DE1027822B - Schaltanordnung fuer Wechselstrom-Lichtbogen-Schutzgas-Schweissung von Aluminium mitnicht abschmelzender Elektrode und Hochspannungsstossueberlagerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur Wechselstrom-Lichtbögen-Schutzgas-Schwei'ßung von Aluminium mit nicht abschmelzender Elektrode mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochspannungsstoßes und mit einem Kondensator zwischen Elektrode und Schweißtransformator, der einen durch die Gleichrichterwirkung des Lichtbogens entstehenden Gleichstromfluß durch den Lichtbogen und durch den Schweißtransformator unterbindet.

Eine Hochspannungszündvorrichtung liefert den Schweißelektroden höhergespannte synchronisierte Stromstöße, wenn diese in kaltem Zustand in Betrieb genommen werden, wie unter anderem im britischen Patent 705 164 beschrieben ist. Bekanntlich wird beim Schutzgas-Wechselstromschweißen von Aluminium mit nicht abschmelzender Elektrode das Werkstück, vorteilhafterweise die negative Halbwelle, verwendet. Der höhergespannte Stromstoß dient beim Zünden dazu, den Lichtbogen während des positiven Wechsels aufrechtzuerhalten, wobei sein Widerstand größer ist. Durch die teilweise Gleichrichtung überlagert ein Gleichstrom den Wechselstrom und verursacht eine größere negative Amplitude.

Da während der positiven Halbwelle Oxyde zurückbewegt werden, wird in bekannter Weise ein Kondensator zwischen Elektrode und Transformator eingeschaltet. Andernfalls würde der Gleichstrom durch den Transformator fließen und die Leistung herabsetzen.

Um den Lichtbogen zu zünden, ist ein Startstoß von hoher Spannung erforderlich. Dieser Stromstoß wird automatisch ausgeschaltet und durch Strom niedrigerer Spannung ersetzt, sobald die Elektrode erwärmt ist, wobei der Lichtbogen durch beide Halbwellen gespeist wird. Wenn jedoch die Elektrode noch ungenügend erwärmt ist, wird der Lichtbogen anfänglich nur durch die positive Halbwelle auf Grund des Starterimpulses erzeugt. Ist die Elektrode kalt und sind keine Startimpulse in der negativen Halbwelle vorhanden, fließt kein Strom in dieser Halbwelle. Dadurch, daß der Strom nur in einer Richtung fließt, bis die Elektrode aufgeheizt ist, ladet sich der Kondensator auf. Diese Aufladung wird frei, sobald der Lichtbogen von der negativen HalbweMe gespeist wird, und verursacht damit einen Stromstoß im Lichtbogen. Dieser Stromstoß kann sehr nachteilig sein, wenn dünne kalibrierte Metallplatten geschweißt werden.

Die Erfindung besteht darin, daß der Kondensator durch einen Relaiskontakt überbrückt werden kann.

Zum Schweißen wird ein durch das Schweißgerät zu bildender Lichtbogen bei geschlossenem Schalter gestartet. Wenn dann der Lichtbogen durch beide Halbwellen gebildet wird, wird der Schalter geöffnet,

Schaltanordnung

für Wechselstrom-Lichtbogen-

Schutzgas-Schweißung von Aluminium mit nicht abschmelzender Elektrode

und Hochspannungsstoßüberlagerung

Anmelder:
Hivolt Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. Dr. jur. W. Böhme, Patentanwalt, Nürnberg, Frauentorgraben 73

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 26, Juli 1955 und 1. Februar 1966 '

und der Kondensator tritt in Tätigkeit. Dadurch wird die plötzliche Entladung des Kondensators vermieden, der sich andernfalls in der ersten positiven Halbwelle entladen würde.

Vorzugsweise besitzt die Schaltanordnung ein Relais, das in Abhängigkeit von einem Widerstandswechsel des Lichtbogens in der negativen Halbwelle arbeitet und den Schalter automatisch öffnet, wenn dieser Widerstand sinkt. Das Relais kann eine Relaisspule besitzen, die parallel mit einem Kondensator geschaltet ist und deren eines Ende geerdet und deren anderes Ende über einen Gleichrichter mit der Lichtbogenelektrode verbunden ist. Bevor die negative Halbwelle wirkt, ist eine ausreichende Gleichstromspannung in der Spule entwickelt, so daß das Relais anspricht und die Schalterkontakte geschlossen hält. Wenn dann die negative Halbwelle wirkt, ist die in der Spule entwickelte Spannung noch nicht genügend groß, um das Relais und dessen Schaltkontakte offen zu halten.

Dadurch, daß die Entwicklung einer hohen Ladung im Gleichstrom-Beruhigungskondensator und die daraus folgende plötzliche Entladung verhindert wird,

709 959/J59

steigt sowohl die Lebensdauer des Kondensators als auch die Schweißqualität.

Der Transformator wird normalerweise derart konstruiert, daß er eine Leerlauf spannung von über 40 bis 110 Volt, insbesondere aber von etwa 50 Volt, erreicht. Die Lichtbogenspannung beträgt etwa 15 Volt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführuogsbeispieles beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Elektrodenpotentials in Abhängigkeit von der Zeit bei kalter Elektrode,

Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 mit heißer Elektrode,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Relais in Verbindung mit einem Kondensator und der Lichtbogenelektrode, Fig. 4 eine Schaltanordnung nach der Erfindung und

gleichrichter M3 geschaltet, dessen Leitung zu einem Relais D/4 führt, dem ein Kondensator C 7 parallel geschaltet ist. Die Schaltkontakte des Relais D/4 sind mit den Bezugszeichen D1, D 2, D 3 und D 4 versehen und in einer Stellung dargestellt, in der das Relais außer Tätigkeit ist, wie auch die anderen Relaisschaltkontakte, die weiter unten beschrieben sind.

Ein. Transformator TI₁ der über einen drei Kontakte besitzenden Stecker Pl mit dem Wechselstromnetz verbunden ist, ist mit einer beide Halbwelten gleichrichtenden Röhre V1 verbunden, welche Nebenschlußkondensatoren C 4 und C 5 besitzt und über einen Widerstand R17 zu dem Relais E/l und dann über die Schaltkontakte D 2 zur Erde Verbindung hat.

Die entsprechenden Schaltkontakte E1, die in Serie mit einem Schwachstromwiderstand i?25 und einem überbrückenden Kondensator CIl verbunden sind, sind kurzgeschlossen, wenn das Relais .D/4 nnd daraufhin das Relais E/l unter Strom stehen. Die

Fig. 5 ein der Schaltanordnung nach Fig. 4 ent- 20 Schaltkontakte E1 erhalten einen starken Stromstoß,

sprechendes Sehaubild des Potentials in Abhängigkeit von der Zeit beim Zünden des Lichtbogens.

Fig. 1 zeigt eine ganze Periode, die mit einem Abschnitt 1 einer positiven Halbwellenlinie beginnt, in

der größer ist als derjenige der Schaltkontakte des Relais D/4. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, falls das von der Lichtbogenspanmung abhängige Relais D/4 mehr als den Wechselstrom ausgleichenden

welcher der Lichtbogen bei kalter Elektrode gezündet 35 Trennkondensator C15 steuert, das zusätzliche Relais wird, gefolgt von einem Abschnitt einer beständigen E/l mit Schaltkontakten von hoher Stromstärke ein-Spannung 2, z. B. von 15 Volt, die zusammen eine zusetzen.

positive Halbwelle darstellen. Daraufhin folgt die Während der Transformator T 4 normalerweise

negative Halbwelle 3 des Wechselstromes aus dem während jeder negativen Halbwelle an¹ einem offenen Schweiß'transformator. In Fig. 2 ist die positive Halb- 30 Stromkreis Hegt und daher in der negativen Halfen welle in gleicher Art wie in Fig. 1 ausgebildet, aber welle etwa auf Leerlaufspaanang kommt, wenn die der Lichtbogen wird von der negativen Halbwelle Schweißelektrode während des Gebrauches noch kalt gespeist, wobei die nunmehr heiße Elektrode eine ist, ist die Spannung dann ausreichend, um das Relais ständige Spannung Vi besitzt, z. B. 15 Volt, die auf D/4 zu betätigen; die negative Spannung ist aber Grund der Wirkung des obenerwähnten Kondensators 35 nicht mehr hierzu ausreichend, wenn der Lichtbogeß

anschließend bei heißer Elektrode durch beide Halbwelten gespeist wird. In diesem Fall ist das< Relais P/4 nicht mehr in Tätigkeit, und die Sidhaltkontakte DZ sind offen, so daß auch das Relais EjI keinen Strom erhält; dadurch sind auch die Schaltkontakte El offen·, und der Kondensator CJS tritt jn Tätigkeit, um den Gleichstromfluß durch den Transformator T 4 zu verhindern bzw. weitestgehend zu verringern.
Ferner .sind Widerstände RZl .und i?22 und eine

die gleiche ist wie in der positiven Halbwelle nach Fig. 1.

Die Differenz der Spannungen Vo und Vi dient dazu, ein Relais· in Tätigkeit zu setzen, welches im folgenden beschrieben wird.

Fig. 3 zeigt ein Werkstück 5 aus Aluminium und
eine Wolframelektrode 6, die oberhalb des Werkstückes liegt. Über einen Kondensator 7 von genügend
hoher Kapazität für einen Schweißstrom von
50 Perioden je Sekunde ist die Elektrode mit einem 45 Drosselspule CHl mit der Gleichrichterröhre Vl Schweiß transformator 8 verbunden, wobei zur Ver- über .Schartkontakte A3 und 54 mit der Anode einer einfachung der Stromstoßgenerator fortgelassen ist. Slromstoßgeneratorröhre oder 'eines Gasentladungg-Mit der Elektrode 6 ist ferner über einen Gleich- rohr.es VZ verbunden. Der Anoden&tromkreis dieser richtet-9 ein Relais 10 verbunden, das mit -einem Röhre ist über einen Str.omstoßkondensator C12, leine Kondensator 1.1 parallel geschaltet ist. Der Schalter 50 Zündspule.Γ3 und einen Kondensatoren, ferner Γ2 des Relais überbrückt den Kondensator 7. Beim über den .Schalter D 3 geschlossen, während das Re-Zünden des Lichtbogens, wenn die Bedingungen ge- lais D/4 unter Strom steht. Der Strom gelangt durch maß Fig. 1 vorhanden sind, ist erfindungsgemäß der den Widerstand RZ3 zurück /um Heizgitter. WiderSchalter 12 durch das Relais 10 geschlossen, welches stände R.19 und RZQ gleichen das Potential desGitterdurch die hohe Spannung betätigt wird, die in der 55 schirmes .aus. Die sehr hohe Spannung überbrückt negativen Halbwelle vorhanden ist. Sobald die Be- während der Arbeit über die Spüle TS die Funkenstrecke K .und erreicht somit die Elektrode .über dien Anschluß C. Um die iRöhre V3> bei jeder Wechselstramperiode des Transformators T 4 mit einer posi<60 tiv geladenen Anode der Röhre V1 über einoa Widerstand i?.12 stromführend zu machen, sind ein Relais oder .eine .Regeköhre V 2 vorgesehen. Das entsprechende Gitter dieser -Röhre ist über einen Widerstand R11 und 2?24 mit dem Transformator T4 .mod bunden, das· .hierdurch geerdet ist. VDex'Transformator- 65 die Anode über einen Kondensator ClO mit dem anschluß A "führt über .einen Kondensator C15, der Steuergitter der Röhre V3 verbunden. Zusätzlich durch e'inen Widerstand R26 überbrückt .ist, und liegt, wenn -das Relais -D/4 stromlos ist, ein Ko,n4enüber eine Drosselspule CH2, die .zu diesen in Serie ge- sator C9 über die Schaltkontakte D1 zwischen <dein schaltet ist, zur ΈΙεΙίίΓοαε C. Parallel zu der Drossel- obengenannten Gitter der Röhre V 2 und der
spule CEf 2 bzw. zum Lichtbogen C .ist ein Metall- 70 wodurch das Aufladen .dieses Gitters .verzögert ,w

dingungen nach Fig. 2 erreicht sind, ist die Spannung in der negativen Halbwelle nicht mehr ausreichend, um das Relais zu erregen. Der Schalter 12 öffnet sich dann, und der Kondensator 7 tritt in Tätigkeit.

Die Schaltanordnung gemäß Fig. 4 ist mit den Anschlüssen A, B mit -einem S'chweißtransformatorT4 verbunden, der mit dem Schweiß.gerät Iceine Einheit bildet. Der Anschluß B ist mit dem Werkstück ver-

so daß die Entladung des Kondensators C12 über die Zündspule T 3 in dem Moment erfolgt, wenn sich die Spannung des Schweißbogens auf dem Gipfelpunkt befindet. Sobald das Relais D/4 energielos ist, d. h. wenn sich die Lichtbogenelektrode genügend erhitzt hat und; der Lichtbogen während beider Halbwellen gespeist wird, öffnen sich die Schaltkontakte D 3 und schalten- den Kondensator CIl ab. Die Schaltkontakte D 4 werden geöffnet und verringern damit den Hauptstromstoß der Zündspule, während die Schaltkontakte D1 sieh öffnen und den Kondensator C 9 abschalten. In Verbindung mit der eigenen Induktanz des Schweißtransforrnators wirken die Röhren Vl und V 3 weiter, so daß die hohe Spannung, von der Röhre Vl kommend, hierdurch gezwungen wird, über die Widerstände 7523 und i?24, Drosselspule CH2 und Werkstück zu fließen. In diesem Augenblick fällt der Schweißstrom auf Null.

Die Schaltanordnung besitzt ferner einen Regulierstromkreis, der im oberen Teil der Fig. 4 sichtbar ist und welcher den Hochspannungsstromstoß erst dann einschaltet, wenn in bekannter Weise der Argonzufluß durch einen Schalter eingeschaltet wird, und welcher den Argonfluß erst dann ausschaltet, nachdem der Stromstoßfluß ausgeschaltet ist.

Der Primärspule des Transformators T1 ist ein Stromkreis überlagert, der einen willkürlich zu betätigenden Steuerschalter S2-S3 und ferner einen Doppelmetallgleichriohter Ml-M2, einen Schalter 54, ein Relais 5/4 und einen Widerstand R 6 besitzt. Der Schalter 54 liegt am Handgriff des Elektrodenhalters und ist mit dem Stromkreis über den Stecker D2 verbunden. Das Relais 5/4 betätigt den schon erwähnten Kontakt 5 4, femer die Schaltkontakte B1, B 2, B 3 α und B 3 b, die oben beschrieben sind. Parallel zur Serienschaltung des Schalters 54, des Relais B/4: und des Widerstandes R6 liegen in Serie die Schaltkontakte B1, der Widerstand R2, der veränderbare Widerstand R 3 und ein Relais A/3 mit Schaltkontakten A1,A2 und A 3.

Bevor der Schalter 54 geschlossen ist, werden die Schaltkontakte Bl geschlossen und das Relais A/3 unter Strom gesetzt, das alle Schaltkontakte öffnet. In dieser Stellung, d. h. mit den offenen Schaltkontakten, ist die Anodenleitung von der Röhre V3 zur Röhre Vl geöffnet, und es erfolgt keine Stromleitung. Wenn der Schalter 6*4 geschlossen wird, um das Schweißen zu beginnen, wird das Relais 5/4 unter Strom gesetzt, und das Schließen der Schaltkontakte B3b erlaubt es dem Wechselstrom, von der Primär·- spule des Transformators Tl über den Schalter 52- S3 zu fließen, welcher vorher geschlossen worden ist. Der Strom gelangt durch das Solenoid T2, das ein Gasventil betätigt und damit Argongas der Schweißelektrode zuführt. Zur gleichen Zeit bewirkt die Öffnung der Schaltkontakte B1. daß das Relais A/3 von der starken Stromzufuhr getrennt wird, wobei aber dieses Relais durch die zugeschalteten Kondensatoren C2 und C 3 mit Energie versorgt wird, bis diese entladen sind. Wenn dieser Zustand erreicht ist, werden die Schaltkontakte A3 geschlossen, so daß der Anodenstromkreis der Röhre V3 vervollständigt ist. Es beginnt damit die Stromstoßzuführung durch die Zündspule T 3.

Wenn der Schalter 54 am Ende einer Schweißarbeit geöffnet wird, werden auf Grund des Stromloswerdens des Relais 5/4 die Schaltkontakte 53a und geschlossen. Somit wird der Wechselstromfluß durch die Schaltkontakte A2 und durch das Solenoid T2 aufrechterhalten, während die Schaltkontakte 54 sich öffnen, so daß die Stromstoßzufuhr aufhört, während der Argongasfluß weiterhin aufrechterhalten bleibt. Das Relais A/3 steht so lange njcht unter Strom, bis daß die Kondensatoren C 2 und (73 genügend aufgeladen sind, wobei diese Verzögerung durch entsprechende Einstellung des Widerstandes R3 veränderbar ist, während die Schaltkontakte A2 sich öffnen und damit den Zufluß von Argppgas unterbrechen.

Anzeigelampen sind vorgesehen, um anzuzeigen, welche Teile der Vprrichtupg tinter Strom stellen, nämlich Ll für den Schalter 52-53, L2 für das Relais A/3, das eine Querverbindung mit der Heizspannungswindung des Transformators Tl für die Röhre VZ besitzt, L 3 für die Gasröhre T 2 und L 4 ■für die obengenannte Heizspannungswindung, d. h. für den Transformator Tl.

Der Schalter 52-53 ist für den Gebrauch von wassergekühlten Elektroden vorgesehen, wobei der Schalterteil 52 durch Wasserdruck betätigt wird, so daß der Elektrodenschalter 54 vom Strom abgeschaltet wird, wenn das Wasser nicht fließt, soweit 52-53 auf »AVasser« eingeschaltet ist.

Der Ausschalter 56 dient zum Abschalten des-Gleichstrom-Drossel-Kondensators C15, wenn dieser nicht erforderlich ist, z. B. wenn nichtrostender Stahl geschweißt wird.

Ein Zweifachschalter 55 dient im Verein mit den Widerständen R9, R14 und R16 dazu, die Schweißvoirrichtung auf verschiedene Schweißtransformatorenspannungsstufen von z. B. 40 bis 70 Volt und 70 bis 120 Volt abzustimmen.

Die Unterschiede der Spannung an der Schweißelektrode nach Fig. 4 sind in Fig. 5 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Anfangs sehr hohe Hochspannungsimpulse aus der Zündspule verursachen nachfolgend ein Maximum 13, das in einen Niederspannungslichtbogen, wie durch 2 bei jedem positiven Wechsel dargestellt ist, und in die Leerlaufspannung 3 in der negativen Halbwelle übergeht. Wenn die Elektrode heiß genug ist, so daß der Lichtbogen auch in der negativen Halbwelle gespeist wird, also im Wechsel n, schaltet ein Stromloswerden des Relais D/4 die Zündspule ab und schaltet den Stromstoßgenerator durch die Lichtbogenleitung gemäß einer in Fig. 2 dargestellten Wellenform ein.

Claims (7)

Patentansprüche·.

1. Schaltanordnung zur Wechselstrom-Lichtbogen-Schutzgas-Schweißung von Aluminium mit nicht abschmelzender Elektrode, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochspannungsstoßes und mit einem Kondensator zwischen Elektrode und Schweißtransformator, der einen durch die Gleichrichterwirkung des Lichtbogens entstehenden Gleichstromfluß durch den Lichtbogen und durch den Schweißtransformator unterbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C 15) durch einen Schaltkontakt (-El) überbrückt werden kann.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais (D/4) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von einer Widerstandsänderung der Lichtbogenstrecke in dier negativen Halbwelle wirkt, wobei über ein weiteres Relais (EIl) der Relaiskontakt (.Bl) geöffnet wird, wenn der Widerstand im negativen Wechsel nach Zündung des Lichtbogens absinkt.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (D/4) parallel zu einem Kondensator (C 7) liegt und einerseits an der Erde und andererseits über einen Gleichrichter (MS) an die Lichtbogenelektrode angeschlossen ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (D/4) zum Ansprechen mehr als 15 Volt, aber weniger als 40 Volt erfordert.

5. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit dem Relaiskontakt (El) ein Widerstand (R25) geschaltet ist, der die Entladungs-

stärke des Kondensators (C 15) begrenzt, wenn der Kontakt (E 1) geschlossen ist.

6. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R26) parallel zu dem Kondensator (C 15) geschaltet ist.

7. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, der eine Vorrichtung (T 3) zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen (13 in Fig. 3) zum Starten des Lichtbogens in kaltem Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (£>/4) auch das Ausschalten der Hochspannungsimpulse bewirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 70? 959/359 +.58