DE2340793A1 - Einrichtung zum stabilisieren und zuenden von lichtboegen - Google Patents

Description

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Erfinder: fi. Born
H. Böhme

Einrichtung zum Stabilisieren und Zünden von Lichtbögen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Stabilisieren von W^chselstromlichtbögen und zum Zünden von Wechselstrom- oder Gleichstromlichtbögen, wobei svjisollen einer Lichtbogenbrennerelektrode und einem Werkstück oder zwischen zwei Elektroden Zündinipulse erzeugt werden. -

Es ist bekannt, insbesondere beim Schweißen mit Wechselstrom der Schweißspannung eine Hochfrequenzspannung zu überlagern. Diese relativ große zusätzliche Spannung bewirkt ein sicheres V/iederzünden des Lichtbogens bei jedem Nulldurchgang der Schweißwechselspannung und stabilisiert hierdurch den Lichtbogen. Daneben wird diese Hochfrequenzspannung bekanntlich auch zum Zünden von Wechsel- oder Gleichstromlichtbögen 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. -

Entsprechende Einrichtungen - nachfolgend als Zündgeräte bezeichnet - sind beispielsweise aus den deutschen Aus-

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legesohriften 1 o6l oo6 und 1 098 638 bekannt, welche die Form von Funkenstreckengeneratoren haben, bei denen ein Kondensator vorgesehen ist, welcher jeweils nach Aufladung zwecks Erzeugung auf die Lichtbogenstrecke gespeister, periodischer ZUndimpulse über eine, kurzzeitig einen Entladestromkreis schließende Funkenstrecke entladbar ist. -

Zündgeräte dieser Art haben aber den Nachteil, daß die Funkenstrecken - infolge der hohen Belastung durch die gesamte Impulsenergie - häufig nachgestellt bzw. ausgewechselt werden müssen. Außerdem entsteht in den Funkenstrecken Ozon und salpeterige Säure, sodaß die Metallteile des Züncigerätes vor Oxydation geschützt werden müssen.

Weiterhin ist es erforderlich, das gesamte Zündgerät, mit dem die Impulse erzeugt werden, für die volle Leistung der Impulse auszulegen. D123 hat einen verhältnismäßig aufwendigen und teuren konstruktiven Aufbau des gesamten Zündgerätes zur Folge.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Siinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und nahezu wartungsfrei aufgebaut ist.

Die Erfindung besteht darin, daß zur Zündimpulserzeugung mind, ein kraftbeaufschlagbarer (Druck oder Zug) Piezoqu&rz vorgesehen ist, der mit der Lichtbogenbrennerelektrode und dem Werkstück bzv:. mit den zwei Erennerelektroden, in elektrischer Verbindung steht.

Beim erfind ungsgernäSen Zündgerät wird der seit langem bekannte Piezoeffekt (siehe beispielsweise auch: Lueger "Lexikon der Elektrotechnik und Korntechnik", 1960, Seite 398; ?:ohlrausoh - "Praktische Physik¹,¹ 22. Auflage. 19-08, Band 2, Seite 668 und 669), ausgenutzt und vorteilhaft, zum Zünden bzv.'. Stabilisieren des Licircbogens angewandt,

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Der ZUnd- bzw. Stabilisierungsimpuls wird bei der Erfindung einfach dadurch erzeugt, in dem ein Piezoquarz oder Piezoelement bzw. ein piezoelektrischer Stoff, mit einem vorbestimmten Druck zusammengedrückt wird. Der auf Grund dieses Druckes vom Quarz erzeugte Impuls wird über elektrische Leitungen an die Lichtbogenstrecke geleitet und bewirkt ein Stabilisieren bzw. Zünden des Lichtbogens.

Durch die vorgeschlagene Impulserzeugung mittels eines Piezoquarzes wird es nunmehr vorteilhaft möglich, ein einfaches, billiges und eine kleine Rauform aufweisendes Zündgerät aufzubauen, sodaß es erreichbar ist, das Zündgerät in unmittelbarer Nähe des Liehtboger.brenners oder bevorzugt sogar im Brenner selbst, anzuordnen. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß - im Gegensatz zu den bisher bekennten Zündgeräten - der Impuls nicht über lange Leitungen der Lichtbogenstrecke (Strecke zwischen Brennerelektrode und dem Werkstück bzw. zwischen den beiden Elektroden) zugeführt werden mu3.

Von weiterem Vorteil ist, daß das erfindungsgemäße Zündgerät nahezu völlig wartungsfrei ist. Darüberhinaus liegen auch die beim Betrieb des Zünagerätes auftretenden Funk- bzw. Fernsehstörungen im Bereich der Werte, die H?oh den Vorschriften (Deutsche Bundespost und,VDE) zulässig sind. -

Ferner ist es vorteilhaft, daß die erforderliche Energie zur Zilrdirnpulserzeugung nicht mehr aus dem Schweißstromkreis entzogen werden mu/3, wie dies bei den oben genannten bekennten Zündgeräten der Fall int. Die Energieversorgung für df-ε erfindungsgernäße Zündjrerät kann beispielsweise aus ein^r beliebigen V-^rechselst romquelle entnommen werden. Der Schweiß.itromkreis selbst wird dadurch nicht beeinfluß Ί:. -

"ine besonders vorteilhafte und einfach aufgebaute Vorrichtung 7,-v Di'U.ckkraftersougung s\:£ den Piezoquarz ist geir.sß der Erfindung d'-.:"Var:-^vi gekennzeichnet, daß zur Druckkraft-

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erzeugung auf den Piezoquarz ein Stößel einwirkt, der mittels einer Wechselstrom-Magnetspule in hin- und hergehende Bewegungen versetzbar ist.

In vorteilhafter Weiterbildung wird hierzu vorgeschlagen, daß die Frequenz des Wechselstromes zur Versorgung der Mag netspule synchron mit der Frequenz des Schweißwechselstromes ist. -

Dadurch wird erreicht, daß die Zünd- bzw. Stabiliüierungsimpulse beim Wechselstromschweißen synchron zum Nulldurchgang des Schv.-eißwechselstromes erzeugt werden, sodaß beispielsweise stets zum Zeitpunkt des Nulldurchganges mind, ein Stabilisierungsimpuls zur Verfügung steht. Durch Vervielfachung der Frequenz des Magrietwechselstromes ist es ferner möglich, pro Halbzelle des Schweißwechselstrornes mehrere Impulse zu erzeugen.

Die zeitliche Lage der ZUnd- bzw. Stabilisierungsimpulse gegenüber dem Nulldurohgang des SohKei3v;echselstromes kann vorteilhaft dadurch verändert werden, daß der Magnetwechselstroffi gegenüber dem Schweißviechselntrom phasenverschiebbar ist, wobei bevorzugt die Phasenverschiebung einstellbar ict. Somit wird es möglich, den Zünd- bzw. Stabilisierungsimpuls kurz vor öem IJulldurchgang des Schweißv.'echselstrorries zur Verfügung zu stellen, um ein optimales Lichtbogenverhalten zu erhalten, -

Beim Gleich3tromschv;eißfcn, bei welchem nur zu Beginn ein Zü'odimpuls erforderlich ist (zum Zünden des Gleichstrom-Lichtbogens) ist es ebenfalls möglich, den bzw. die elektrisch hintereinander geschalteten Piezoquarze mittels der Magnetspule zu beaufschlagen. Da jedoch nur ein Zündimpuls benötigt v.'ird, ist es auch möglich, den Stößel mittels eines Relais, einer Gleichstrom-Magnetspule, eines Hebels oder dgl, mit Druck gegen 6cn Piezcquarz zu pressen.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung, sowie un ter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale, näher erläutert.

In der Zeichnung ist mit Io eine Einrichtung zum Wechselstrom-Lichtbogenschweißen bezeichnet. Die Einrichtung Io besteht im wesentlichen aus einem Lichtbogenbrenner 11 (WIG-, Plasma- oder UP-Brenner), wobei die Brennerelektrode 12 über eine Leitung 13 und das zu schweißende Werkstück 14 über eine Leitung 15 mit einem schematisch angedeuteten Wechselstromtransformator 16 in Verbindung steht.

Der Transformator 1β, welcher nicht dargestellte Mittel zum Einstellen von Strom und Spannung aufweist, ist mit einem V.'echselstrohinetz 17 verbunden. Ferner weist der Lichtbogenbrenner 11 eine Öffnung 18 auf, die zur Zufuhr von Schutz- bzw. Plasmagasen, dient. -

Das erfindungsgemäße Zündgerä't ist mit 2o bezeichnet und besteht aus einem Gehäuse 21, in dem druckbeaufschlagbare Piezoquarze 22 und 23 angeordnet sind. Dabei sind die Piezoouarze 22 und 23 elektrisch gesehen parallel geschaltet.

Der Pluspol 24 der Piezoquarze 22 und 23 ist über eine Leitung 25 mit der Brennerelektrode 12, und der Minuspol 2β über eine Leitung 27 mit den; Werkstück 14 verbunden. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Piezoquarze elektrisch gesehen, hintereinander zu schalten.

Im oberen Teil dec Gehäuses 21 ist eine Druckkraftvorrichtung 2B vorgesehen, die aus einer V.'echselstrom-Magnetspule 29, einem von dieser hin und her bewegbaren (Pfeilriohtuiig 3o) Si.ößel 31, sowie einer zv/ischen Stößel 31 und Magnetspule 29 angeordneten Stößelrückholi'eder 32 besteht.

Die Kcignet spule 29 ist unter Zv; Is eben schaltung eines, an

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sich bekannten einstellbaren Phasenschiebers 33 mit dem Wechselstromnetz 17 verbunden. -

Gegenüber der Magnetspule 29 ist im Gehäuse 21 ferner eine Druckschraube 33 vorgesehen, die zum Einstellen der Spitzenspannung der Zündimpulse dient.

Die Funktionsweise dieser Einrichtung ist folgende:

Zum Schweißen v/ird mittels des Transformators 16 an die Elektrode 12 und das Werkstück 14 die Schweißleerlaufspannung angelegt und gleichzeitig über die Öffnung 18 Schutsgas dem Brenner 11 zugeführt. Danach wird durch Betätigung des Schalters 34 Wechselstrom der Magnetspule 29 zugeleitet, und der Stößel 31 im Rhythmus der Frequenz des Wechselstromes auf die Piezo·» quarze 22, 23 geschlagen. Dabei entsteht an den Ausgängen der Leitungen 25 und 27 und damit zwischen Elektrode 12 und Werkstück 14 eine hohe Spannung, die zu einem Zündlichtbogen zwischen Elektrode 12 und Werkstück 14 führt. Durch den Zündlichtbogen v/ird das aus dem Brenner 11 ausströmende Gas ionisiert, also elektrisch leitfähig, und der Schweißstromkreis, bestehend aus dem Transformator 16, der Leitung 13, der Elektrode 12, der Lichtbogenstrecke 35* dem Werkstück 14 und der Leitung 15, geschlossen. Der Schweißlichtbogen 36 v.'ird nun kontinuierlich von dem Transformator 16 versorgt.

Da vom Transformator 16 dem Lichtbogen 36 ein Wechselstrom zugeführt wird, ist es für optimale Schweißergebnisse erforderlich, im Kulidurchgang des Schweißstrornes zusätzliche Stabilisierungsimpulse der Liohtbogenstrecke 35 zuzuführen. Diese werden ebenfalls durch das erfindungsgernäße Zündgerät 2o erzeugt. Da sowohl Schweißstromfrequenz, als auch die Frequenz des Magnetspulen-'Vechselstromes synchron (Vorzugsveise gleich) sind, werden bei jeder Wech-

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selstrom-Sinuswelle die Piezoquarze einmal druckbeaufschlagt und ein Zündimpuls erzeugt. Durch Verstellen des Phasenverschiebers ist es nun vorteilhaft erreichbar, daß diese ZUnditnpulse immer dann entstehen, wenn der Schvieißwechselstrom sich in dem Nulldurchgang befindet.

Durch Vervielfachung der Frequenz des Magnetspulen-Wechselstromes gegenüber der Frequenz des Schweißwechssl- stromes (beispielsweise Magnet spulen-V;echselstrom 2oo Hz, Schweißwechselstrom 5o Hz) ist es möglich, pro Schweißwechselstrorasinuswelle mehrere (beispielsweise vier) Zündimpulse zu erzeugen.-

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird der ZUndimpuls zwischen einer Lichtbogenbrennerelektrode 12 und dem Werkstück 14 zugeführt. Dies ist insbesondere bei Vv¹IG- und UP-Brennern öer Fall. Bei Plasmabrennern wird dagegen der Zündimpuls zwischen zwei Elektroden zugeführt, wobei die eine Elektrode die Brennerelektrode 14. und die andere Elektrode die Brennerdüse 51 ist. Es ist c3ann das Zündgsrät 2o nicht mit dem Werkstück Ik, sondern über die gestrichelte Leitung 38 mit der Düse 37 verbunden.

Die Funktionsweise dieser Einrichtung entspr.!ent im wesentlichen der obigen Beschreibung. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Züridirnpuls zur Erzeugung eines Zünd-Uchtbogens zum Bilden eines Pilotlichtbogens 39 zwischen Düse 37 und Elektrode Ik dient, wobei der Pilotlichtbop.enstrora über die gestrichelte dargestellte Leitung 4o mit dem Pilotbegrenzungöwiderstand 41 zugeführt wird..-

DriS erf indungs^eniäSe Zündgerät ist ^uc3i zum Zünden von Gleiclistromlichtbogen geeignet. Eine Gleichs-tromeinrlchtung

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unterscheidet sich von der veranschaulichten Wechselstromeinrichtung lediglich durch einen Gleichrichter zwischen Transformator 16 und Brenner 11.

Die Erfindung wurde im AusfUhrungsbeispiel an einer Einrichtung zum Schweißen erläutert. Es ist selbstverständlich aber auch möglich, das erfindungsgemäße ZUndgerät bei Gleich- oder '/echselstrom-Schneideinrichtungen, insbesondere Plasmasohneideinrichtungen, zu verwenden. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, mittels mehrerer nebeneinander angeordneter Piezoquarze, die gleichzeitig oder nacheinander druckbeaufschlagt werden, eine vorbestimmte Zündimpulsfolge zu erzeugen. Darüberhinaus sind auch andere Druckkrafterzeugungsvorrichtungen möglich, v;ie beispielsweise Hebel, Nockenräder, Schvfingsysteme oder dgl.

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Claims (1)

1. Ansprüche

   ./ Einrichtung zum Stabilisieren von We chselst romlicht bögen und zum Zünden von Wechselstrom- oder Gleichstromlichtbögen, wobei zwischen einer Lichtbogenbrennerelektrode und einem Werkstück oder zwischen zwei Brennerelektroden Zündimpulse erzeugt v/erden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündimpulserzeugung mind, ein kraftbeaufschlagbarer Piezoquarz (22, 23) vorgesehen ist, der mit der Lichtbogenbrennerelektrode (12) und dem Werkstück (14) bzw. mit den zv:ei Brennerelektroden (14, 37) in elektrischer Verbindung steht.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur Druckkrafterzeugung auf den Piezoquarz (22, 23) ein Stößel (31) einwirkt, der mittels einer Wechsslstrom-Magnetspule (29) in hin- und her gehende Bewegungen (31) versetzbar ist.

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz des Magnet spulen-i-V.'echselstromes synchron mit der Schweißv/echsel stromfrequenz ist.

   4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurnh gekennzeichnet , daß der Magnetspulen-Wechselstrom gegenüber dem 3chwei3v;echselstrora phasen verschiebbar ist, wobei vorzugsweise die Phasenverschiebung einstellbar ist.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckkrafterzeugung auf den Piezoquarz (22, 23; ein Nookenrad vorgesehen ist.

   7.3.1973 3e/Fi 5 0 9 8 10/0424

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