DE1615363B2

DE1615363B2 - Einrichtung zum Stabilisieren und Zünden von Schweißlichtbögen durch Stromimpulse

Info

Publication number: DE1615363B2
Application number: DE19671615363
Authority: DE
Inventors: Max 8000 Muenchen Gillitzer; Franz 8023 Pullach Tajbl
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1967-07-04
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1974-04-11
Also published as: NL6809458A; CH475820A; DE1615363C3; AT294258B; FR1571739A; BE717427A; NL159315B; DE1615363A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstromschweißlichtbogens und zum Zünden eines Wechselstrom- oder Gleichstromschweißlichtbogens, wobei Zündimpulse zwischen Elektrode und Werkstück übergehen, die durch eine stoßartige Entladung eines Zündkondensators erzeugt werden.

Es ist bekannt, beim Schweißen mit Wechselstrom eine Hochfrequenzspannung der Schweißspannung zu überlagern. Diese verhältnismäßig große zusätzliche Spannung bewirkt ein sicheres Wiederzünden des Lichtbogens bei jedem Nulldurchgang der Schweißwechselspannung und stabilisiert hierdurch den Lichtbogen. Daneben wird diese Hochfrequenzspannung bekanntlich auch zum Zünden von Wech-

sei- oder Gleichstromschweißlichtbögen verwendet. Der besondere Vorteil eines derartigen Zündverfahrens ist darin zu sehen, daß die Elektrode dem Werkstück zum Zünden des Lichtbogens nur auf eine Entfernung von 2 bis 4 mm genähert zu werden braucht, ohne daß eine direkte Berührung erforderlich ist.

Derartige Hochfrequenzspannungen, die dem Lichtbogen dauernd überlagert werden, rufen Funk- und Fernsehstörungen hervor, die oft über das behördlich zulässige Maß hinausgehen. Dieser Nachteil hat die Entwicklung von Verfahren und Einrichtungen begünstigt, bei denen zum Stabilisieren und Zünden von Schweißlichtbögen nur eine kleine Anzahl von Zündimpulsen im jeweils richtigen Zeitpunkt zwischen Elektrode und Werkstück übergeht.

Beim Schweißen mit Wechselstrom wurde beispielsweise durch eigens für diesen Zweck entwikkelte Schaltungen erreicht, daß die Zündimpulse jeweils in gleicher Anzahl unmittelbar nach dem Nulldurchgang der Schweißwechselspannung übergehen können (deutsche Patente 1 002 097 und 1 061 006). Bei diesen bekannten Verfahren zum Stabilisieren und Zünden von Schweißlichtbögen werden Zündkondensatoren verwendet, die über ein als Funkenstrecke ausgebildetes Schaltelement stoßartig über Elektrode und Werkstück entladen werden. Die Zündimpulse haben hierbei stets die gleiche Polarität wie die folgende Halbwelle der Schweißwechselspannung. Die Energie für die Zündimpulse zum Stabilisieren von Wechselstromlichtbögen wird bei diesen bekannten Verfahren dem Schweißstromkreis entnommen, da die zeitliche Steuerung der Zündimpulse auf diese Weise am einfachsten zum zeitlichen Ablauf der Schweißspannung in Beziehung gesetzt werden kann.

Die zuletzt beschriebenen Verfahren zum Stabilisieren und Zünden von Schweißlichtbögen haben sich in der Praxis bewährt und genügen auch hinsichtlich der Funk- und Fernsehstörungen den behördlichen Vorschriften. Sie haben jedoch auch einige Nachteile, deren Beseitigung wünschenswert erscheint.

In erster Linie ist hierbei die Frage der Energieversorgung für die Erzeugung der Zündimpulse von Bedeutung. Wie erwähnt, wird bei den bekannten Verfahren die Energie der Zündimpulse dem Schweißstromkreis entzogen. Diese Verfahrensweise bringt störende Rückwirkungen auf den Schweißstromkreis mit sich und wird nur deshalb bisher in Kauf genommen, weil eine Kopplung mit dem Schweißstromkreis unbedingt erforderlich ist.

Dies ist auch bei einer aus dem deutschen Patent 1 098 638 bekannten Stabilisierungseinrichtung für Wechselstrom-Schweißlichtbögen der Fall. Diese bekannte Einrichtung weist lediglich eine spezielle Schaltung auf, die zur Erstzündung von Gleichstromlichtbögen geeignet ist, und bei der ein vom Schweißstromkreis unabhängiger, mit dem Netz verbundener Hilfstransformator zur Energieversorgung vorgesehen ist.

Ein Stabilisieren von Wechselstrom-Schweißlichtbögen ist mit dieser speziellen Schaltung jedoch nicht erreichbar.

Ein anderer Nachteil der bekannten Einrichtungen ist in dem ziemlich raschen Verschleiß der im Entladekreis des Zündkondensators verwendeten Funkenstrecken zu sehen, die stets der Belastung durch die gesamte Zündimpulsenergie ausgesetzt sind. Es ist deshalb notwendig, diese Bauelemente häufig nachzustellen oder auszuwechseln. Außerdem entsteht in den Funkenstrecken Ozon und salpetrige Säure, so daß die Metallteile des Gerätes vor Oxydation geschützt werden müssen. Weiterhin ist es erforderlich, die gesamte Schalteinheit, mit der die Zündimpulse erzeugt werden, für die volle Leistung der Zündimpulsströme auszulegen. Dies hat einen verhältnismäßig großen Aufwand und — zusammen mit dem

ίο Verschleiß der Schaltelemente — eine Verteuerung der Einrichtung zur Folge.

Es ist ferner aus dem britischen Patent 907 205 eine Einrichtung bekannt mit einem Ladetransformator, in dessen Primärkreis ein Thyristor und in dessen Sekundärkreis ein Zündkondensator mit nachgeschalteter Funkenstrecke vorgesehen ist. Dabei dient der Thyristor nur zum Aufladen des Zündkondensators zum gewünschten Zeitpunkt. Die für den Zündvorgang notwendigen kurzen Impulse werden dann erst nach herkömmlicher Weise durch die Entladungen des Zündkondensators über die Funkenstrecke erzeugt.

Diese bekannte Einrichtung ist somit im wesentlichen ein Funkenstrecken-Generator herkömmlicher Bauart mit all den obengenannten Nachteilen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche so ausgebildet ist, daß Störungen auf benachbarte Übertragungskanäle weitgehendst vermieden werden, daß ferner eine Beeinflussung des Schweißstromkreises durch den Zündimpulserzeugerkreis vermeidbar und daß weiterhin ein einfacher Aufbau des Zündgerätes erreichbar ist.

Die Erfindung besteht darin, daß der Zündkondensator einerseits parallel zu einer Ladestromquelle und andererseits in einem Entladekreis liegt, welcher mindestens einen steuerbaren Halbleiter und die Primärwicklung eines sekundärseitig an Elektrode und Werkstück angekoppelten Impulsübertragers enthält, und daß das steuerbare Halbleiterventil mit einer — vorzugsweise mit dem Schweißstromkreis synchronisierten — Triggereinheit verbunden ist.

Durch die vorgesehene Anordnung des Zündkondensators zwischen der Ladestromquelle und dem Impulstransformator wird der Vorteil erreicht, daß der Zündkondensator mit einer niedrigeren Spannung in der Größenordnung von 400 bis 1000 V aufgeladen werden kann und daß erst nach Entladung des Zündkondensators, die durch Triggern des steuerbaren Halbleiters ausgelöst wird, mittels des Impulstransformators der eigentliche Hochspannungsimpuls erzeugt wird.

Somit wird es möglich, den Zündkondensator für kleinere Spannungen auszubilden, was wiederum den Vorteil hat, daß auch die Widerstände im Entladekreis im Hinblick auf die kurze Entladezeit kleiner sein können. Insbesondere die kurze Entladezeit ist im Hinblick auf die Berührungsgefahr durch den Schweißer vorteilhaft.

Weiterhin wird es durch die Erfindung vorteilhaft möglich, auf Grund der Unabhängigkeit der Leistungseinheit vom Schweißstromkreis die Energieversorgung so vorzunehmen, daß keine störenden Rückwirkungen auf den Schweißstromkreis erfolgen können.

Darüber hinaus wird es durch die Erfindung vorteilhaft möglich, das gesamte Zündgerät einfacher herzustellen, da nicht, wie bisher erforderlich, alle

Bauteile des Zündgerätes für Hochspannung über der Zündkondensator über einen Justierwiderstand, 2000 V (50 Hz) ausgelegt werden müssen. die Primärwicklung eines Impulsübertragers, dessen

Zusätzlich wird es vorteilhaft möglich, die Trigger- Sekundärwicklung an Elektrode und Werkstück liegt, einheit für kleine Leistungen und Spannungen zu di- und über den steuerbaren Halbleiter entladen. Der mensionieren, was insbesondere für die Herstellung, 5 steuerbare Halbleiter bleibt geöffnet, solange Strom die Raumform und die Wartung des Zündgerätes von im Entladekreis fließt. Um zu verhindern, daß der Vorteil ist. steuerbare Halbleiter nach der Entladung des Zünd-

Die erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet kondensators durch einen Stromfluß aus dem Ladesich demnach von den bekannten Einrichtungen im kreis des Zündkondensators weiter geöffnet bleibt, wesentlichen dadurch, daß die Erzeugung der lei- io ist erfindungsgemäß im Ladekreis des Zündkondenstungsstarken Zündimpulse, die zwischen Elektrode sators eine Ladedrossel vorgesehen, die den Anstieg und Werkstück übergehen, in einer vom Schweiß- des Ladestromes verzögert. Für eine kurze Zeitdauer Stromkreis unabhängigen Leistungseinheit erfolgen wird hierdurch der steuerbare Halbleiter stromlos kann, während die leistungsschwachen Steuerim- und damit für den Stromdurchgang gesperrt. Er öffpulse, durch die die Zündimpulse zum richtigen Zeit- 15 net sich erst wieder, wenn der nächste Steuerimpuls punkt ausgelöst werden, in einer von der Leistungs- auftritt.

einheit unabhängigen Triggereinheit erzeugt werden Bei den bekannten Einrichtungen zum Stabilisie-

können. ren und Zünden von Wechselstromschweißlichtbögen

Einer der wesentlichsten Vorteile der Erfindung ist haben die Zündimpulse die gleiche Polarität wie die darin zu sehen, daß die Leistungseinheit an eine be- ao zugehörige Halbwelle der Schweißwechselspannung, liebige Ladestromquelle angeschlossen werden kann Überraschenderweise hat es sich bei der Entwicklung und so, beispielsweise beim Stabilisieren eines Wech- der erfindungsgemäßen Einrichtung gezeigt, daß dies selstromlichtbogens, keine Beeinflussung des nicht unbedingt erforderlich ist, sondern daß die Schweißstromkreises durch das Stabilisierungs- und Zündimpulse dann auch gleichgerichtet sein können, Zündgerät erfolgt. Lediglich die Triggereinheit, in 25 wenn dafür gesorgt wird, daß ein Rückschwingen der der die Steuerimpulse für den steuerbaren Halbleiter Zündimpulse im Entladekreis des Zündkondensators, erzeugt werden, ist beim Wechselstromschweißen mit welches den Lichtbogen wieder löschen würde, verdem Schweißstromkreis verbunden, um eine Syn- hindert wird. Erfindungsgemäß ist deshalb die Prichronisation zwischen dem Verlauf der Schweiß- märwicklung des sekundärseitig an Elektrode und wechselspannung und den Zündimpulsen herzustel- 30 Werkstück liegenden Impulsüberträgers über einen len. Sie besitzt jedoch eine sehr kleine Leistung und Einweggleichrichter, beispielsweise eine Diode, kurzbeeinflußt aus diesem Grunde den Schweißstrom- geschlossen. Bei dieser Ausführung genügt ein einzikreis nicht. ger steuerbarer Halbleiter im Entladekreis des Zünd-

Der außerordentliche Vorteil, der hiermit verbun- kondensators, in dessen Steuerkreis dann ein Dopden ist, wird bei einem Vergleich der Leistungswerte 35 pelweggleichrichter eingeschaltet ist. Die Einschalder beiden Einheiten besonders deutlich. Beispiels- tung des Doppelweggleichrichters ist für die Erfinweise können die Momentanleistungswerte der Lei- dung von wesentlicher Bedeutung, da hierdurch gestungseinheit, die.bei den bekannten Geräten dem währleistet wird, daß pro Periode der Schweißwech-Schweißstromkreis entzogen wurden, 3OkW betra- selspannung stets zwei Zündimpulse zwischen Elekgen, während die Triggereinheit lediglich eine Lei- 40 trode und Werkstück übergehen, stung von 1 W aufweist. Aus diesem Grunde werden Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der

auch die Schweißeigenschaften von Schweißgeräten gleichzeitigen Brauchbarkeit für das Stabilisieren und durch die Erfindung wesentlich verbessert. für das Zünden von Wechselstromschweißlichtbögen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird Ohne daß für diese beiden Anwendungszwecke vervorgeschlagen, daß der Entladekreis den Zündkon- 45 schiedene Einstellungen notwendig sind, wird durch densator, den steuerbaren Halbleiter, den Impuls- die erfindungsgemäße Einrichtung jeder Zündimpuls übertrager sowie gegebenenfalls einen Widerstand zwischen Elektrode und Werkstück stets zum richtiaufweist und daß diese Bauelemente derart dimen- gen Zeitpunkt ausgelöst. Dieser Vorteil ergibt sich sioniert sind, daß die Zündimpulszeit 0,8 bis 20 μβ, dadurch, daß die Auslösung des Steuerimpulses von vorzugsweise 1 bis 10 μβ beträgt. 5° der Spannung am spannungsabhängigen Schaltele-

Dieser Zündimpulszeitenbereich hat sich als be- ment der Triggereinheit abhängt. Der Verlauf dieser sonders vorteilhaft erwiesen. Spannung entspricht demjenigen der Schweißspan-

Durch die Verwendung eines steuerbaren Halblei- nung, wenn — wie vorgesehen — die Triggereinheit ters, der beispielsweise ein Thyristor sein kann, für an Schweißspannung liegt. Bei brennendem Lichtbodie Auslösung der Zündimpulse ergibt sich weiterhin 55 gen hat die Schweißspannung einen nahezu rechteckder Vorteil, daß für die Leistungseinheit der Einrich- förmigen Verlauf, d. h. einen sehr raschen Spantung keine schnell verschleißbaren Bauelemente ver- nungsanstieg unmittelbar nach dem Nulldurchgang wendet werden müssen. Die Triggereinheit, mit der der Schweißwechselspannung. Aus diesem Grunde die Steuerimpulse für die Öffnung des steuerbaren wird auch der Steuerimpuls und damit der Zündim-Halbleiters erzeugt werden, enthält ein spannungsab- 6° puls unmittelbar nach dem Nulldurchgang der hängiges Schaltelement, das jedoch lediglich eine ge- Schweißwechselspannung ausgelöst. Dies gilt auch genüber der Leistung im Leistungskreis um einige dann, wenn der Schweißwechselspannung eine Größenordnungen kleinere Leistung zu bewältigen Gleichspannungskomponente überlagert ist und dahat. Als spannungsabhängiges Schaltelement kann durch ein unsymmetrischer Verlauf der Schweißdeshalb beispielsweise eine Glimmröhre verwendet 65 wechselspannung vorliegt, werden. Vor dem Zünden dagegen hat die Leerlaufspan-

Bei Auftreten eines Steuerimpulses im Steuerkreis nung einen sinusförmigen Verlauf, des steuerbaren Halbleiters wird erfindungsgemäß In diesem Falle wird der Zündimpuls erst einige

Zeit nach dem Nulldurchgang der Schweißwechsel- stromquelle 11 ist nicht unbedingt erforderlich, viel-

spannung ausgelöst, und zwar kurz vor dem Span- mehr kann der Brückengleichrichter 12 auch direkt

nungsmaximum bei einem Spannungswert, bei dem an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden,

der Lichtbogen schon gezündet werden kann. Dem- Die Einschaltung eines Trenntransformators 11, der

nach liegt der Zeitpunkt des zwischen Elektrode und 5 die Leistungseinheit 4 galvanisch vom Netz trennt, ist

Werkstück übergehenden Zündimpulses sowohl beim jedoch aus Sicherheitsgründen vorzuziehen.

Stabilisieren als auch beim Zünden stets so, daß Der Zündkondensator 13 liegt in einem vom Brük-

seine Wirkung optimal ist. kengleichrichter 12 ausgehenden Ladekreis, der eine

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist auch zum Glättungseinheit (Glättungswiderstand 14, Glättungs-

Zünden von Gleichstromlichtbögen geeignet. Bei io kondensatoren 16 und 17) und eine Ladedrossel 15

einer Schweißstromquelle mit fallender Charakteri- enthält. Die beiden Ausgänge des Brückengleichrich-

stik beispielsweise ist es von besonderem Vorteil, ters 12 sind über den Glättungskondensator 16 mit-

wenn die Triggereinheit vor dem Gleichrichtersatz einander verbunden. Der weitere Glättungskondensa-

der Schweißstromquelle angeschlossen wird. Dabei tor 17 ist zwischen Glättungswiderstand 14 und La-

dient die erfindungsgemäße Einrichtung nur zum 15 dedrossel 15 einerseits und zwischen Zündkondensa-

Zünden des Lichtbogens, während beim Schweißen tor 13 und Brückengleichrichter 12 andererseits ein-

die Steuereinheit auf Grund geeigneter Einstellungen geschaltet.

des spannungsabhängigen Schaltelementes nicht ar- Der Ladekreis des Zündkondensators 13 kann beitet. auch direkt an eine Gleichstromquelle angeschlossen Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Merkmale 20 werden. In diesem Falle wäre sowohl der Trennder Erfindung werden an Hand der in den Figuren transformator 11 als auch der Brückengleichrichter schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele be- 12 überflüssig. Eine solche Ausführungsform der schrieben. Es zeigt Leistungseinheit ist z.B. vorteilhaft bei beengten F i g. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zum räumlichen Verhältnissen, da dann lediglich ein bau-Stabilisieren und Zünden eines Wechselstrom- 25 lieh kleiner Teil der Leistungseinheit in der Nähe der schweißlichtbogens, Schweißstelle zu sein braucht, der dann über längere Fig. 2 a den zeitlichen Verlauf der Schweißwech- Leitungen mit der Gleichstromquelle verbunden ist. selspannung beim Wechselstromschweißen, Auch könnten mit einer solchen Gleichstromquelle F i g. 2 b den zeitlichen Verlauf der Schweißwech- mehrere Leistungseinheiten für eine Mehrstellenselspannung beim Wechselstromschweißen mit über- 30 schweißanlage gleichzeitig versorgt werden,
lagerter Gleichspannungskomponente, Der Entladekreis weist den Zündkondensator 13, F i g. 3 den zeitlichen Verlauf der Leerlaufspan- einen Justierwiderstand 18, die Primärseite eines Imnung einer Stromquelle für das Wechselstromschwei- pulsübertragers 19, der vorzugsweise als Übersetßen, zungstrafo ausgebildet ist, und einen steuerbaren F i g. 4 eine erfindungsgemäße Einrichtung zum 35 Halbleiter, beispielsweise einen Thyristor 20, auf. Zünden eines Gleichstromschweißlichtbogens. Die Stromdurchgangsnchtung des Thyristors 20 geht In F i g. 1 ist eine Schweißstromquelle 1, ein Werk- von der Primärwicklung des Impulsübertragers 19 stück 2, eine Elektrode 3, eine Leistungseinheit 4 für zum Zündkondensator 13. Über einen Einweggleichdie Impulserzeugung und eine Triggereinheit (Steuer- richter, beispielsweise eine Diode 21, ist die Primäreinheit) 5 für die zeitliche Steuerung der Impulse dar- 40 wicklung des Impulsübertragers 19 in einer Richtung gestellt. kurzgeschlossen.

Die Schweißstromquelle 1 ist an eine Wechsel- Die Sekundärseite des Impulsübertragers 19 ist mit

stromquelle 6 angeschlossen und enthält in bekannter der Elektrode 3 und dem Werkstück 2 verbunden.

Weise einen Netzschalter 7, einen Schweißtransfor- Zwischen der einen Seite der Sekundärwicklung des

mator 8, eine einstellbare Induktion 9 zur Einstellung 45 Impulsübertragers 19 und der Elektrode 3 ist ein

des Schweißstromes und einen Filterkondensator 10. Trennkondensator 22 und ein Strombegrenzungs-

Die Leistungseinheit 4 ist hinter dem Netzschal- widerstand 23 eingeschaltet.

ter 7 an die Wechselstromquelle 6 angeschlossen. Bei Der Impulsübertrager 19 kann auch entbehrt wer-

dieser Ausführungsform wird demnach die Lei- den. In diesem Falle enthält der Entladekreis des

stungseinheit 4 gleichzeitig mit der Schweißstrom- 50 Zündkondensators 13 direkt die Elektrode 3 und das

quelle 1 eingeschaltet. Diese Schaltung ist jedoch Werkstück 2. Die dargestellte Ausführungsform mit

nicht unbedingt erforderlich, vielmehr kann die Lei- Impulsübertrager 19 ist jedoch vorzuziehen, da im

stungseinheit 4 völlig unabhängig von der Schweiß- anderen Falle die ganze Leistungseinheit 4 für we-

stromquelle 1 an ein beliebiges Wechselstromnetz an- sentlich höhere Spannungen ausgelegt werden müßte,

geschlossen werden. Diese Unabhängigkeit der Lei- 55 Die Triggereinheit 5 für den Thyristor 20 enthält

stungseinheit 4 vom Schweißstromkreis ist besonders einen Doppelweggleichrichter 24, die Sekundärwick-

vorteilhaft, da auf diese Weise bei der Energieversor- lung eines Steuerimpulstransformators 25, einen Ein-

gung der Leistungseinheit 4 keine störenden Rück- stellwiderstand 26 und einen Belastungswiderstand

Wirkungen auf den Schweißstromkreis erfolgen kön- 27. Als Doppelweggleichrichter 24 können beispiels-

nen. 60 weise ein Brückengleichrichter oder zwei Einweg-

Der Netzanschluß der Leistungseinheit 4 ist mit gleichrichter in Gegentaktschaltung verwendet wer-

der Primärseite einer Ladestromquelle (Trenntrans- den. Die Primärwicklung des Steuerimpulstransfor-

formator) 11 verbunden, welche durch mehrere An- mators 25 ist Teil eines Steuerimpulskreises, der

Schlüsse an der Primärseite für verschiedene Span- außer dieser Wicklung einen Justierwiderstand 28,

nungen benutzbar ist. Die Sekundärseite der Lade- 65 die Sekundärwicklung eines Steuertransformators 29,

stromquelle 11 steht in Verbindung mit einem Brük- einen Trennkondensator 30, ein spannungsabhängi-

kengleichrichter 12, an dessen Ausgangsseite der La- ges Schaltelement, beispielsweise eine Glimmröhre

dekreis des Zündkondensators 13 liegt. Die Lade- 31, und einen Strombegrenzungswiderstand 32 ent-

hält. An Stelle der Glimmröhre 31 können auch, in jeweils geeigneter Schaltung, eine Spannungsstabilisatorrohre, eine Zenerdiode, ein Transistor oder ein Unijunctionstransistor verwendet werden.

Die Sekundärwicklung des Steuertransformators 29 liegt außerdem einerseits direkt, andererseits über den Justierwiderstand 28 an einem Steuerkondensator 33. Der Trennkondensator 30 ist mit einem Entladewiderstand 34 überbrückt. Die Primärwicklung des Steuertransformators 29 liegt am Ausgang der Schweißstromquelle 1,- d. h. an der Schweißwechselspannung. Der Stromkreis der Primärwicklung enthält außer dieser selbst noch einen Trennkondensator 35 und eine Sperfdrossel 36. Der Steuertransformator 29 besitzt an seiner Primärseite mehrere An-Schlüsse für die Anpassung an verschiedene Spannungen.

Hinter den Anschlüssen der Steuereinheit 5 ist in den Schweißstromkreis eine Eisenkerndrossel 37 eingeschaltet. -

Die beschriebene . Einrichtung zum Stabilisieren und Zünden eines Wechselstromschweißlichtbogens arbeitet wie folgt.

I. Stabilisieren

Die Primärseite des Trenntransformators 11 ist mit einer Wechselstromquelle 6 verbunden. Von der Sekundärseite des Trenntransformators 11 aus fließt der Ladestrom über den Brückengleichrichter 12, die aus den Glättungskondensatoren 16, 17 und dem Glättungswiderstand 14 bestehende Glättungseinheit und die Ladedrossel 15 so lange zum Zündkondensator 13, bis dieser aufgeladen ist. Die stoßartige Entladung des Zündkondensators über den aus Justierwiderstand 18, der Primärwicklung des Impulstransformators 19 und dem Thyristor 20 bestehenden Entladekreis erfolgt in dem Augenblick, in dem der Thyristor 20 einen diesen für den Stromdurchgang öffnenden Steuerimpuls aus der Triggereinheit 4 erhält. Dieser Steuerimpuls tritt unmittelbar nach dem Nulldurchgang der Schweißwechselspannung auf.

Der Thyristor 20 bleibt so lange für den Stromdurchgang geöffnet, wie im Entladekreis des Zündkondensators 13 Strom fließt. Um nach dem Entladen des Zündkondensators 13 einen weiteren Stromfluß aus dem Brückengleichrichter 12 und den Glättungskondensatoren 16, 17 für kurze Zeit zu verhindern, ist die Ladedrossel 15 vorgesehen, welche den Stromanstieg verzögert. Hierdurch entsteht nach Entladen des Zündkondensators 13 ein kurzer stromloser Augenblick im Entladekreis, der ausreicht, um den Thyristor 20 wieder für den Stromdurchgang zu sperren. Hieran anschließend wird der Zündkondensator 13 wieder bis zum nächsten Entladestoß aufgeladen.

'. Die Dauer der im Entladekreis des Zündkondensators auftretenden Stromimpulse hängt von der Dimensionierung des Zündkondensators 13 und des Impulsübertragers 19 ab.

Eine Feineinstellung ist mit Hilfe des Justierwiderstandes 12 möglich. Die besten Schweißergebnisse werden mit einer Impulsbreite von 1 bis 10 Mikrosekunden erzielt.

Der Stromimpuls im Entladekreis des Zündkondensators 13 wird durch den Impulsübertrager 19 transformiert und der Elektrode 3 und dem Werkstück 2 zugeleitet. In der Leitung von der Sekundärseite des Impulsübertragers 19 zur Elektrode 3 liegt ein Trennkondensator 22, der den Impulsstromkreis vom Schweißstromkreis trennt. Die Eisenkerndrossel 37 im Schweißstromkreis verhindert zu große Verluste des Zündimpulsstromes in der Schweißstromquelle 1.

Die zwischen Elektrode 3 und Werkstück 2 übergehenden Zündimpulse sollen Stromstärken in der Größenordnung von 10 Ampere besitzen. Mit Hilfe des vorgesehenen Impulsübertragers 19 kann die Spitzenspannung der Zündimpulse je nach Bedarf auf Werte zwischen 300 und 5000 Volt eingestellt werden, wobei die niederen Werte beispielsweise zur Herabsetzung der Hochfrequenzstörungen beim Schweißen in Wohngebieten, die höheren Werte beispielsweise beim Automatenbetrieb von Plasmaschweiß- und -schneidanlagen oder beim Unterpulverschweißen gewählt werden. Entsprechend diesen geforderten Werten für die zwischen Elektrode 3 und Werkstück 2 übergehenden Zündimpulse besitzen die durch den Thyristor 20 gehenden gleichgerichteten Impulse Spannungswerte von 40 bis 1000 Volt und Stromstärken von 40 bis 400 Ampere.

Die Spannung an der Elektrode 3 und dem Werkstück 2 hat während des Schweißens den in der F i g. 2 a dargestellten rechteckförmigen Verlauf. Unmittelbar nach dem Nulldurchgang der Schweißspannung zum Zeitpunkt T, d. h. unmittelbar nach Verlöschen des Lichtbogens, erreicht diese schon einen sehr hohen Wert. Der sehr steile Spannungsanstieg bewirkt — wie weiter unten gezeigt wird — mit Hilfe der Triggereinheit 5 die Auslösung eines Impulses zwischen der Elektrode 3 und dem Werkstück 2 unmittelbar nach dem Nulldurchgang der Schweißwechselspannung, ungefähr zum Zeitpunkt T₂, wie in F i g. 2 durch I schematisch angedeutet ist. Hierdurch wird ein sicheres Wiederzünden des Wechselstromschweißlichtbogens gewährleistet. In Fig.2a ist außerdem zu erkennen, daß der Lichtbogen bei Nulldurchgang zur negativen Halbwelle hin nicht verlöscht. Dieser Zustand tritt erst nach einiger Zeit nach Schweißbeginn ein, wenn die Elektrode schon sehr heiß ist.

Die F i g. 2 b zeigt den Verlauf einer Schweißwechselspannung mit überlagerter Gleichspannungskomponente. Diese Überlagerung wirkt sich bekanntlich so aus, daß die positive Halbwelle gegenüber der negativen zeitlich verkürzt erscheint. Der besondere Vorteil der Erfindung in einem solchen Falle ist darin zu sehen, daß auch hier die Impulse I zum richtigen Zeitpunkt T₂ auftreten, obwohl zwischen zwei Impulsen abwechselnd verschieden lange Zeiträume liegen.

Die Schweißwechselspannung liegt zur Synchronisation von Schweißwechselspannung und Triggereinheit 5 an der Primärwicklung des Steuertransformators 29. In dessen Primärstromkreis ist ein Trennkondensator 35 eingeschaltet, der verhindert, daß eine eventuell auftretende Gleichstromkomponente des Schweißwechselstromes durch diesen Stromkreis fließt, und der außerdem die Steuereinheit 5 gegen einen möglichen Fehlanschluß an eine Gleichstromquelle schützt. Die Sperrdrossel 36 sperrt den Primärstromkreis des Steuertransformators 29 gegen unerwünschte Spannungs- und Schaltspitzen. Nach dem Nulldurchgang der Schweißwechselspannung steigt diese sehr rasch an. Hierdurch wird der Steuerkondensator 33 sehr schnell aufgeladen. Diese Auf la-

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dezeit kann mit Hilfe des im Ladekreis des Steuerla- großen Vielfachen der Zeitdauer T₂-T₁ (F i g. 2 a

dekondensators 33 liegenden Justierwiderstandes 28 bzw. 2 b) bei X₄ ihren maximalen Wert. Auf Grund

eingestellt werden. Gleichzeitig erfolgt auch an der dieses Sachverhaltes zündet die Glimmöhre 31 erst

Glimmröhre 31 ein schneller Spannungsanstieg, der sehr viel später als im Falle des brennenden Lichtbo-

diese bei Erreichen einer Grenzspannung zündet. 5 gens. Der Steuerimpuls für den Thyristor 20 und da-

Während die Glimmröhre 31 brennt, entlädt sich der mit auch der Zündimpuls zwischen der Elektrode 3

Steuerladekondensator 33 stoßartig über die Primär- und dem Werkstück 2, der in F i g. 3 schematisch

wicklung des Steuerimpulstransformators 25, den mitl angedeutet ist, erfolgt demnach ebenfalls erst

Strombegrenzungswiderstand 32 und die Glimmröhre eine geraume Zeit nach dem Nulldurchgang der

31. Dieser impulsartige Strom dauert so lange, bis io Wechselspannung, etwa zum Zeitpunkt T₅, der schon

der Trennkondensator 30 aufgeladen ist. Der Strom- in der Nähe der Maximalspannung zum Zeitpunkt T₄

fluß hört hierdurch auf, und die Glimmröhre 31 wird liegt. Zum Zeitpunkt T₅ ist die Leerlaufspannung je-

gelöscht. Anschließend wird der Trennkondensator doch so weit angestiegen, daß ein Lichtbogen gezün-

30 über den Entladewiderstand 34 entladen, worauf det werden kann.

sich der Vorgang beim nächsten Nulldurchgang der 15 Außer zum Stabilisieren und Zünden von Wech-

Schweißwechselspannung wiederholt. selstromschweißlichtbögen kann die erfindungsge-

Der demnach unmittelbar nach dem Nulldurch- mäße Einrichtung auch zum Zünden von Gleichgang der Schweißwechselspannung in der Primär- Stromlichtbögen verwendet werden. Die F i g. 4 zeigt wicklung des Steuerimpulstransformators 25 auftre- ein entsprechendes Ausführungsbeispiel. Eine tende Steuerimpuls wird über dessen Sekundärwick- 20 Schweißstromquelle 38 für das Gleichstromschweilung, den Doppelweggleichrichter 24 und den Ein- ßen ist an eine Drehstromquelle 39 angeschlossen, stellwiderstand 26 dem Thyristor 20 zugeleitet. Die- Die Schweißstromquelle 38 enthält in bekannter ser leistungsschwache Steuerimpuls öffnet den Thyri- Weise einen Transformator 40, eine Drosselgruppe stör 20 in der bereits beschriebenen Weise für den 41 und einen Gleichrichtersatz 42. Sie ist in der übli-Durchgang des leistungsstarken Zündimpulses, der 25 chen Weise mit der Elektrode 43 und dem Werkauf den Schweißstromkreis übertragen wird. stück 44 verbunden.

Eine ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegende Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus der Ausführungsform unterscheidet sich von der be- Leistungseinheit 45 und der Triggereinheit 46. Diese schriebenen Ausführungsform dadurch, daß mehrere sind in der F i g. 4 nur angedeutet und entsprechen in steuerbare Halbleiter an Stelle des Thyristors 20 vor- 3° ihrem Aufbau der Leistungseinheit 4 und der Triggesehen sind. Werden beispielsweise zwei Thyristo- gereinheit5 der Fig. 1. Die Leistungseinheit 45 liegt ren verwendet, deren Stromdurchgangsrichtung ein- bei diesem Ausführungsbeispiel hinter einem Netzander entgegengesetzt ist, kann der Doppelweggleich- schalter 47 an einer bestimmten, am Transformator richter 24 durch zwei Einweggleichrichter ersetzt 40 abgegriffenen Wechselspannung. Die Triggereinwerden, die jeweils mit einer eigenen Sekundärwick- 35 heit 46 liegt zwischen der Drosselgruppe 41 und dem lung des Steuertransformators 25 verbunden sind. Gleichrichtersatz 42 ebenfalls an einer bestimmten Die zwischen Elektrode 3 und dem Werkstück 2 Wechselspannung.

übergehenden Zündimpulse haben dann wechselnde Die Anschlüsse von Leistungseinheit 45 und Trig-

Polarität. Eine solche Ausführungsform wäre sogar gereinheit 46 sind lediglich der Einfachheit halber in

unbedingt notwendig, wenn — wie bisher angenom- 40 der geschilderten Weise vorgesehen. Beide Einheiten

men wurde — die den Lichtbogen stabilisierenden können auch an beliebige andere Wechselstromquel-

Zündimpulse die gleiche Polarität wie die wiederzu- len angeschlossen werden. Eine Verbindung, insbe-

zündende Halbwelle haben müßten. Es hat sich je- sondere der Triggereinheit 46 mit dem Schweiß-

doch überraschenderweise gezeigt, daß dies nicht der Stromkreis, ist im Falle des Gleichstromschweißens

Fall ist, sondern die gleiche stabilisierende Wirkung 45 nicht unbedingt erforderlich. Die in F i g. 4 darge-

auch dann erzielt wird, wenn die Zündimpulse gleich- stellte Schaltung hat jedoch bei Schweißstromquellen

gerichtet sind. Hierzu ist es allerdings erforderlich, mit fallender Charakteristik den besonderen Vorteil,

daß im Entladekreis des Zündkondensators 13 Rück- daß die Triggereinheit 46 bei geeigneter Einstellung

.schwingungen nach Durchgang eines Zündimpulses ihrer Bauelemente nur beim Zünden arbeitet, wäh-

unterbunden werden. Bei der Erfindung geschieht 50 rend beim Schweißen wegen der dann zu niedrigen

dies dadurch, daß die Primärwicklung des Impuls- Spannung am spannungsabhängigen Schaltelement

Übertragers 19 über die Diode 21 kurzgeschlossen (31, F i g. 1) keine Steuerimpulse und damit auch

wird. Auf diese Weise entstehen trotz der unvermeid- keine Zündimpulse zwischen Elektrode 43 und

baren Induktionen im Schweißstromkreis nur gleich- Werkstück 44 ausgelöst werden,

gerichtete Impulse, und zwar jeweils zwei pro Pe- 55 Die erfindungsgemäßen Einrichtungen zum Stabi-

riode der Schweißwechselspannung. lisieren und Zünden von Schweißlichtbögen sind

_TT „.. j nicht auf das Lichtbogenschweißen im engeren Sinne

11. ZAinaen begrenzt, d. h. auf das Lichtbogenschweißen mit oder

Die beschriebene Einrichtung paßt sich ohne An- ohne Schutzgas und mit abschmelzender oder nicht-

derung irgendeiner Einstellung von sich aus den ge- 60 abschmelzender Elektrode. Sie sind gleichermaßen

genüber dem Schweißen unterschiedlichen Bedingun- und mit den gleichen Vorteilen anwendbar beim Un-

gen beim Zünden des Lichtbogens an. Vor dem Zün- terpulverschweißen, Lichtbogenauftragsschweißen

den des Lichtbogens hat die sowohl an der Elek- und Lichtbogenschneiden sowie beim Plasmaschweitrode3 und dem Werkstück 2 als auch an der Pri- ßen, Plasmaauftragsschweißen, Plasmaschneiden, märwicklung des Steuertransformators 29 liegende 65 Plasmahobeln und Plasmaspritzen. Bei den Plas-Leerlaufspannung den in F i g. 3 dargestellten Ver- maverfahren können die Einrichtungen sowohl auf lauf. Die Spannung steigt nach dem Nulldurchgang den durchgeführten als auch auf den nicht durchgesinusförmis! lanssam an und erreicht erst nach einem führten Lichtbogen vorteilhaft angewandt werden.

Für alle diese Anwendungsgebiete können ohne wesentliche Änderungen in der Dimensionierung und Einstellung der Bauelemente stets Einrichtungen benutzt werden, die im wesentlichen den in den Ausfuhrungsbeispielen beschriebenen Einrichtungen ent-

sprechen. Es handelt sich demnach bei der erfindungsgemäßen Einrichtung um ein universell anwendbares Gerät, das auf einem großen Gebiet des elektrischen Schweißens und Schneidens mit Vorteil eingesetzt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstromschweißlichtbogens und zum Zünden eines Wechsel- oder Gleichstromschweißlichtbogens, wobei Zündimpulse zwischen Elektrode und Werkstück übergehen, die durch eine stoßartige Entladung eines Zündkondensators erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkondensator (13) einerseits parallel zu einer Ladestromquelle (11, 12) und andererseits in einem Entladekreis liegt, welcher mindestens einen steuerbaren Halbleiter (20) und die Primärwicklung eines sekundärseitig an Elektrode (3) und Werkstück (2) angekoppelten Impulsübertragers (19) enthält, und daß das steuerbare Halbleiterventil (20) mit einer — vorzugsweise mit dem Schweißstromkreis synchronisierten — Triggereinheit (5) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladekreis den Zündkondensator (13), den steuerbaren Halbleiter (20), den Impulsübertrager (19) sowie gegebenenfalls einen Widerstand (18) aufweist und daß diese Bauelemente derart dimensioniert sind, daß die Zündimpulszeit 0,8 bis 20 μβ, vorzugsweise 1 bis 10 μβ beträgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Impulsübertragers (19) über einen Einweggleichrichter, beispielsweise eine Diode (21), kurzgeschlossen ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsübertrager (19) als Übersetzungstrafo ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladekreis des Zündkondensators (13) zur Erzeugung von Zündimpulsen wechselnder Polarität zwei steuerbare Halbleiter vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinheit (5) einen Steuerimpulstrafo (25) aufweist, dem zur Erzeugung von zwei Zündimpulsen pro Schweißwechselstromperiode ein Doppelweg-Gleichrichter (24) nachgeschaltet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Triggereinheit (5) die Zündimpulse zur Lichtbogenzündung kurz vor dem Leerlauf spannungsmaximum, dagegen zur Lichtbogenstabilisierung nach jedem Nulldurchgang des Schweißwechselstromes auslösbar sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinheit (5) ein spannungsabhängiges Schaltelement (31) mit zugeordnetem Steuerkondensator (33) und einstellbarem Widerstand (28) aufweist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinheit (5) im Entladekreis des Steuerkondensators (33) einen Trennkondensator (30) aufweist, der durch einen Entladewiderstand (34) überbrückt ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsabhängige Schaltelement (31) mit einer Sekundärwicklung eines primärseitig an einer Wechselstromquelle, vorzugsweise, an der Schweißwechselspannung, angeschlossenen Steuertransformators (29) verbunden ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransformator (29) primärseitig einen Trennkondensator (35) aufweist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladekreis des Zündkondensators eine Drossel (15) vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromquelle (11, 12) die Sekundärwicklung eines primärseitig an einer Wechselstromquelle (6) liegenden Ladetransformators (11), einen Brükkengleichrichter (12) und eine Glättungseinheit (14,16,17) aufweist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromquelle (11, 12) an die Schweißstromquelle (1) hinter deren Netzschalter (7) angeschlossen ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekreis direkt an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstromkreis eine Eisenkerndrossel (37) aufweist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die steuerbaren Halbleiter Thyristoren (20) sind.

18. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Zünden eines Gleichstromschweißlichtbogens bei Verwendung einer Schweißstromquelle mit fallender Charakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Steuertransformators (29) und damit die Steuereinheit (46) an die Schweißstromquelle (38) vor deren Gleichrichtersatz (42) angeschlossen ist.