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Lichtbogenschweißvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenschweißvorrichtung
mit einem Gleichrichter, der aus einem Drehstromnetz über einen Transduktor gespeist'wird
und an den zwei Elektroden für das Schweißen mit Gleichstrom angeschlossen-sind,
und mit einer eine konstante Spannung liefernden Gleichstromquelle, die zusammen
mit einem ohmschen Widerstand und ggfs. mit einem induktiven Widerstand parallel
zu dem Gleichrichter geschaltet werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung
so zu gestalten, daß sie für alle vorkommenden Arten von Lichtbogenschweißung anwendbar
ist* Es
kommt hierfür außer der Elektroden-Handschweißung das sogenannte WIG-Verfahren
mit einer durch ein Inertgas geschützten Wolfram-Elektrode und einem Kaltschweißdraht
sowohl für Gleichstrom# als auch für Wechselstrouibetrizb #- sowie das sogenannte
MIG-Verfahren in «Betracht, bei welchem eina Abschmelzelektrode aus Metall durch
einen Schutzgasmantel hindurchläuft. Insbesondere soll auch das MIG-Schweißverfahren
mit überlagerten Stromimpulsen anwendbar sein.
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Die Erfindung besteht in erster Linie darin, daß bei einer Lichtbogenschweißvorrichtung
der eingangs genann-Art mit einer Schaltvorrichtung der von der Gleichstromquelle
zu den Elektroden für das Schweißen mit Gleichstrom führende Stromkreis unterbrochen
oder mit unterschiedlichen ohmschen Widerständen hergestellt und im
letzteren
lfall eine der drei zu dem Gleichrichter führenden Phasenleitungen unterbrochen
worden kann. Zur Durchführung des NIG-Verfahrens mit Überlagerten Stromimpulsen
wird bei einer lichtbogenschweißvorrichtung nach der Erfindung mittels der Schalteinrichtung
auch eine zweite zu dem Gleichrichter fUhrende Phasenleitung unterbrochen und dabei
die negative Schweißelektrode mit einer der beiden vom Gleichrichter getrennten
Drosseln den Tranaduktors verbunden* Die Zeichnung zeigt in 7ig. 1 eine Schaltung
einer ein Ausführungsbeispiel den Zrfindungegegenstanden dargestelltendLichtbogenschweißvorrichtung.
Die Fig. 2 bis 6 sind Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise.dieser
Vorrichtung.
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Fig. 7 ist ein Schaltbild, das' gegenüber Fig. 1 eine
Ab-
wandlung aufweist.
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Aus einem Drehatronnetz 1 wird Über einen Transformator 2 und
einen Tranaduktor, der drei vormagnetisierte Drosseln 39 49 5 hat,
ein Hauptgleichrichter 6 der lichtbogenschweißvorrichtung gespeist. An diesen
sind durch Leitungen 7 und 8 die Kabelanschlußklemmen 9 bzw.
10
für die Gleichstrom-Elektroden verbunden. Die Vormagnetisierungswicklung
11 des Transduktors wird aus einer Gleichstromquelle 12 Über ein Iftentiometer
13 gespeist. Die Stromquelle konstanter Spannung wird durch einen weiteren
Gleichrichter 14 gebildet, der durch leitungen 15
an drei zusätzliche Sekundärwicklungen
16 des Transformators 2 angeschlossen ist. Der Pluspol den Gleichrichters
14 ist durch eine Leitung 17 mit der Kabelanschlußklemme
9
fUr die positive Schweißelektrode verbunden. Von dem nogati-fan?ol des Gleichrichters
14 führt eine Leitung 18 zu den Mrehpunkt 19 einen zu einem
Schalter 20 gehörenden Schalthebels 21, mittels dessenman den Punkt 19 wahlweine
mit Kontakten It II, III, IV; oder V verbinden kann. Die Kontakte III, IV und V
sind leitend miteinander verbunden, während die Kontakte I und II von thnen und
voneJander getrennt sind.
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Von dem Kontakt II fUhrt eine Leitung 22 zu einen ohmschen Widerstand
23. In Reihe imit diesem liegen ein weiterer ohmscher Widerstand 24 und eine
luftspaltdrossel 25. Von dieser führt eine Leitung 26 zu
den
Drehpunkt 27 eines zu einem Schalter 28 gehörenden Schalthebels
299 mittels dessen der Punkt 27 wahlweise mit Kontakten I, II, III,
IV oder V verbunden werden kann.
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Die Kontakte Ig II, III und IV sind leitend miteinander verbunden,
während der Kontakt V von ihnen getrennt ist. Von dem Kontakt I des Schalters
28 führt eine leitung 30 zu der Kabelanschlußklemme 10 für
die negative Schweißelektrode.
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Der Kontakt III des Schalters 20 ist durch eine Leitung 44 mit einem
Punkt zwischen den beiden Widerständen 23
und 2iL-t geführt.
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In den Phasenleitungen 31, 32, durch welche die Drosseln
4 und 5 des Transd:uktors mit dem Hauptgleichrichter 6 ve-rItunde
sind, befinden sich zwei weitere Schalter 33 bZw. 34 mit Schalühebein
35 bzw. 36, der en Drehpunkte 37 bzw. 38 wahlweise mit
Kontakten I, II, III, IV oder V verbunden werden können. In dem Schalter
33
sind die Kontakte I;Eig III und IV leitend Miteinander verbunden, während
der Kontakt V von ihnen getrennt ist. In dem Schalter 34 sind nur die Kontakte I,
II und III leitend miteinander verbundene während die Kontakte IV
und
V von ihnen und voneinander getrennt sind* Von der Phasenleitung 39, welche
die Drossel 3 des Transduktors mit dem Hauptgleichrichter 6 verbindet,
ist eine Leitung 40 abgezweigt, die zu der Kabelanschlußklemme 41 für eine Elektrode
für das Schweißen mit Wechselstrom führt. Von der Phasenleitung 31.ist zwischen
der Drossel 4 und dem Schalter 33 eine Leitung 42 abgezweigt, die zu der
Kabelanschlußklemme 43 für die andere Elektrode fÜr das Schweißen mit Wechselstrom
führt.
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Die Schalthebel 21, 36t 359 29 der'Schalter 20, 349
331 28 sind durch eine Stange 47 in der Weise miteinander gekuppelt, daß
die Kontakthebel die Kontakte gleicher Ziffern immer gleichzeitig überdecken.
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Wenn die Schaltetange 47 so eingestellt ist, daß die Schalthebel aller
Schalter die Kontakte I überdecken, ist der Stromkreis, in dem der Gleichrichter
14 mit den Widerständen 23, 24 und der luftspaltdrossel 25 liegtp
unterbrochen. Der Gleichrichter 14 ist daher unwirksam. Der Hauptgleichrichter
6 ist an alle drei Drosseln des Transduktors angeschlossen. Diese Einstellung
ist für das WIG-Verfahren geeignet.
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Fig. 2 zeigt für diesen Fall den Verlauf der Sapannung U an
den-Elektroden 99 10 in Abhängigkeit von der Schweißstromstärke Ig und zwar
gelten die Kennlinien 48t 499 50 für verschiedene Werte den durch die Vormagnetisierungswicklung-11
fließenden Stromes.
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Für-das WIG-Verfahren mit Wechselstrom werden die Kabelanachlußklemmen
41, 43 verwendet.
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Wenn durch,die Stange 47 die Schalthebel 219 369 359 29
der
vier Schalter zur Überdeckung der Kontakte II gebracht werden, ist der den Gleichrichter
14 entheende Stromkreis unter Einschluß der beiden ohmschen Widerstände
23 und 24 sowie der Luftspaltdrossel 25
über die Leitungen
17, 18, 22 und 26, 30, 8 geschlossen. Dabei liegen4" der Gleichrichter
14, die Widerstände 23,
24 und die Luftspaltdrossel 25 parallel zu
dem Hauptgleichrichter 6.
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Diese Einstellung ist vor allem für Elektroden"Handschweißung geeignet.
Hierfür zeigt Fig. 3'eine Kennlinie.
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Solange die Gleichspannung an dem Hauptgleichrichter 6
größer
ist als die-von dem Gleichrichter 14 gelieferte Spannung, ist bei einer bestimmten
Vormagnetisiä#rung des Transduktors der Kurventeil 51 maßgebend, der beispielsweise
mit dem entsprechenden Teil der Kurve 49 in Fig. 2 übereinstimmt. Es sei angenommen,
daß im Punkt A die Gleichspannung am Hauptgleichrichter 6 gleich der
von demGleichrichter 14 gelieferten Spannung ist. Bei weiterer Abnahme der Spannung
U verläuft die Kennlinie nach dem geraden Ast 529 d.h. die Schweißstroms-Wke
I nimmt bei abnehmender Spannung U erheblich stärker zu. Für das Handschweißen
mit kalkbasischen Elektroden gilt der Arbeitspunkt A.
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Bei Einstellung der Schalhebel auf die Kontakte III ist
der ohmsche Widerstand-23 ausgeschaltet. Es liegen dann der Gleichrichter
14, der ohmsche Widerstand 24 und die Luftspältdrossel 25 parallel zu dem
HauptgleIchrichter 6.
Diese Einstellung gilt für das MICr-Schweißverfahren
mit Gleichstrom. Eine entsprechende Kennlinie zeigt Fig. 4. Da nunmehr der Wert
des ohmechen Widerstandes in dem den Gleichrichter 14Enthaltenden Stromkreis kleiner
igt'ale
vorher, hat der gerade Ast 53 der Kennlinie nach
Fig. 4 eine geringere N*eigung als der Ast in Fig. 3.
Für eine MIG-Schweißung
im Kurzlichtbogen kommt ein Arbeitspunkt B auf dem Ast 53 in der Nähe des
Knickes in Betracht, während für eine NIG-Schweißung im Sprühlichtbogen etwa ein
Arbeitspunkt C im unteren Teil des Kurvenastes 51 gewählt wird.
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Wenn die Schalthebel der vJw Schalter zur Überdeckung der Kontakte
IV gebracht werden, wird die Phasenleitung 32 der Drossel 5 des Transduktore
unterbrochen. Der Hauptgleichrichter 6 wird daher nunmehr nur noch einphasig
Über die Drosseln 3 und 4 betrieben. Da auch in diesem Fall der Gleichrichter
14 nur init dem ohmachenWiderstand 24 und der luftspaltdrossel 25 in Reihe
geschaltet ist, ergibt sich grundsätzlich die gleiche statische Kennlinie wie in
Fig. 4. Doch erhält man einen zeitlichen Verlauf den Schweißstromes I über der Zeit
t gemäß Fig. 5. In diesem Schaubild ist der von.dem Gleichrichter 14 gelieferte
Stromanteil mit 1 14 bewzeichnet. Dieser Strom ist praktisch konstant. Er-wird überlagert
von den Stromanteilen 1 69
die von dem Hauptgleichrichter 6 geliefert
werden. Die sich theoretisch ergebenden einunförnigen Halbwellen des gleichgerichteten
Einphasenstrozes sind in Pig. 5
mit strichpunktierten Linien angedeutet.
Es ergibt sich tatsächlich aber die ausgezogene Wellen1Jüej da durch den
Tranaduktor Einschnürungen der sinusförmigen Halbwellen-beim Durchgang durch Null
bewirkt werden. Bei einer Netzfrequenz des Wechselstrom« von 50 Hz ,erhält
man somit eine Frequenz der Strozimpulee nach Fig. 5 von 100 Hz. Diese
Stromimpulae bewirken ein Abschleudern von Tropfen während der Schweißung. Mit gestrichelten
Linien ist in Fig. 5 angedeutetg wie durch eine Vergrößerung der Vormagnetisierung
des TrangodUktors die Amplituden der von dem Hauptgleichrichter 6
ausgehenden
Stromimpulse vergOßert werden können.
Wenn die Schalthebel der vier
Schalter die Kontakte V überdeken, ist nicht nur die Phasenleitung 32, sondern
auch die Phasenleitung 31 unterbrochen. Ferner'ist die Leitung
26 nicht mehr mit der 1.eitung 30 sondern mit der Leitung 42,verbunden.
In dem den Gleichrichter 14 enthaltenden Stromkreis sind auch in diesem Fall nur
der ohmsche Widerstand 24 und die-Lufte13al - tdrossel 25 mit dem
Gleichrichter 14 in Reihe geschaltet. Diese Einstellung gilt für eine MIG-Schweißung
mit überlagerten Stromimpulsen gemäß dem Schaubild nach Fig. 6.. Der Gleichrichter
14 liefert wieder einen praktisch konstanten-Stromanteil 1 14' der von der Kabelanschlußklemme
43 über die Leitungen 42 und 26 sowie über die Luftp ,#altdrossel
- 25 und den ohmschen Widerstand 24 durch die Leitungen 44 und
18 zu dem Minus-Pol des Gleichrichters 14 fließt. Hierbei muß also die negative
Schweißelektrode durch das zugehörige Kabel mit der Klemme 43 verbunden werdeng
die sonst für das Schweißen mit Wechselstrom bestimmt ist.
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Der Hauptgleichrichter 6 liefert Stromimpulee nur mit denjenigen
Halbwellen der an der Drossel 3'des Transduktors auftretenden,Wechselspannungg deren
Richtung mit der Durchlaßrichtung des Hauptgleichrichters 6 übereinstimmt.
Diese Stromimpulse werden-über die Leitung 7-durch den Lichtbogen zwischen den Elektroden,
mit denen die KsCbelanschlußklemmen 9 und 43 verbunden sind, sowie durch
die Leitung 42 zu der Phasenleitung 31 der Drossel 4 geleitet. Hingegen liefern
die entgegengesetzten Halbwellen wegen der Sperrwirkung de s Hauptgleichrichters
6 keinen Stromanteil.
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Vie,Fig. 6 teigtu erfolgen somit nur halb soviel Stromimpulse
wie in der gleichen Zeit nach Fig..5 b»ei de r
Schaltung IV. Dem
ertspricht ein kleinerer Mittelwert des Schweißstromes. Zu vergleichen ist der Mittelwert
IM IV mit dem Mittelwert Im v. Es besteht daher bei dem MIG-Schweißverfahren
mit überlagerten Stromimpulsen beim Schweißen von dünnen Blechen wegen des geringeren
mittleren Schweißstromes als bei dem MIG-Verfahren gemäß Fig. 5 nicht die
Gefahr der örtlichen Überhitzung und trotzdem werden durch die Stromspitzen nach
Fig. 6 die an der Schweißstelle auftretenden Tropfen dank der großen Amplituden
der Stromimpulee abgeschleudert.
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Bei dem Schaltbild nach Fig. 7 bleibt die negative Schweißelektrode
auch dann, wenn die Schalthebel der vier Schalter 20, 349 339 28 die Kontakte
V überdecken, durch das zugehörige Kabel mit der Klemme 10 verbunden. In
diesem Fall, wenn also die Drosseln 4 und 5
von dem Gleichrichter
6 getrennt sind, ist die Kabelanachlußklemme 10 durch eine Leitung
45 mit dem K#ntakt V des Schaltern 33 verbundeng so daß.eine Verbindung mit
der zur Drossel 4 führenden Leitung 31
hergestellt ist.
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Im übrigen ist bei der Schaltung nach Fig.
7 der Drehpunkt
27 des Schalters
28 durch eine Leitung 46 mit der von der Drossel
3 kommendeh`Leitung
39 und der Minus-, pol des Gleichrichters
6 durcli eine Leitung 47 mit.den Kontakten I, II, III, IV des Schalters
28 verbunden.
überlagerten Stromimpulsen das an die Klemme'10 angeschlossene Kabel nicht zu lösen
und aln die Klemme #3 anzuschließen.
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Die Größe des von dem Gleichrichter 14 gelieferten Stromx) Man braucht
bei der Schaltung nach Fig. 7
anteiles-kann be4pielsweise
mit Hilfe von A4-zapfungen an den.zusätzlichen Sekundärwicklungen 16
.eingestellt
werden.
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Anstelle des Gleichrichters 14 kann auch irgendeine andere Gleichstromquelle
konstanter Spannung, z.B. eine Akkumulatoren-Batterie, verwendet werden. Statt der
luftspaltdrossel 25 können solche in den Wechselstrom-Zuleitungen
15 zu dem Gleichrichter 14-vorhanden sein.