DE1011095B - Hochfrequenz-Zuendgeraet fuer Wechselstrom-Lichtboegen, insbesondere zum Schweissen mit einer Funkenstrecke - Google Patents

Hochfrequenz-Zuendgeraet fuer Wechselstrom-Lichtboegen, insbesondere zum Schweissen mit einer Funkenstrecke

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DE1011095B
DE1011095B DES48064A DES0048064A DE1011095B DE 1011095 B DE1011095 B DE 1011095B DE S48064 A DES48064 A DE S48064A DE S0048064 A DES0048064 A DE S0048064A DE 1011095 B DE1011095 B DE 1011095B
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DE
Germany
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frequency
ignition device
capacitors
welding
transformer
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DES48064A
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English (en)
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Dr Erich Bergmann
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/067Starting the arc
    • B23K9/0672Starting the arc without direct contact between electrodes
    • B23K9/0673Ionisation of the arc gap by means of a tension with a step front (pulses or high frequency tensions)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073Stabilising the arc
    • B23K9/0738Stabilising of the arc by automatic re-ignition means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

  • Hochfrequenz-Zündgerät für Wechselstrom-Lichtbögen, insbesondere zum Schweißen mit einer Funkenstrecke Es ist bekannt, bei z. B. in Schweißanlagen oder bei Lichtbogenöfen,, zur Zündung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens während der Nulldurchgänge des Arbeitsstromes diesem einen hochfrequentem Hilfsstrom zu überlagern. Dieser Hilfsstrom verhindert auch beim Lichtbogensch:weißen ein. Abreißen des Lichtbogens bei Vergrößerung des Elektrodenabstandes.
  • Zur Erzeugung des hochfrequenten Hilfsstromes werden, heute allgemein Funkengeneira;toren verwendet. Über einen Hilfstransformator, der die Netzspannung auf die erforderliche hohe Spannung vom, beispielsweise 2000 Volt bringt, wird eine Kapazität aufgeladen und über eine parallel geschaltete Funkenstrecke entladen., wobei im Stromkreis eiine Induktivität liegt. Derartige Funkengenierato,ren haben einen einfachen und. robusten Aufbau und sind wesentlich billiger als andere! bekannte Hochfrequenzerzeu!ger.
  • Eine besondere Eigenschaft dieser Generatoren ist es, daß sie, angefangen. von der En,tladefrequenz des Kondensators, ein Frequenzspektrum aufweisen, das in störender Weise bis weit in den Ultrakurzwellenbereich hineinreicht. Man hat daher bereits. aus diesem Frequenzgemisch eine bestimmte gewünschte Zündfrequenz dadurch herausgesiebt, daß man, den. aus Kondensator und Induktivität gebildeten, Schwingkreis auf die gewünschte: Frequenz abstimmte und die über der Grundfrequenz liegenden Frequenzen des Spektrums durch Tiefpaßfilter von der Lichtbogenstrecke ableitete.
  • Die! Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Zündgerät für Wechselstrom-Lichtbögen, insbesondere in Schweißanlagen., mit einer Funkenstrecke und, einem odei mehreren mit dieser zusammenwirkenden Kondensatoren.
  • Zur Auf ladung des Kondensators hat man allgemein Wechselstrom verwendet. Die; Erfindung besteht darin" daß zur Aufladung der Kondensatoren Gleichstrom dient, der aus dem Netz über einen Transformator und einen. Gleichrichtersatz gewonnen wird.
  • Den Aufwand für einen Gleichrichtersatz, der imstande sein muß, die hohe Spannung des Kondensators zu sperren, hat man. bisher als nicht vertretbar angesehen.. Die, Erfindung beruht auf der Erkenntnis, da,ß dieser Mehraufwand nur scheinbar auftritt. In Wirklichkeit kann durch die Verwendung von. Gleichstrom zur Aufladung des Kondensators sogar eine wesentliche Ersparnis erzielt werden. Bei Verwendung von Wechselstrom muß nämlich der Kondensator sehr hochwertig sein und einen geringen Verlustwinkel aufweisen. Es wurde vorgeschlagen, für diesen Zweck Polystyrol-Kondensatoren zu verwenden. Ladet man jedoch den Kondensator mit Gleichstrom auf, so genügen die üblichen Hochspannungskondensatoren entweder keramischer Art oder mit Papierwickel. Die dadurch erreichbare Verbilligung ist so, groß, daß der Aufwand für das Zündgerät einschließlich. des Gleichrichtersatzes kleiner ist als bisher.
  • Man erzielt außerdem noch einen weiteren wesentlichen. Vorteil: Der Gleichrichtersatz sperrt den Versorgungsstromkreis des Zündgerätes gegen die erzeugte Hochfrequenz. Für diesen Zweck mußten bisher Filtermittel vorgesehen werden, die: nunmehr wegfallen können.
  • Besondere Bedeutung hat die: Erfindung bei Hochfrequenz-Zündgeräten, bei denen der erwähnte Schwingkreis auf eine Frequenz abgestimmt wird, die im Tonfrequenzbereich., insbesondere unterhalb von 10 kHz liegt. Einei solche Zündfrequenz hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen., da. dann mit einfachsten Mitteln eine praktisch völlige Rundfunk-Störfreiheit des Gerätes erzielt werden kann:. Für die, Aufrechterhaltung des Lichtbogens ist auch die niedrige Frequenz gut geeignet.
  • Um die Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf die genannten niedrigen Frequenzen zu bringen., muß nicht nur die In,duktivität, sondern auch die Kapazität groß gewählt werden. Eine Erhöhung der Induktivität allein führt, abgesehen von den großen Kosten,, deswegen nicht zum Ziel, weil die steigende: Wicklungskapazität ein Durchkommen der Höchstfrequenz zur Schweißstelle verursachen. und. die Entstörung in, Frage stellen würde. Der Erhöhung der Kapazität andererseits ist eine Grenze dadurch gesetzt, daß während des Nulldurchganges des Arbeitsstromes etwa zwei bis drei Erstladungen des Kondensators erfolgen. Die Entladungen klingen dann in gedämpfte Schwingungen aus, wobei durch den Schwingkreis die gewünschte Zündfrequenz ausgesiebt und der Schweißstelle zugeführt wird.
  • Um nun, die Entladefrequenz von mindestens 200 bis 300 Hz zu erzielen, muß man, da die anderen Einflußgrößen (Aufladespannung und Funkenstreckenlänge) nicht völlig beliebig gewählt werden können, mit der Größe der Kapazität unterhalb, einer gewissen Grenze bleiben. Sie wird jedoch bedeutend größer ausfallen als bei den bisher üblichen Zündgeräten und kann z. B. in der Größenordnung von 0,2 J und darüber liegen. Die Ersparnis, die beim Übergang von hochwertigen Kondensatoren auf übliche Papierkondensatoren erzielt werden kann, fällt bei so großen: Kapazitätswerten und den hohen Betriebsspannungen besonders ins Gewicht.
  • Die Verwendung eins niederfrequenten Zündstromes hat neben der Möglichkeit einer wirksamen Rundfunkentstörung noch einen weiteren, grundsätzlichen Vorteil, der auf einem anderen Gebiert liegt. Der Funkengenerator kann, wenn sehn; gesamtes Frequenzspektrum dem Lichtbogen zugeführt wird und daher keine Ableitmittel vorgesehen: sind, erst dann arbeiten, wenn die Lichtbogens.trecke leitend ist. Nun ist es aber oft erwünscht, auch die erste Zündung des Lichtbogens mit dem Funkengenerator zu unterstützen. Zu diesem Zweck muß er auch im Leerlauf in Betrieb, d. h. die Funkenstrecke dauernd ionisiert sein, was mittels eines Stromweges parallel zur Lichtbogenstrecke erzielbar ist. Dieser Stromweg kann einen Kondensator enthalten, der gleichzeitig als Störschutz dient. Je größer der Kondensator, desto stärker ist der dauerndeIonisierungsstrom derFunkenstrecke, und desto elastischer ist die Zündung. Bei einem niederfrequenten Zündstrom kann nun der Kondensator als Bestandteil des Tiefpaßfilters verhältnismäßig groß sein, da. er alle Frequenzen oberhalb der Zündfrequenz ableiten soll. Es steht dann für die Leerlaufionisierung der Funkenstrecke ein Strom zur Verfügung, der praktisch das gesamte Frequenz-.spektrum des Generators mit Ausnahme der Zündfrequenz umfaßt und entsprechend hoch ist. Dieser wichtige betriebliche Vorteil kann dank der Erfindung wirtschaftlich ausgenutzt werden, da der Entladekondensator des Funkengenerators bei Gleichstrombetrieb mit geringen. Kosten, so groß gemacht werden kann, wie mit Rücksicht auf die Entladefrequenz möglich ist. Die dadurch erzielbare sehr niedrige Zündfrequenz ermöglicht eis, auch den Able'tkondensator im Tiefpaßfilter groß zu machen und läßt einen besonders großen Teil des Frequenzspektrums der Leerlaufionisation der Funkenstrecke zugute kommen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den ,in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen, die im folgenden näher beschrieben werden. sollen. Es zeigt Fig. 1 eine Schweißanlage mit einem Hochfrequenzzündgerät nach der Erfindung, Fig.2 eine Möglichkeit zur trans.formatorischen Ankopplung an den. Arbeitskreis.
  • Die Schweißeinrichtung besteht aus denn an das Wechselstromnetz 1 angeschlossenem Schweißtransformator 2, dessen Sekundärwicklung über eine Drossel 3 zur stufenlosen Einstellung des Schweißstromes und über die Schweißleitungen 4 an, die Elektrode 5 und das Werkstück 6 angeschlossen sein kann. An das Wechselstromnetz 1 ist zugleich die Primärwicklung eines Hilfstransformators 7 geschaltet, der die zum Betrieb des Zündgerätes erforderliche hohe Spannung abgibt. Diese wird in einem Gleichrichtersatz 16, der in Graetzschaltung dargestellt ist, in eine Gleichspannung umgeformt und denn Funkengenerator, bestehend aus den Kapazitäten 8, 9 und der Funkenstrecke 12, zugeführt. In Reihe mit den Kondensatoren 8, 9 und der Schweißstelle 5, 6 sind zwei Drosseln. 10, 11 geschaltet, welche mit den Kondensatoren einen, Reihenschwingkreis bilden, der auf die gewünschte Zündfrequenz unterhalb etwa. 10 kHz abgestimmt ist. Das gesamte Züiud.-gerät ist in ein geerdetes Gehäuse 15 eingebaut. Zur Trennung des ungestörten Teiles. vom gestörten Teil ist zwischen Transformator 7 und Gleichrichtersatz 16 eine Abschirmung in Form eines Hochfrequenzkamines 18 vorgesehen. Der Glenchrichtersatz 16 hat, wie bereits erwähnt"neban seiner Gleichrichterwlirkung auch. die Funktion einer Hochfrequenzsperra des Transformators 7 gegenüber dem Funkengenerator. Nur sein. Sperrwiderstand und seine Kapazität gestatten das Fließen eines. geringen Hochfrequenzstromes, der durch zwei Kondensatoren 14 am Eindringen. in das Netz gehindert werden kann.
  • Die Drosseln 10 und 11 das Schwingkreises dienen gleichzeitig als Elemente eines Tiefpaßfiltems im Zusammenwirken mit den Kondensatoren 13 und 17. Die Kondensatoren 17, die unmittelbar hinter leim Funkengenerator liegen, leiten hierbei die höheren Frequenzen des Spektrums, die Kondensatoren 13 die niedrigeren, ab. Die dadurch gebildeten Stromkreise führen, wie bereits erwähnt, dazu, daß die Funkenstrecke 12 dauernd ionisiert bleibt und eine sichere Zündung des Lichtbogens auch: bei verhältnismäßig großer Entfernung der Elektrode vom Werkstüdc möglich ist. Wie Versuche gezeigt haben, ist der vom Zündgerät aufgenommene Strom praktisch unabhängig davon, ob der Lichtbogen in: Betrieb ist oder nicht: Im ersteren Falle führen: die Kondensatoren 13 und 17 einen entsprechend geringerem; Strom als im Leerlauf der Schweißanlage.
  • Der Aufbau des Gleichrichtersatzes erfolgt zweckmäßig mit geeigneten Selengleichrichtern.. Sie müssen für die erforderliche hohe Spannung bemessen sann.
  • In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Zündgerät parallel zur Schweißstromquedle geschaltet. Hierbei fließt über die Schweißstromquelle, d. h. über den Transformator 2, ein etwas höherer Nebenstrom als bei den bisher gebräuchlichen Zündgeräten mit hoher Zündfrequenz. Es ist nun in an sich bekannter Weise möglich, durch transformatorische Ankoppluag des Hilfsstromkreises und ÜUberbrückung der Schweißs.tromquelle durch einen: Kondensator den Zündstrom von dieser fernzuhalten. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Es unterscheidet sich von dem vorher beschriebenen dadurch, daß die Induktivität des Reihenschwingungskreises nunmehr von der Primärwicklung eines Transformators 19 gebildet wird,, welche - gemäß einer Weiterbildung der Erfindung - gleichzeitig durch Kondensatoren 17 zu einem Tiefpaß ergänzt ist. Die Sekundärwicklung des Transformators ist in Reihe in den. Schweißstromkreis geschaltet und ebenfalls durch Kondensatoren 13 zu einem Tiefpaß erweitert. An die Klemmen. 20 und 23 wird der Schweißtransformator 2 angeschlossen und durch einen Kondensator 21 für die Zündfrequenz überbrückt. Die Schweißstelle liegt zwischen den Klemmen 22 und 23.
  • Die Anordnung hat neben der Abriegelung des Schweiißtransfo@rmators für die Zündfrequenz noch den Vorteil, daß mittels des Transformators 19 eine Erhöhung der Hilfsspannung erzielt werden kann:. Dies ist wichtig z. B. bei absatzweise arbeitenden automatischen Lichtbogen-Schweißanlagen mit hohem Ausstoß, wo eine sichere Zündung des Lichtbogens zur Vermeidung von Unterbrechungen im Arbeitsablauf unbedingt erforderlich ist. Die Leerla,ufspannung des Zündgerätes, die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 etwa 2 kV beträgt, kann durch den Transformator leicht verdoppelt werden. Diese Verdoppelung im Zündgerät selbst vorzunehmen, d. h. die Kondensatoren 8, 9 mit doppelter Spannung aufzuladen, ist unvorteilhaft, da einerseits der Aufwand vergrößert wird und andererseits eine sichere Beherrschung der Kriechwege im Zündgerät dann mit Schwierigkeiten verbunden ist.
  • Der Grundgedanke der Erfindung läßt selbstverständlich nach eine Reihe von anderem Anwendungsmöglichkeiten. offen. Wesentlich ist hierbei immer, daß der Funkengenerator des Zündgerätes mit gleichgerichteter Spannung gespeist wird.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Hochfrequenz-Zündgerät für Wechselstrom-Lichtbögen, insbesondere in Schweißanlagen, mit einer Funkenstrecke und einem oder mehreren mit dieser, zusammenwirkenden Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufladung der Kon,-densatoren Gleichstrom dient, der aus dem Netz über einen Transformator und einen Gleichrichtersatz gewonnen wird.
  2. 2. Zündgerät nach Anspruch 1, das mittels Reihendrosseln auf eine Hochfrequenz unterhalb von etwa, 10 kHz abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die höheren Frequenzen durch Tiefpaßfilter innerhalb des Gerätes Ableitstromwege geschaffen sind.
  3. 3. Zündgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilkapazität des Tiefpaßfilters unmittelbar hinter dem Funkengen.erator liegt.
  4. 4. Zündgerät nach Anspruch 2 und 3, wobei die Einkopplung der Hochfrequenz in den Lichtbogenkreis transfonnatorisch erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Kopplungstransformators als Reihendrossel dient und seine Primär- und Sekundärwicklung durch Kondensatoren zu je einem Tiefpaßfilter ergänzt sind.
  5. 5. Zündgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Transformator und Gleichrichtersatz eine Abschirmung in Form eines Hochfrequenzkamines. angeordnet ist.
DES48064A 1956-03-22 1956-03-22 Hochfrequenz-Zuendgeraet fuer Wechselstrom-Lichtboegen, insbesondere zum Schweissen mit einer Funkenstrecke Pending DE1011095B (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1113770B (de) * 1959-04-09 1961-09-14 Siemens Ag Gleichrichteranordnung fuer Lichtbogenschweiss- und Abschmelzanlagen
DE1254268B (de) * 1961-09-27 1967-11-16 Pulse Arc Welder Company Schaltungsanordnung fuer das Lichtbogenschweissen durch elektrische Speicherentladung
DE2307753A1 (de) * 1972-02-18 1973-08-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Bogenzuendvorrichtung fuer die schutzgasschweissung mit wolframelektroden

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DE2307753A1 (de) * 1972-02-18 1973-08-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Bogenzuendvorrichtung fuer die schutzgasschweissung mit wolframelektroden

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