DE1002097B

DE1002097B - Vorrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstrom-Schweisslichtbogens beim Strom-Nulldurchgang mittels eines Impulstransformators

Info

Publication number: DE1002097B
Application number: DEG19070A
Authority: DE
Inventors: Franz Tajbl; Max Gillitzer
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1956-02-25
Filing date: 1956-02-25
Publication date: 1957-02-07
Also published as: US2880376A

Description

Beim Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom, bei dem zwischen einer Elektrode und einem zu schweißenden Werkstück ein elektrischer Lichtbogen gezündet und aufrechterhalten wird, ist es bekannt, dem Schweißstrom hochfrequenten und hochgespannten Wechselstrom mit etwa 10³ kHz und 2000 V zu überlagern. Durch hochfrequente Entladungen wird die Lichttbogenstrecke ionisiert, damit ein Lichtbogen gezündet werden kann. Da Elektrode und Werkstück während des Schweißvorganges verschieden temperiert sind und zudem noch aus verschiedenen Metallen bestehen können, wird der Schweißwechselstrom im Lichtbogen teilweise gleichgerichtet. Der Lichtbogen droht immer dann zu erlöschen, wenn der Wechselstrom in der bevorzugten Richtung zu fließen aufhört. Durch hochfrequente Entladungen kann der Lichtbogen stabilisiert werden.

Durch die hochfrequenten Entladungen wird der Rundfunkempfang empfindlich gestört. Es ist sehr schwer, ja praktisch unmöglich, die Hochfrequenzschwingungen vom Energieversorgungsnetz der Schweißanlage fernzuhalten. Zur Raumstrahlung des Hochfrequenzgerätes tritt also die Verseuchung des Leitungsnetzes. Es wurde daher schon vorgeschlagen, dem Schweißistrom oberwellenfreie Hochfrequenzschwingungen zu überlagern, die in Röhrensendern erzeugt werden. Solche Geräte sind störanfällig und kostspielig. Da derart erzeugte Schwingungen rein sinusförmig sind, müssen höhere Leistungen mit einigen 100 VA verwendet werden. Damit steigt aber auch die Gefahr, daß sich der Schweißer die Hände verbrennt.

Es wurde bereits erkannt, daß es zum Stabilisieren eines Schweißlichtbogens ausreicht, lediglich zu Beginn derjenigen Wechselstromhalbperiode, in der der Stromfluß behindert ist, einen Kondensator stoßartig über die Lichtbogenstrecke, also zwischen Elektrode und Werkstück, zu entladen. Rundfunkstörungen sind dann vernachlässigbar gering. Bei einem bekanntgewordenen Gerät wird ein Kondensator mit Gleichstrom auf einige hundert Volt aufgeladen und mit Hilfe eines gittergesteuerten, gasgefüllten Strommotors gerade jeweils in dem Augenblick entladen, in dem die benachteiligte Wechselstromhalbwelle beginnt. Das Stromtor wird durch einen Spannungsimpuls gezündet, der von einer Dreielektrodenröhre geliefert wird, deren Gitterspannung proportional der augenblicklichen Schweiß spannung ist.

Dieses bekannte Gerät hat nun, ganz abgesehen davon, daß das Stromtor empfindlich ist und bei der hohen Belastung nur geringe Lebensdauer besitzt, den wesentlichen Nachteil, daß der Stromstoß nur einer Richtung des Wechselstromes überlagert werden kann; denn das Stromtor ist ein Ventil. Überdies ist zum Vorrichtung zum Stabilisieren eines
Wechselstrom-Schweißlichtbogens

beim Strom-Nulldurchgang
mittels eines Impulstransformators

Anmelder:

Gesellschaft für Linde's Eismaschinen

Aktiengesellschaft,
Höllriegelskreuth bei München

Franz Tajbl, Hohenschäftlarn,

und Max Gillitzer, München,

sind als Erfinder genannt worden

Aufladen des Kondensators eine eigene Gleichstromquelle erforderlich. Nun ist es aber oft erwünscht, zu Beginn einer jeden Halbwelle dem Lichtbogen einen Stromstoß zuzuführen. Dies sei am Beispiel des Schweißens von Aluminium mit einer Wolframelektrode unter Argonschutz erläutert: Solange das Wolfram 'noch kalt ist, also zu Beginn des Schweißvorganges, ist der Lichtbogenstrom in derjenigen Halbwelle behindert, in der das Wolfram Kathode ist. Ist jedoch die Wolframelektrode heiß, so neigt gerade die andere Halbwelle, in der das Aluminium Kathode ist, dazu, unterdrückt zu werden. Schließlich sind auch schon Impulstransformatoren für diese Zwecke eingesetzt worden, deren Primärwicklung an der Schweißspannung liegt.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird zu Beginn einer jeden Halbwelle ein Stromstoß geliefert; empfindliche Teile, wie Stromtore, besitzt sie nicht. Diese Vorrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstrom-Schweißli-chtbogens, bei dem bei NuIldurchgang des Stromes ein Kondensator stoßartig über ein spannungsabhängiges Schaltelement und die Lichtbogenstrecke entladen wird, der durch einen primärseitig an Schweißspannung liegenden Impulstransformator aufgeladen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Impulstransformators aus einer Eisenlegierung besteht, deren magnetische Induktion mit wachsender magnetischer Feldstärke steil auf einen nahezu konstanten Sättigungswert ansteigt, und daß er bereits bei Schweißspannungen von

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etwa 10 Volt magnetisch gesättigt ist. Derartige Legierungen mit hoher Anfangs- und Maximalpermeabilität sowie steil abfallender Sättigungspermeabilität und geringen Hystereseverlusten sind bekannt. Der Impulstransformator liefert sekundärseitig immer dann eine kurzdauernde, jäh ansteigende und ebenso jäh abfallende Spannungsspitze abwechselnder Polarität, wenn der Wechselstrom ■— gleichgültig, in welcher Richtung — durch Null geht. Denn nur in

laufspannung, übersättigt ist. Besteht der Kern zudem aus einer Eisenlegierung, deren magnetische Induktion S3 mit wachsender magnetischer Feldstärke steil auf einen nahezu konstanten Sättigungswert ansteigt, so verläuft die Induktion 33 in Abhängigkeit von der Zeit, so wie in Fig. 2 dargestellt. Bei jedem Nulldurchgang des Wechselstromes ändert sich die magnetische Induktion sprunghaft, und nur in diesen kurzen Zeitspannen wird eine kurzdauernde und scharf aus-

diesen kurzen Zeitspannen ändert sich der magnetische io geprägte Spannungsspitze U von einigen 100 Volt in

Kraftfluß im Kern. Jeder Stromstoß ist immer dem augenblicklichen Schweißstrom gleichgerichtet. Der Fluß des Schweißstromes kann also zu Beginn jeder Halbwelle begünstigt werden. Da der Impulstrans-

der Sekundärspule 'des Impulstransformators 6 induziert. Der Stoßkondensator 9 von größenordnungsmäßig 0,1 μΞ speichert den kurzdauernden Stromimpuls und gibt ihn stoßartig an die Lichtbogen-

formator primärseitig an der Schweißspannung liegt, 15 strecke 3, 4 ab, sobald die Grenzspannung des spanwirkt sich der Verlauf der Schweiß spannung zu Be- nungsabhängigen Schaltelementes 10 erreicht ist.

Höhe "

ginn einer jeden Halbwelle auf die Höhe der sekundärseitig gelieferten Spannungsspitze aus. Die Schweißspannung steigt besonders steil an, wenn der

Lichtbogen in der vorhergegangenen Halbperiode er- 20 einer an sich bekannten Gasentladungsstirecke

loschen ist. zwei Elektroden. Die Wahl des Gasdruckes und

Da der Impulstransformator primär neben der -Schweißspannung zeitweise auch der höheren Leerlaufspannung ausgesetzt ist, liegt in der Zuleitung

Diese Grenzspannung ist kleiner als die vom Impulstransformator sekundärseitig abgegebene Spitzenspannoing. Das Element 10 besteht zweckmäßig aus

mit der

Gasart ist dabei eine reine Zweckmäßigkeitsfrage. Um nun zu verhindern, daß die stoßartige Entladung einen Schwingungsvorgang einleitet, dämpft der

der Primärwicklung des Impulstransformators in an 25 Widerstand 11 von einigen Ohm den Entladungsvor

sich bekannter Weise ein strombegrenzender Ohmscher Widerstand oder ein anderes strombegrenzendes Mittel, z. B. ein Kondensator oder ein induktiver Nebenschluß zur Primärspule des Impulstransfor

mators. Um zu verhinderen, .daß sich der den Strom- 30 daher nicht.

gang. Dadurch wird erreicht, daß die Richtung des Stromstoßes und die Richtung des Schweißstromes immer übereinstimmen. Schwingungen, wie sie bei Hochfrequenzzündgeräten erzeugt werden, entstehen

stoß liefernde Kondensator statt über die Lichtbogenstrecke über die Primärwicklung des Impulstransformator auch nur teilweise entlädt, liegt in bekannter Weise in der Zuleitung zur Primärwicklung eine

Aus Fig. 3 ist zu erkennen, wie sich der vom Stoßkondenisator 9 gelieferte Spannungsstoß der Leerlaufspannung (links in der Figur) und der Schweißvorgang (rechts in der Figur) jeweils gerade dann über-

Stromstöße sperrende Drossel. Auch wird die Sekun- 35 lagern, wenn die Spannung durch Null gegangen ist. därwicklung des Schweißtransformators in bekannter Obgleich die Spannungsspitzen nur einige 100 Volt Weise durch eine Drossel vor Stromstößen geschützt, erreichen, läßt sich der Schweißlichtbogen, wie und es wird dadurch zugleich verhindert, daß Teile der die Erfahrung lehrt, ausgezeichnet stabilisieren. Hoch-Stoßenergie der Stabiliserung des Lichtbogens ver- frequente Oberschwingungen mit hohen Spannungslorengehen. Um Schwingungen während des Ent- 40 amplituden, die den Rundfunkempfang stören könnladungsvorganges des Kondensators möglichst zu ten, treten praktisch nicht auf.

unterbinden, liegt im Entladestromkreis des stoßartig Die Drossel 2 verhindert, daß sich der Entladestoß

entladbaren Kondensators in bekannter Weise ein des Stoßtransformators 9 über die Sekundärspule 1

Dämpfungswiderstand. des Schweißtransformators ausgleicht; die Drossel 7

Das Gerät nach der Erfindung sei an Hand der 45 erfüllt dieselbe Aufgabe für den Impulstransfor-

Zeichnung erläutert. mator 6. Der Ohmsche Widerstand 8 oder ein anderes

Fig. 1 zeigt ein Schaltschema des Gerätes; in strombegrenzendes Mittel schützt die Primärspule des

Fig. 2 sind die magnetische Induktion im Kern des Impulstransformators, an der wechselweise die Leer-Impulstransformators und die sekundärseitig indu- lauf- und die Schweiß spannung liegen, vor Überzierte Spannung in Abhängigkeit von der Zeit dar- 50 lastung,
gestellt; in Selbstverständlich kann das Gerät nach der Er-

Fig. 3 wird der Spannungsverlauf zwischen Schweiß- findung auch mit Erfolg beim Schweißen mit

elektrode und Werkstück als Funktion der Zeit erläutert. Gleichstrom eingesetzt werden. Es wird dann an eine

In Fig. 1 ist der Schweißstromkreis mit der Sekun- Wechselstromquelle angeschlossen und unterstützt da-

därspule 1 des Schweißtransformators, der Drossel 2, 55 durch, daß es je Halbwelle des Wechselstromes einen

der Schweißelektrode 3 und dem zu schweißenden Spannungsimpuls liefert, die. Zündung und Stabilität

des Gleichstrom-Schweißlichtbogens.

Werkstück 4, das wie üblich geerdet ist, stark ausgezogen. Das Gerät nach der Erfindung befindet sich in der geerdeten Abschirmung 5. Der Impulstransformator 6 wird über die Drossel 7 und den Ohmschen Widerstand 8 aus dem Schweißstromkreis gespeist und lädt sekundärseitig den Stoßkondensator 9 bis zu einer Höchstspannung auf, die durch das spannungsabhängige Schaltelement 10 begrenzt wird. Der Entladestromstoß wird über den Dämpfungswiderstand zum Schweißstromkreiis und dort zur Lichtbogenstrecke 3, 4 geführt.

Der Kern des Impulstransformators 6 ist mm so dimensioniert, daß er bereits bei Schweißspannungen von etwa 10 Volt, also erst recht auch bei der Leer-

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstrom-Schweißlichtbogens, bei der bei Nulldurchgang des Stromes ein Kondensator stoßartig über ein spannungsabhängiges Schaltelement und die Lichtbogenstrecke entladen wird, der durch einen primärseitig an ,Schweißspannung liegenden Impulstransformator aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Impulstransformators aus einer Eisenlegierung besteht, deren magnetische Induktion mit wachsender magnetischer Feldstärke steil auf einen nahezu konstanten

Sättigungswert ansteigt, und daß er bereits bei Schweißspannungen von etwa 10 Volt magnetisch gesättigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zur Primärwicklung des Impulstransformators ein strombegrenzender Ohmscher Widerstand (8) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zur Primär-

wicklung des Impulstransformators eine Stromstöße sperrende Drossel (2) liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladestromkreis des stoßartig entladbaren Kondensators ein Dämpfungswiderstand (11) liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 831 715.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen