbogen-Schutzgas-Schweissanordnung mit UEberlagerung der Lichtbogenspannung mit Kondensator-entladungen

Info

Publication number: DE1005662B
Application number: DEA20832A
Authority: DE
Inventors: Jacques Moignet; Pierre Soulary
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1953-07-30
Filing date: 1954-07-27
Publication date: 1957-04-04
Also published as: FR1088586A; FR66238E; GB786795A; NL94451C; US2889480A; GB759318A; LU33028A1; NL180870B; BE530575A; CH324473A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Wechselstromschweißanordnung mit einer durch einen Schutzgasstrom abgeschirmten Schweißelektrode und Überlagerung der Lichtbogenspannung mit periodisch wiederholten Entladungen eines Kondensators über eine Funkenstrecke.

Sie bezieht sich insbesondere auf das Wechselstromschweißen von Leichtmetallen, wie Aluminium und dessen Legierungen mittels einer nicht schmelzenden Elektrode, beispielsweise aus Wolfram, in einer Argon- oder Heliumatmosphäre.

Es ist bekannt, daß im letzteren Fall während der Halbperiode, in welcher die Elektrode an positiver Spannung liegt, der Bogen nur schwer wieder zu zünden ist. Es ist auch bereits eine Lösung dieses Problems bekannt, die darin besteht, einen Transformator mit einer verhältnismäßig niedrigen Leerlaufspannung von beispielsweise 60 Volt zu benutzen und dem von diesem Transformator erzeugten Strom einen Hochfrequenzstrom höherer Spannung, im allgemeinen oberhalb 1500 Volt, zu überlagern, der in einer Schaltung mit Elektronenröhren oder Thyratrons erzeugt werden kann. Die Benutzung der Hochfrequenz gewährt den Vorteil einer verhältnismäßig einfachen Trennung des Niederfrequenzschweißstroms und des Hochfrequenzstroms höherer Spannung, außerdem einfacher Schutzmaßnahmen für den Transformator. Demgegenüber bedingt aber die Benutzung der Hochfrequenz eine Reihe von Nachteilen. Durch den Hochfrequenzstrom, der eine höhere Spannung besitzt als die gebräuchlichen Isolationsspannungen der Geräte, besteht die Gefahr, daß die Isolationsteile an den Schutzvorrichtungen durch einen Unfall beschädigt werden. Außerdem erzeugt die Hochfrequenz für die Rundfunkhörer unliebsame Störungen.

Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, die plötzliche Entladung eines Kondensators, der vorher aufgeladen wurde, über ein Thyratron oder eine Funkenstrecke in den Schweißstromkreis zu benutzen. Bei Verwendung eines Thyratrons soll hierzu die Wirkung der ganzen oder teilweisen Bogenspannung auf dessen Steuergitter ausgelöst werden. Diese Vorrichtungen haben aber den Nachteil, daß sie verhältnismäßig zerbrechlich und kostspielig sind. Dagegen war es bei Benutzung der bekannten Funkenstrecken verschiedenster Art bisher nicht möglieh, die Funkenstrecke unmittelbar von der Schweißelektrode her zu steuern. Es sind zwar Funkenstrecken mit Gasdurchfluß bekanntgeworden, diese wurden aber bisher in Lichtbogen-Schweißanordnungen nicht benutzt. Es ist bei solchen Funkenstrecken mit Gasdurchfluß auch bekannt, während des Betriebes den Elektrodenabstand durch optische, elektrische oder mechanische Mittel zu überwachen. Diese Überwachung des Elektrodenabstandes kann aber bei den Wechselstrom-Lichtbogen-Schutzgas-Schweißanordnung mit Überlagerung der Lichtbogensparmung mit Kondensatorentladungen

Anmelder:

L'Air Liquide, Societe Anonyme

pour l'Etude et !'Exploitation des Procedes

Georges Claude, Paris

Vertreter: Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt, Wiesbaden, Sonnenberger Str. 44

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 30.JuIi 1953 und 10. Juni 1954

Pierre Soulary, Paris, und Jacques Moignet, La Frette

(Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden

bekannten Funkenstrecken nur auf Grund der zwischen den Elektroden der Funkenstrecke selbst überspringenden Funken, nicht aber auf Grund eines Schweißlichtbogens erfolgen.

Demgegenüber soll durch die Vorrichtung nach der Erfindung die Benutzung eines Thyratrons und die Erzeugung von für die Rundfunkhörer unliebsamen Störungen vermieden werden. Außerdem soll die Vorrichtung nach der Erfindung für die Isolationsteile am Halter der Schweißelektrode jegliche Gefahr ausschließen, indem sie gestattet, Spannungen unterhalb der Prüfspannung gebräuchlicher Isolationsteile für elektrische Schweißgeräte zu benutzen.

Nach der Erfindung wird eine an sich bekannte Gasumlauffunkenstrecke benutzt, über welche wenigstens ein Teil des zur Schweißelektrode geführten Schutzgasstroms geleitet wird. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß die aus der Funkenstrecke abgezogene Wärme und gegebenenfalls auch noch eine restliche Ionisation der Gasatmosphäre des Schweißlichtbogens zugute kommt und dort ebenfalls zur Stabilisierung beiträgt. Es ist dadurch möglich, im Schweißlichtbogen Stabilisierungsimpulse erheblich

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geringerer Spannung als bisher zu benutzen. Diese Spannung liegt, im Gleichstrom gemessen, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 250 und 800 Volt. Als noch zweckmäßiger erweist sich eine in Gleichspannung bemessene Impulsspannung in einem Bereich von etwa 300 bis 450 Volt. Ein weiterer durch die Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, daß jetzt die Möglichkeit gegeben ist, die Erzeugung von Zünd- und Steuerimpulsen automatisch abzuschalten, sobald der Schutzgasstrom ausbleibt.

Bei der Verwendung eines inerten Gases, insbesondere von Argon als Schutzgas, ist es nach der Erfindung besonders zweckmäßig, wenn die Elektroden der Funkenstrecke aus Aluminium bestehen. Hierdurch

Zweckmäßig liegt die Wiederholungsfrequenz der Entladungen etwa in dem hörbaren Bericht und hat einen solchen Wert, daß wenigstens eine Entladung in jeder Periode der Schweißwechselspannung erfolgt. Im Gegensatz zu den bekannten Schweißverfahren mit Schweißstrom einer Frequenz im hörbaren Bereich wird hierdurch die Wiederholungshäufigkeit der Hilf simpulse auf einen Wert beschränkt, der ausreicht, um ihre Wirksamkeit als Ionisationsmittel des Schweißlichtbogenraumes sicherzustellen, aber trotzdem hinreichend herabgesetzt, um keine Störungen der für Rundfunkübertragungen usw. benutzten elektromagnetischen Felder hervorzurufen.

Die Stromquelle zum Laden des Kondensators wird

wird eine niedrige Durchlaß spannung der Funken- 15 beispielsweise durch einen Transformator dargestellt, strecke, beispielsweise in der Größenordnung von dessen Primärwicklung mit dem Netz verbunden ist etwa 400 Volt, erreicht, ohne daß es notwendig ist, und dessen Sekundärwicklung unmittelbar bzw. über den Abstand der Elektroden übermäßig zu verringern. einen Widerstand mit den beiden Belegungen eines Dies erhöht die Bequemlichkeit in der Handhabung Kondensators verbunden ist, dessen eine Belegung einer solchen Funkenstrecke beträchtlich und ruft vor 20 über eine Funkenstrecke mit einer der Schweißelekallem den unvorhergesehenen Vorteil hervor, daß der
Übergang von Funken zu einem stehenden Lichtbogen
vermieden werden kann, der bei den gebräuchlichen
Funkenstrecken eine ernsthafte Schwierigkeit darstellt. Da die Aluminiumelektroden durch den Schutz- 25 besondere ein Kondensator mit der Kapazität von gasstrom gekühlt werden, ist ihre Lebensdauer sehr etwa 1 μΡ und ein Widerstand mit einem angenäherten

Wert von etwa 1000 Ohm. Die Stromquelle für den Kondensator kann ebenso auch eine Gleichstromquelle sein, deren negativer Pol über einen Widerstand mit einer Belegung eines Kondensators verbunden ist, die über die Funkenstrecke an der Schweißelektrode liegt, wobei die Leerlaufspannung der Gleichstromquelle etwas kleiner als die Überschlagsspannung der Funkenstrecke ist, so daß eine Kondensatorentladung

troden verbunden ist, wobei die Leerlaufspannung der Sekundärwicklung des Transformators größer als etwa das l,2fache der Überschlagsspannung der Funkenstrecke ist. In solchem Fall eignet sich ins-

zufriedenstellend. Diese Kühlung besteht vorzugsweise darin, daß eine der beiden Elektroden mit einem Längskanal durchbohrt ist, durch welchen der Gasstrom fließt.

Die Anordnung gemäß der Erfindung kann vorteilhaft mit Mitteln versehen sein, die geeignet sind, das Hervortreten von Funken zwischen den Funkenstreckenelektroden zu verhindern, solange die Schutz

gasstrommenge unterhalb eines im voraus bestimmten 35 stets zu Beginn derjenigen Halbperiode ausgelöst

Wertes liegt. Dadurch wird nicht nur die Funkenstrecke selbst geschützt, sondern auch in gleicher Weise das Zünden eines Schweißlichtbogens verhindert, sobald die notwendige Schutzgasmenge zum Schütze der Schweißung nicht vorhanden ist.

In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung wird eine Gasumlauffunkenstrecke mit aerodynamisch betätigter, automatischer Verstellung des Elektrodenabstandes benutzt, in wel-

wird, in welcher die Schweißelektrode positiv wird. In diesem Fall kann die Kapazität des Kondensators etwa 1 μΡ betragen und der Widerstand etwa einen Wert von 5000 Ohm haben.

Eine weitere Möglichkeit zum Laden des Kondensators besteht in einem Transformator, dessen Primärwicklung mit den Sekundärwicklungen des Schweißtransformators verbunden ist und dessen Sekundärwicklung über einen Kondensator mit den Belegungen

eher eine die Funkenkammer teilende, biegsame Mem- 45 eines Kondensators verbunden ist, dessen eine Bebran mit kalibrierter Öffnung angebracht ist, welche legung unmittelbar mit einer Schweißelektrode und auf die Schwankungen des Gasdurchstroms durch die
Funkenkammer anspricht und den Elektrodenabstand

verstellt, wenn die Durchstrommenge kleiner als ein

dessen andere Belegung mit der zweiten Schweißelektrode über eine Funkenstrecke verbunden ist. In diesem Fall beträgt die Kapazität des zu ladenden

vorausbestimmter Wert ist, und zwar vorzugsweise 5° Kondensators etwa 1 μΡ und diejenige des vorgeschal-

dadurch, daß dieser Abstand größer gemacht wird als teten Kondensators etwa 0,25 μΐ\

die Überschlagsentfernung. Eine solche Funkenstrecke kann vorteilhaft eine Hülle besitzen, die aus zwei vorzugsweise wenigstens teilweise durchsichtigen und

Die letztere Ladeanordnung für den Kondensator kann auch insofern abgewandelt sein, als der zu ladende Kondensator unmittelbar an die Klemmen der

isolierenden rohrförmigen Körpern z. B. aus organi- 55 Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen schem Glas auf Akrylharzbasis od. dgl. besteht, welche und der in Reihe geschaltete Kondensator zwischen mit ihren Enden aneinandergelegt sind und den Um- einer Belegung des zu ladenden Kondensators und die fang einer Membran einspannen, die in ihrer Mitte Funkenstrecke geschaltet sein kann. In diesem Fall von einer mit der Membran entgegen einer Feder be- beträgt die Kapazität des zu ladenden Kondensators weglichen Elektrode durchdrungen wird, die selbst 60 zweckmäßig etwa 0,1 μΡ und diejenige des reihengewiederum eine an ihrem aktiven Ende offene, axiale schalteten Kondensators ungefähr 0,25 μΡ. Blindbohrung aufweist, welche mit einem in bezug Wenn, wie in den beiden letzteren Fällen, eine

auf das aktive Ende hinter der Membran liegenden Kapazität als Ladeimpedanz benutzt wird, lädt sich kalibrierten Ouerkanal in Verbindung steht, wobei die der Kondensator sehr schnell auf, und die Entladung Hülle außerdem vorzugsweise mit zwei je mit einer 65 in der Funkenstrecke wird durch das Erlöschen des Elektrode verbundenen äußeren Steckerstiften versehen Schweißlichtbogens automatisch ausgelöst. Es ist ein

wesentlicher Vorteil dieser Vorrichtung, daß der Wechselstromwiderstand des in Reihe liegenden Kondensators größer sein kann als in den vorhergehenden Fällen, da dieser Wichseistromwiderstand praktisch

ist. Eine derartig aufgebaute Funkenstrecke kann in sehr einfacher Weise ausgewechselt werden und gestattet eine betriebssichere Arbeitsweise, die überdies ständig überwacht werden kann.

ohne Wirkung auf die Zeitkonstante des Ladekreises ist. Ferner kann dadurch der Kurzschlußstrom der Zündvorrichtung auf einem niedrigen Wert gehalten werden, um alle Gefahren elektrischer, insbesondere tödlicher Unfälle vom Bediemmgsmann abzuwenden, welcher Art auch diese Umstände sein mögen, unter denen Schäden durch das Gerät entstehen.

Um auf jeden Fall die unerwünschten Hochfrequenzschwingungen zu vermeiden oder zu unterdrücken, kann ein Dämpfungsglied benutzt werden, das durch einen zwischen die Schweißelektrode und die Funkenstrecke geschalteten Widerstand von etwa 25 Ohm und einen zwischen der Elektrode und dem Schweißstück angeordneten Kondensator von etwa 10000 pF gebildet wird.

Im folgenden werden beispielsweise verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer allgemein gebräuchlichen Schweißanlage mit Zündkreis für geeignete Hochfrequenz, die vorteilhaft mit einer Funkenstrecke gemäß der Erfindung auszurüsten ist;

Fig. 2 bis 5 sind Schaltbilder von Schweißanlagen und zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Niederfrequenzzündkreises gemäß der Erfindung;

Fig. 6 stellt eine Ausführungsform der Funkenstrecke gemäß der Erfindung dar;

Fig. 7 zeigt eine Funkenstrecke mit einer auf Differentialdruck ansprechenden manometerartigen Schutzmembran gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung und zeigt den Einfluß der Zusammensetzung der Funkenstreckenelektroden sowie den Einfluß des diese Elektroden umgebenden Gases.

Das Schaltbild nach Fig. 1 stellt ein Schweißgerät dar, das mit einem klassischen Hochfrequenzkreis versehen ist. In diesem Gerät ist T₁ der Schweißtransformator, E die Schweißelektrode, N die Gaszuführung, die diese Elektrode umgibt, W das zu schweißende Werkstück, T₂ ein die Spannung erhöhender Transformator, der für das Aufladen des Kondensators C₁ über eine Selbstinduktionsspule L₁ vorgesehen ist. Eine Funkenstrecke 5 ist mit L₁ und C₁ in Reihe geschaltet, und eine Drosselspule L₂ ist zwischen C₁ und der Sekundärwicklung von T₂ eingereiht, um die Isolation des Transformators T₂ zu schützen. Ein zweiter Kondensator C₂ liegt parallel zur Sekundärwicklung des Transformators T₁, um die Übertragung von Hochfrequenzschwingungen über die Primärwicklung des Transformators T₁ in das Netz zu verhindern.

Die wesentliche Neuheit dieses Kreises ist eine niedrige Arbeitsspannung, die durch die Tatsache ermöglicht ist, daß die Funkenstrecke S in einer Schutzgasatmosphäre gehalten wird und für eine Zündspannung unterhalb von 1500 Volt eingeregelt werden kann. Diese Funkenstrecke kann beispielsweise von der Art sein, wie sie in Fig. 6 oder 7 dargestellt ist, und kann außerdem in der in Fig. 2 dargestellten Weise eingeschaltet sein, d. h. mit dem Durchfluß des Schutzgases in Richtung zum Elektrodenhalter.

Die Fig. 2 bis 5 stellen vier Ausführungsformen eines Impulsstabilisatorkreises dar, der gemäß der Erfindung eine verhältnismäßig niedrige Wiederholungsfrequenz besitzt. In jeder der Fig. 2 bis 5 ist ein Schweißtransformator T₁ dargestellt, dessen Sekundärwicklung vorzugsweise eine verhältnismäßig niedrige Leerlaufspannung liefert, beispielsweise in der Größe von 50 oder 60 Volt. E ist eine Schweißelektrode, die von einem Gaszuführungsrohr N umgeben ist, und S ist eine Funkenstrecke innerhalb einer Schutzgasatmosphäre. Die beiden Enden der Sekundärwicklung des Transformators T₁ sind mit der Elektrode E bzw. dem zu schweißenden Werkstück W verbunden.

Fig. 2 stellt einen Stromkreis dar, der einen die Spannung erhöhenden Transformator T₂ enthält, dessen Primärwicklung an das Netz gelegt ist und dessen Sekundärwicklung über einen Vorwiderstand R₁ mit einem Kondensator C verbunden ist. Die eine Belegung des Kondensators C ist mit dem Werkstück W verbunden und die andere über die Funkenstrecke S und wahlweise einen zweiten Vorwiderstand R₂, der dazu bestimmt ist, die Intensität der Kondensatorentladungen zu begrenzen, mit der Schweißelektrode E. Gute Ergebnisse werden dann erzielt, wenn man dem Kondensator C eine Größe von 1 μ¥ und dem Vorwiderstand R₁ einen Wert von 1000 Ohm gibt.

Die Leerlaufspannung der Sekundärwicklung des Transformators T₂ kann beispielsweise etwa 450 Volt _eff und die Zündspannung der Funkenstrecke etwa 250 Volt _eff bei Netzfrequenz betragen. Der entsprechende Elektrodenabstand der Funkenstrecke S beträgt etwa 0,06 bis 0,07 mm in dem Fall, daß diese Elektroden aus Wolfram bestehen und von Argon unter einem Druck in der Größe des atmosphärischen Außendruckes umgeben sind.

Nach Fig. 3 ist der Transformator T₉ durch eine Gleichstromquelle B zum Laden des Kondensators C über einen Vorwiderstand R₁ ersetzt. Gute Ergebnisse werden erzielt mit C=I μΡ und R₁ = 5000 Ohm. Die Spannung der Stromquelle B beträgt dabei etwa 370 Volt und die Zündspannung der Funkenstrecke 5 etwa 280 Volt _ef[ bei 50 Hz. Der Anschluß der Gleichstromquelle B ist dabei so vorzunehmen, daß ihr negativer Pol mit derjenigen Belegung des Kondensators C verbunden ist, die über die Funkenstrecke S an der Schweißelektrode E liegt. Die Funkenstrecke S zündet in diesem Fall nur dann, wenn die an der Elektrode E liegende Spannung positiv wird.

Nach Fig. 4 ist der die Spannung erhöhende Transformator T₂ mit seiner Primärwicklung zwischen die Schweißelektrode E und das Werkstück W gelegt. Die Sekundärwicklung des Transformators T₂ ist zwischen das Werkstück W und eine Belegung des wesentlichen Kondensators C₁ über einen Hilfskondensator C₂ gelegt. Die eine Belegung des Kondensators C₁ ist mit dem Werkstück W verbunden und die andere über die Funkenstrecke S mit der Schweißelektrode E. Der Zündkreis gemäß Fig. 4 arbeitet folgendermaßen: Da der Lichtbogen am Ende einer Halbperiode erlischt und sich nicht unmittelbar selbst zündet, steigt die Klemmenspannung der Sekundärwicklung des Schweißtransformators sehr schnell bis zu ihrem Leerlaufwert an, und diese Spannungsspitze wird durch den die Spannung erhöhenden Transformator T₂ vervielfacht, was bewirkt, daß der Kondensator C₁ über den Kondensator C₂ außerordentlich schnell geladen wird. Die Ladespannung am Kondensator C₁ wächst so, daß die Zündspannung für die Funkenstrecke S zusätzlich zu der Spannung an den Klemmen des Bogens überschritten wird und der Kondensator C₁ sich in den Schweißstromkreis entlädt und dabei an den Klemmen des Lichtbogens eine Ionisationsentladung erzeugt, die das erneute Zünden des Bogens erleichtert.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die sich von derjenigen nach Fig. 4 darin unterscheidet, daß die Sekundärwicklung des Transformators T₂ unmittelbar mit den Belegun-

gen des Kondensators C₁ verbunden ist, während der Kondensator C₂ zwischen dem Kondensator C₁ und der Funkenstrecke 5" in Reihe eingeschaltet ist. Hervorragende Ergebnisse werden erzielt mit C₁ = 0,1 μΈ und C₂ = 0,25 μ¥, wobei die Spannungsübersetzung des Transformators T₂ etwa 60 :800 und die Zünd-

hinter dem wirksamen Ende 11 der Elektrode angebrachten axialen Bohrlöchern 13 und 14 in Verbindung steht. Diese Ausbildung der Elektroden sichert einen gleichmäßigen Gasumlauf im Zwischenraum zwischen 5 den wirksamen Enden 10 und 11 der Elektroden.

In Fig. 7 ist eine Funkenstrecke mit einer auf Differentialdruck ansprechenden manometerartigen Schutzmembran im Längsschnitt dargestellt. Diese Funkenstrecke besitzt ebenfalls zwei Elektroden 1

spannung der Funkenstrecke 5" etwa 250 bis
350 Volt,,// bei 50 Hz betragen. Dieser Zündkreis kann
ebensogut vorteilhafterweise mit einem Löschglied für
die Impulse versehen sein, um die Strahlungen der io und 2, die vorzugsweise wie diejenigen nach Vorrichtung so weitgehend wie möglich zu unter- Fig. 6 ausgebildet sind und von einer aus den drücken. Dieses Glied kann beispielsweise aus einem beiden Teilen 3^A und 3^B bestehenden Hülle umgeben Widerstand von 25 Ohm bestehen, der zwischen der sind. Diese Teile sind stirnseitig miteinander Funkenstrecke S und der Schweißelektrode E einge- verbunden und schließen eine Membran 13 zwischen setzt ist und aus einem Kondensator von 10000 pF, 15 sich ein, die in ihrer Mitte von der Elektrode 1 der zwischen der Schweißelektrode E und dem Werk- durchsetzt wird. Diese Membran teilt das Innere der stück W eingesetzt ist. Hülle 3 in zwei Kammern 16 und 17, die unterein-

In den Zündkreisen nach Fig. 2, 4 und 5 kann der ander durch eine in die Röhrenwand der Elektrode 1 Transformator T₂ selbstverständlich auch in Form eingebohrte kalibrierte öffnung 18 verbunden sind, eines Autotransformators gewählt werden. Die Zünd- 20 Diese Öffnung mündet in ein einseitiges axiales Bohrkreise nach Fig. 4 und 5 gewährleisten eine hervor- loch 9 der Elektrode ein, das selbst wiederum in der ragende Sicherheit für den Bedienungsmann, die einer- Mitte der wirksamen Fläche 10 dieser Elektrode in seits dadurch gegeben ist, daß der Kurzschlußstrom die Kammer 17 mündet. Die Elektrode 1 ist in einem über die Funkenstrecke durch den Wechselstromwider- Lagerring 4 geführt, in welchem sie frei gleitet. In stand der Kondensatoren C₁ und C₂ begrenzt ist, der 25 diesem Lagerring ist ferner ein Kanal 19 eingebohrt, bei Wechselstrom mit Netzfrequenz sehr groß ist, und um das Gas durchzulassen. Eine Schraubfeder 20 ist andererseits dadurch, daß, wenn der Elektrodenhalter zwischen dem Lagerring 4 und einer mittels einer zufällig vom Schweißtransformator T₁ abgeschlossen Mutter 22 an der Elektrode 1 befestigten Scheibe 21 ist, auch der Stabilisatorkreis nicht mehr gespeist eingepreßt. Der Lagerring 4 ist durch eine Klemme 7 wird. Diese Vorrichtungen stellen eine hervorragende 30 festgelegt, die zugleich als Stromzuführung dient. Stabilisierung des Lichtbogens und während des Diese Klemme ist vorzugsweise durch eine biegsame Schweißens von Aluminium ein gutes Abbeizen des Metallitze 24, die zwischen der Mutter 22 und der zu schweißenden Metalles sicher, während die Länge Gegenmutter 23 befestigt ist, elektrisch mit der Elekdes Lichtbogens 10 bis 15 mm werden kann, ohne daß trode 1 verbunden. Die bewegliche Elektrode 1 ist dieser erlischt. Falls ein längerer Lichtbogen er- 35 mittels zweier Scheiben 25 und 26, die auf die Elekwünscht ist, ist es möglich, eine etwas höhere Impuls- trode aufgeschraubt sind, an der Membran 15 festgemacht. Zur Einstellung des Mindestabstandes der beiden Elektroden ist ein Anschlag 27 vorgesehen, der beispielsweise aus einer Innenschulter der Hülle be-

diesen Kondensator und das Werkstück W zu schalten. 40 steht, gegen welche die Platte 26 anschlägt. Schließ-In gewissen Fällen kann die Stellung der Funken- Hch ist die Hülle mit Anschlüssen für die Gaszu- und

-abfuhr versehen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtungen ist folgende: Sobald das Gas der Funkenstrecke in dem durch die 45 Pfeile dargestellten Sinn zugeführt wird, durchdringt es den Kanal 19 in die Kammer 16, von wo es durch die Öffnung 18 in den Innenkanal 9 der Elektrode fließt und von dort in die Kammer 17. Der Zuführungsstau, der durch diese Öffnung 18 hervorgefüllten Glasrohre annehmen. Es ist jedoch eine 50 gerufen wird, führt eine Durchbiegung der Membran Funkenstrecke mit Aluminiumelektroden zu bevor- herbei, wodurch sich die bewegliche Elektrode 1 der zügen, deren wirksame Enden von einem Argonstrom festen Elektrode 2 nähert in dem Maß, wie die Kraft umspült werden. In einer derartigen Funkenstrecke der Feder 20 überschritten wird. Ist die notwendige beträgt der Abstand zwischen den Aluminiumelek- Gasstrommenge nicht vorhanden, so hält die Feder troden vorzugsweise etwa zwischen 0,05 und 0,20 mm. 55 die Elektrode 1 in einem größeren Abstand als die In Fig. 6 ist eine derartige Funkenstrecke darge- Überschlagsweite, so daß der Impulskreis nicht arstellt, sie besteht aus zwei röhrenförmigen Elektro- beiten kann. Dies verhindert, daß die Elektroden den 1 und 2, die von einer Hülle 3 beispielsweise aus durch Funken beschädigt werden, die dann auftreten, Glas oder organischem Glas auf Akrylharzbasis wenn die Elektroden noch nicht oder nicht mehr od. dgl. umgeben sind. Die Enden dieser Hülle sind 60 durch den Schutzgasstrom geschützt sind. Diese Noxmit zwei Kappen 4 und 5 abgeschlossen, die zugleich richtung erhöht ebenfalls die Sicherheit und Bequemdie Elektroden tragen. Eine dieser beiden Elektroden,
z. B. dieElektrode 2, läßt sich durch die entsprechende
Kappe schrauben, um den Abstand zwischen den Elektroden 1 und 2 zu regeln und ist mittels einer Stell- 65
kontermutter 6 festgelegt. Jede Elektrode ist mit einer
Klemme 7 bzw. 8 versehen. Eine der Elektroden besitzt eine axiale Längsbohrung 9, durch die das
Schutzgas eingeführt wird und die andere Elektrode

spannung zu wählen; es ist ebenfalls möglich, die Funkenstrecke entweder zwischen den Hauptkondensator und den Schweißelektrodenhalter oder zwischen

strecke 6* bzw. des Kondensators C wie in den Fig. 2 und 4 vertauscht werden, ohne daß die wesentlichen Eigenschaften des Kreises dadurch merklich beeinflußt werden.

Die Funkenstrecke kann gegebenenfalls die Form einer mit Edelgas oder Wasserstoff oder einer Mischung dieser Gase beispielsweise unter einem Druck von einer mit 200 bis 600 mm Quecksilbersäule

ein einseitiges axiales Bohrloch 12, das mit etwas 70 den entspricht:

lichkeit bei der Bedienung der Anlage, weil es bereits genügt, die notwendige Gasmenge zu unterbrechen, um das Arbeiten des Impulsgenerators anzuhalten.

Die graphische Darstellung nach Fig. 8 zeigt die bezeichnenden Vorteile einer Funkenstrecke mit Aluminiumelektroden in Argonatmosphäre. Es ist beispielsweise zu sehen, daß die gleiche Überschlagsspannung von 400 Volt folgenden Elektrodenabstän-

0,04 mm für die Kombination A (Wolfram in Luft),

0,08 mm für die Kombination B (Aluminium in Luft),

0,22 mm für die Kombination C (Wolfram in Argon),

0,35 mm für die Kombination D (Aluminium in Argon).

Es ist einleuchtend, daß die Regelung einer Länge von 0,35 mm weitaus bequemer und genauer möglich ist als diejenige einer Länge von 0,04 mm und daß die Herstellung und Unterhaltung einer Funkenstrecke bedeutend einfacher werden, wenn Aluminiumelektroden in Argonatmosphäre benutzt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wechselstrom-Lichtbogenschweißanordnung mit einer durch einen Schutzgasstrom abgeschirmten Schweißelektrode und Überlagerung der Lichtbogenspannung mit periodisch wiederholten Entladungen eines Kondensators über eine Funkenstrecke, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Gasumlauffunkenstrecke, über welche wenigstens ein Teil des zur Schweißelektrode geführten Schutzgasstroms geleitet wird.

2. Lichtbogenschweiß anordnung nach Anspruch 1, wobei ein indifferentes Gas, insbesondere Argon, als Schutzgas verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Funkenstrecke aus Aluminium bestehen.

3. Lichtbogenschweißanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Mitteln versehen ist, um das Hervortreten von Funken in der Funkenstrecke zu verhindern, solange die Schutzgasstrommenge unterhalb eines im voraus bestimmten Wertes liegt.

4. Gasumlauffunkenstrecke zur Verwendung in der Lichtbogenschweiß anlage nach Anspruch 1 bis 3 mit aerodynamisch betätigter automatischer Verstellung des Elektrodenabstandes, gekennzeichnet durch eine die Funkenkammer teilende biegsame Membran (17, Fig. 7) mit kalibrierter öffnung (18), welche auf die Schwankungen des Gasdurchstroms durch die Funkenkammer anspricht +5 und den Elektrodenabstand verstellt, wenn die Durchstrommenge kleiner als ein vorausbestimmter Wert ist, und zwar vorzugsweise dadurch, daß dieser Abstand größer gemacht wird als die Überschlagsentfernung.

5. Funkenstrecke nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Hülle, welche aus zwei vorzugsweise wenigstens teilweise durchsichtigen und isolierenden rohrförmigen Körpern (3^A, 3^ß, Fig. 7)

z. B. aus organischem Glas auf Akrylharzbasis od. dgl. besteht, welche mit ihren Enden aneinandergelegt sind und den Umfang einer Membran (15) einspannen, welche in ihrer Mitte von einer mit der Membran entgegen einer Feder (20) bewegten Elektrode (1) durchdrungen wird, welche eine an ihrem aktiven Ende (10) offene axiale Blindbohrung (9) aufweist, welche mit einem in bezug auf das aktive Ende (10) hinter der Membran liegenden kalibrierten Querkanal (18) in Verbindung steht, wobei die Hülle außerdem vorzugsweise mit zwei je mit einer Elektrode (1, 2) verbundenen äußeren Steckerstiften (7, 8) versehen ist.

6. Wechselstrom-Lichtbogenschweiß anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederholungsfrequenz der Entladungen etwa in dem hörbaren Bereich liegt und einen solchen Wert hat, daß wenigstens eine Entladung in jeder Periode der Schweißwechselspannung erfolgt.

7. Lichtbogenschweißanordnung nach Anspruch 1 und 6, insbesondere für die Schweißung von Leichtlegierungen mittels einer nicht abschmelzenden Elektrode, gekennzeichnet durch einen Transformator (T₂, Fig. 2), dessen Primärwicklung mit dem Netz verbunden ist und dessen Sekundärwicklung unmittelbar bzw. über einen Widerstand (R₁) mit den beiden Belegungen eines Kondensators (C) verbunden ist, dessen eine Belegung über eine Funkenstrecke (S) mit einer der Schweißelektroden (E oder W) verbunden ist, wobei die Leerlaufspannung der Sekundärwicklung des Transformators (T₂) größer als etwa das l,2fache der Überschlagsspannung der Funkenstrecke (S) ist.

8. Schweißanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Kondensators (C) etwa 1 μΡ beträgt und daß der Widerstand (R₁) einen angenäherten Wert von 1000 Ohm hat.

9. Schweißanordnung nach Anspruch 1 und 6, gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle (B, Fig. 3), deren negativer Pol über einen Widerstand (R₁) mit einer Belegung eines Kondensators (C) verbunden ist, welche über die Funkenstrecke (S) an der Schweißelektrode (E) liegt, wobei die Leerlaufspannung der Gleichstromquelle (B) etwas kleiner als die Überschlagsspannung der Funkenstrecke ist, so daß eine Kondensatorentladung stets zu Beginn derjenigen Halbperiode ausgelöst wird, in welcher die Schweißelektrode (E) positiv wird.

10. Schweißanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Kondensators (C) etwa 1 μΡ beträgt und daß der Widerstand (R₁) etwa einen Wert von 5000 Ohm hat.

11. Schweißanordnung nach Anspruch 1 und 6, gekennzeichnet durch einen Transformator (T₂, Fig. 4), dessen Primärwicklung mit den Sekundärklemmen des Schweißtransformators (T₁) verbunden ist und dessen Sekundärwicklung über einen Kondensator (C₂) mit den Belegungen eines Kondensators (C₁) verbunden ist, dessen eine Belegung unmittelbar mit einer Schweißelektrode (E oder W) und dessen andere Belegung mit der zweiten Schweißelektrode (W oder E) über eine Funkenstrecke (S) verbunden ist.

12. Schweißanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Kondensators (C₁) etwa 1 μΡ und die des Kondensators (C₂) etwa 0,25 μΡ beträgt.

13. Schweißanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C₁, Fig. 5) unmittelbar an die Klemmen der Sekundärwicklung des Transformators (T₂) angeschlossen ist und daß der Kondensator (C₂) in Reihe zwischen eine Belegung des Kondensators (C₁) und die Funkenstrecke (S) geschaltet ist.

14. Schweißanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Kondensators (C₁) etwa 0,1 μΡ und die des Kondensators (C₂) ungefähr 0,25 μΡ beträgt.

15. Schweißanordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein Dämpfungsglied, welches durch einen zwischen die Schweißelektrode (E)

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und die Funkenstrecke (S) geschalteten Widerstand von etwa 25 Ohm und einen zwischen der Elektrode (E) und dem Schweißstück (W) angeordneten Kondensator von etwa 10 000 pF gebilddet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»ElektrotechnischeZeitschrift«, 1951, S.679bis682; deutsche Patentschriften Nr. 249 711, 850 012; britische Patentschriften Nr. 582 932, 622 921; USA.-Patentschriften Nr. 2 495 183, 2 363 332.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen