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mSchaltanordnung für Lichtbogenaohweineung0 Viele Eigenschaften von
elektriaohen lichtbögen oder Int-1 ladungen ändern sich nicht linear mit der Gröooe
des Lichtboglano», stromen, sondern treten nur auf oder machen sich bemerkbar,
WOIW der Btrom einen gewinnen Wort überschreitet* Vorliegend* Irtin- i dung befannt
sich mit einen Verfahren und einer Anordnung$ um
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solche Eigenschaften aufzuzeigen, wenn
es unmöglich" schwierig
oder unerwünneht int»idie Grönne
den liohtbogenntrone'@ oberhallk den vorerwähnten
Worten, zu haltenp", 'bzwp*,ua eine 8,t*4*ru",der Eigenooha:tten
im 0.-rotoline
wenn en mögliokp vorteilhaft, Oder:# Wünacht ist$
die', Grönet den
Uber'diedem ert
zu halten#
Übergang des geschmolzenen Blektrodenmaterials in Form eines sogenannten
geführten Sprühübergangeo aus kleinen Tröpfchen" die eine fehlerfreie Ablagerung
und eine gute Schweiesverbindung ergeben, auf das zu achweissende WerkstUck zu erzielen.
Diese Eigenachaft fällt fort, wenn die Höhe den Stromes unter einen bestimmten Wert
fällt, da dann anstelle des geschmolzenen Material das in Sprühform übertragen wird
und vom Lichtbogen als rascher Strom kleiner Tröpfchen geführt wirdg die sich weitgehend
frei von der sich verbrauchenden Elektrode auf das Werkstück zu bewegen, das Material
der geschmolzenen Elektrode einen grossen Tropfen bildet, bevor ein nennenswerter
Übergang eintrittg wobei mehrere solcher Tropfen eine grobe Ablagerung ausbilden
und infolgedessen eine schlechte Schweiosnaht ergeben. Dies ist nicht der einzige
Nachteil, da der Übergang selbst nicht durch den Lichtbogen bewirkt wird (weil der
Lichtbogen.zu de m.Übertragungsvorgang selbst nichts beiträgt)p sondern entweder
durch Einwirkung der Schwerkraft erfolgt oder dadurchp dann der Tropfi und das Werkatück
zusammenkommen. In Jedem Fall wird das WerkstÜck unterhalb der sich verbrauchenden
Elektrode angeordnet
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und dies Ist stets eine unerwünachte Einschränkung.
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Der Wert
den Möhtbogenstromenoberhalb dessen zufriede»etellende
Ochweinaverbindungen erhalten werden und unterhalb ddii46ii die erhaltenen Bohweinaverbindungen
unzureichend sind *got m:Loht
ein einziger- genauer Wert
9 da ein
Bereich von Strom-
Ein besonderes Aind«b2ntfflbeispiel eines Schweiaavorgangesq die
die oben erwähnte Erscheinung zeigt, liegt in der Verwendung einer sich verbrauchenden
Aluziniumelektrode mit einem Durchmesser von
0.15 cm, die In Argon abgeschirmt
ist und mit einem Gleichstromlichtbogen arbeitet. Für Strömt obe halb
150 Ampere wird eine gute Schweine.Verbindung erhalten# während bei ätrömen,bie
zu 14o Ampere die Schweinaverbindungen, ausreichend sind (die Elektrodenzuführgeschwindigkeit-Wird,
entsprechend verringert). Unterhalb dienen Werten und bei einer Zuführgeschwindigkeit
von etwa 3m pro Minute stellt sich-eine Diakontinuität eing bei der eine neue Beziehung
zwischen Strom und Abbrenngeschwimdigkpit der sich verbrauchenden Elektrode vorliegt
und bei der der Strom sich von etwa 14o auf loo Al apere ändert* Diese Übertragung
geht Hand in Hand mit einem ziemlich' starken Abfall in der Frequenz des Übergangen
und damit einem entsprechenden Zuwa,chs in der Übergangegrönne, wobei der.Über-'.
gang unterhalb die Diakontinuität (Unterechwellwortbereiot) in Form von vergleichsweise
grossen,Tropfen bis zu 0«6
cm Durchmeaaer entsprechend etwa
5 cm lAnge
der Aluminiunvellektrode erfolgt. Eine gewinne Verbesseti.m,ktm dadurch erzielt
Werden#, dann der Dwrftesser,der Elektrode verkleinert wird, dadurch wird jedoch
bei gegebenen Strom eine höbäre Blektrodenvor»chubgeachwindigkeit#er:torderlich.
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Da bisher krenne ströme, oierhalb den Diakontiniu#it:atpo-, gelag
aufrechterbalten,worde» eindp um den gefUhrten tpz,-UMber , -
gang
zu erzieleng war en nieht möglich, dünnen Material In zu--
friedenstellender
Weise zu schweissen, Ein weiterer Nachteil beekannter Verfahren zum Verschweissen
von dickem Material besteht darin, daso selbst oberhalb der Diakontinuität der geführte
Sprühübergang nicht immer zu annehmbaren Ergebnissen führt und auch die SchweieBnaht
nicht so genau wird, wie dies erwünscht wäre.
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Das erste Beispiel einer Lichtbogeneigenheit ist die, daß ein Sprühübergang
erzielt wird. Eine zweite Eigenheit ist das-Schneiden. Daß Schneiden eines Werkstückes
kann nur vorgenommen verdenp wenn die StromgröBee einen bestimmten Wert überschreiteti
da unterhalb dieses Wertes das Material, das durch den Lichtbogen geschmolzen wird,
in seiner Lage auf dem Werkstück verbleibt, wo es bei der Abkühlung verfestigt,
wohingegen oberhalb dieses Wertes dieses geschmolzene Material von dem Werkstück
weggeblasen wird.
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Der grundlegende Gedanke vorliegender Erfindung besteht darin, daso
der Lichtbogen zyklisch auf wenigstens zwei verschie. denen zyklisch wiederkehrenden
Pegeln betrieben wird. Der Ausdruck "zyklisch wiederkehrender Pegel" wird weiter
unten erläutert. Eine elektrische Lichtbogenanordnung gemäse der Erfindung weist
ein elektrisches Energiespeiaesystem zum Einspeisen elektrischer Energie in die
Elektroden auf (die im Falle
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des oben erwähnten Schweiesvorganges durch die sich verbrauchende
Elektrode und durch das Werkstück dargestellt sind); dieses System enthält eine
elektrische Energiequelle, die elektrische
Energie an die Elektroden
legt und eine Vorrichtung enthältj, die entweder eine Impedanz darstellt, die die
den Elektroden Zuge-
führte Energie bestimmt,oder eine zweite elektrische
Energiequelle aufweist, die zur Einspeinung von elektrischer Energie
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in die Elektroden vorgesehen ist, wobei diese Vorrichtung auf andere
Weine als durch Steuerung des Zichtbogenn zyklisch den Lichtbogen in der
Weine beeinflunst, daso er bei wenigsten* zwei verschiedenen zyklisch wiederkehrenden
Pegeln arbeitete
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Die beiden Pegelg auf die hier Bezug genommen wird, werden als unterer
oder Grundpegel und als höherer oder veretärkter Pegel bezeichnet. Wenn die Anordnung
eine Gleichstromanordnung ist, liegt der verstärkte Pegel einfach auf einem höheren
Gleichstrompegel ala-der Grundp egel und es ist keine weitere Erläuterung für diese
Aundrücke erforderlich. Wenn jedoch die Anordnung entweder vollständig oder teilweise
mit Wechselstrom arbeitetg und sowohl Grundetröme als auch verstärkte Ströme aufeo
treteng die zyklisch oder rhythmisch schwankeng dann umfaant
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der Betrieb bei mehr*als einem Pegel, daso für einen verstärkten Pegel
die Amplitude der harmonischen Grundkoinponente diesen Peg* (dehe die Grösse den
mgximalen Augenblickswertes dieser'Komponente unabhängig vom.Vorzeichen) grösser
Ist als die Amplitude der harmonischen Grundkomponente den Grundpegeln. Bei*Änorftuegeng
die teilweise mit,Wechseletron und teilweise mit Gleich-,strom arbeiten, und die
den Lichtbogem mit Wechselstrom und einer Gleichkomponente ausbilden, ist der verstärkte
Pegel die"
Giöose den Augenbliokistromese wenn,der Wechselstrom seinen
Spitzenwert
erreicht und die gleiche Polarität wie die Gleichstromkomponente
aufweist, während der Grundpegel die Grösse des Augen> blickstromes ist, wenn der
Wechselstrom seinen Spitzenwert erreicht und eine entgegengesetzte Polarität wie
die Gleichstromkomponente aufweist. Wird der Lichtbogen bei wenigstens zwei Pegeln
betrieben, wird es möglich, eine Eigenheit des Lichtbogens aufzuzeigen, ohne daso
die Grösse des Lichtbogenstromes über dem bisher erforderlich gehaltenen Wert gehalten
wird, solange der verstärkto Pegel höher ist als dieser Wert, während der Grundpegel
niedriger sein kann als dieser Wert. Es ist deshalb eine Energieersparnis möglich,
da geringere mittlere Ströme eingespeist werden können* Ein weiterer Vorteil besteht
darin, dass das Aufbringen des verstärkten Pegele eine Steuerung über die Zeit ergibt#
zu der diese Eigenheit auftritt. Dieser zweite Vorteil kann unabhängig vom ersten
erhalten werden, da der Grundpegel über dem erwähnten Wert gehalten werden kann
und der erhöhte Pegel dann einfach die Zeit des Auftretens der Eigenheit, die von
Interesse ist, steuert.
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Die beiden vorerwähnten Vorteile sind von besonderer Bedeutung für
die Lichtbogenschweissung mit einer sich aufbrauchen. den Elektrode.
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Damit kann erstens der minimale Betriebsstrom, d.h. der Grundpegel
bis unter den mittleren Strom entsprechend der mitt-'
leren Abbrandgeschwindigkeit
für die gewünschte Elektrodenvorschubgeschwindigkeit, die unterhalb des normalen
Diskontinu tätopegels liegtp gese nkt werden, wähyend der erhöhte Pegel oberhalb
dieses mittleren Stromwertes und oberhalb des Diakontinuitätepegels liegt, aodaso
der Grundpegel einfach das ElektrodenmaterjA langsam abschmilzt und einen groseen
Tropfen erzeugtp der erhöhte Pegel jedoch in der Weise wirkt, daso ein Sprühübergang
des geschmolzenen Materials in Form von kleinen Tröpfchen erfolgt, bevor das Material
unter dem Einfluas der Schwerkraft abfällt. Der erhöhte Pegel kann etwas zum Schmelzvorgang
beitragen und in ähnlicherweise kann der Grundpegel unter bestimmten Umständen den
Übergang beeinflussen, im Prinzip jedoch soll das Schmelzen vollständig durch den
Grundpegel und der Übergang vollst,#indig durch den erhöhten Pegel bewirkt werden.
Die Frequenz des Übergangeo steht damit direkt in Beziehung zur FrequAnz des Auftretena
der erhöhten Pegel, während der mittlere Wert des übertragenen naterials durch diese
Frequenz und die Abbrandgeschwindigkeit bestimmt ist. Der mittlere Strom bzw. die
mittlere Energie, die für den Schweiesvorgang erforderlich istg wird damit verringert,
sodass der Schweissvorgang nun in einem weiteren Bereich von Strom- und Energiewerten
als bisher durchgeführt werden kann. Diese Verringerung des Stromes bzw. der Energie
lässt das Schweis sen dünnerer Materiaben zu, als dies bisher möglich war, ferner
können die Blektrodenvorschubgeschwindigkeiten und die Quergeschwindigkeiten verringert
werden. So kann z.B. der mittlere Pegel (d.h."der Mittelwert zwischen erhöhtem und
Grundpegel) für Aluminiumelektroden mit 0.15 cm Durchmesser nur loo Ampere
betragen,
er kann unter Umständen sogar bis 50 Ampere für
diese Grösse und auf einen nochkleineren Wert für dünnere Elektroden gesenkt werdeng
wobei der erforderliche erhöhte Pegel für den Übergang natürlich wesentlich höher
ist als dieser mittlere Pegel und der Grundpegel.
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Zweitens ist dadurch, dass die erhöhten Pegel für den Elektrodenmaterialübergang
verantwortlich sind, eine bessere Steuerung des Überganges möglich als bisher und
es läset sich praktisch ein gleichmässiger und vielfacher Übergang ohne Schte-
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rigkeit erzielen, indem der erhöhte Peggl zyklisch und mehrfach zugeführt
wird. Dieser besondere Vorteil kann auch erhalten werden# wenn der Grundpegel über
dem Diakontinuitätspegel liegt, eine Bedingung, bei der der geführte Sprühübergang
sogar bei fehlendem erhöhten Pegel auftritt, aber nicht notwendigerweise so gleichmässig
oder vielfach wie gewünscht. Mit einem Gleichstrom oberhalb des Diekontinuitätspegels
kann der Übergang bei verhältnismässig niedriger Geschwindigkeit von unter 5o pro
Sekunde vorgenommen werdeng dieser Wert kann jedoch auf 5o mal
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pro Sekunde erhöht werden, indem das elektrische Netz dazu verwendet
wird, dass ein erhöhter Pegel bei dieser Frequenz vorhanden ist. Der Übergang wird
hauptsächlich durch den erhöhten Pegel bewirkt, gleichgültig ob der Grundpegel oberhalb
des Diskontinuitätpegels liegt oder nicht; der Grundpegel hält einen Lichtbogen
zwischen der sich verbrauchenden Elektrode und dem Werkstück aufrecht und schmilzt
die Elektrode und der zykliod wiederkehrende erhöhte Pegel überträgt das geschmolzene
Material
auf das zu schweissende Werkstücke Eine Lichtbogenschweinfjanordnungg
die auf diene Weine arbeitet, arbeitet mit einem sogenannten sich selbst regabden
Lichtbogeng deh. dann ein Vorschubmechanismue für die sich verbrauchende Elektrode
vorgesehen wirdp.um letztere gegen das Werkstück mit einer voreingestellten oder
normalerweise konstanten Geschwindigkeit zu verschieben, während die Elektrode von
dem lichtbogen abgebrannt wird# aodaso eine konstante Lichtbogenlänge aufree, hterhalten
wird. Der Vorschubmechaniamus kann jedoch auch durch die lichtbogenopannung, z.B.
über einen Servomechanismus gesteuert werden, sodann eine Erhöhung derlmittleren
Lichtbogenspannung über den Gleichgewichtswert hinaus zu einer Erhöhung der mittleren
Zuführgeschwindigkeit der Elektrode führtg sodase das Gleichgewicht wieder hergestellt
wirdv Wie dies beim selbsttätigen oder gesteuerten Lichtbogenschweissen der Fall
ist. Ferner kann die Elektrode einen dünnen Waschüberzug mit oder ohne besondere
Gasabschirmung aufweisen, oder es kann ein Flusamittel zugeführt werden, oder aber
die Elektrode kann mit einem dickeren 1 Flusaüberzug in ähnlicher Weine wie
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bei Metall-Lichtbogenelektroden versehen werden. Die Erfindung hat
inabevondere Bedeutung bei der Verringerung des Stromes und der Abbrandgeschwindigkeit
bei Schweiesvorgängen, wo die normale Stromdichte in der sich verbrauchenden Elektrode
verhältnismäßig. grops Ist, z.B. 8000 Ampere/cm 2 (50-Ooo Ampere pro Quadrat-Ineh)
und/oder die Geschwindigkeit des Abbrandes der Elektrode normalerweise gröaner als
2,5 m pro Minute ist.
Eine Anordnung gemäss der Erfindung
kann jedoch für andere Zwecke verwendet werden, z.B. zum Schneiden, zur Beleuchtung
oder zur-Beheizung, wo es erwünscht ist, bestimmte Eigenschaften des Lichtbogens
zu erhalten, ohne dass der Lichtbogenstrom'auf einem einzigen Pegel gehalten werden
muss, wie dies erforderlich ist, um die Eigenschaft, die von Interesse ist, herauszustellen.
Indem der Lichtbogen bei zwei oder mehr Pesreln arbeitet, kann man eine Mischung
von Lichtbogeneigenschaften erzielen, die normalerweise den verschiedenen Pegeln
zugeordnet sind. Bei einer Anordnung für die oben erwähnten Zwecke ist es nicht
erforderlich, daBs eine der beiden Elektroden sich ver-#braucht, und der Lichtbogen
kann in einer inerten oder nicht inerten Gasatmosphäre, z.B. Luft, entweder bei
Atmosphärendruck oder einem anderen Druck arbeiten. Die Erfindung kann auch für
ßQh,ne_idzwecke angewendet werden, wobei der Grundpegei ein Schmel. zen bewirkt
und der erhöhte Pegel das geschmolzene Material vom Werkstück wegbläst,- das dadurch
geschnitten wird.
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Es sind zahlreiche verschiedene Abänderungen für einen Arbeit-szyklus
möglich. Beispielsweise kann der GrundDegel ein einfacher einusförmiger Strom sein,
der nur einen Teil der Periode des Systems arbeitet, während der erhöhte Pegel ein
weiterer einfacher Sinusetrom sein kann, der eine grössere x#ILmplitude aufweist
und der nur im übrigen Teil der Periode arbeitet. In einem zweiten BeisDiel kann
der Grundpegel wieder ein einfacher sinusförmiger Strom sein, dieser Strom wird
aber die ganze Per-Lode über zugeführt, während zu einer bestimmten Zeit
oder
tu bestimmten Zeiten während dieser Periode der erhöhte Pegel z.B. in Form von Impulsen
zugeführt wird, die in. ihrer Grösse die Amplitude des Grundpegels übersteigen und
einmal, weniger als einmal oder öfter als einmal in jeder Halbperlode zugeführt
werden. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel'kann der Grundpegel ein Gleichstrompegel
sein und der erhöhte Pegel ein Wechselstrom, der intermittierend und zyklisch aufgegeben
wird. Es ist auch möglich, den Grundpegel als Wechselstrompegel und den erhöhten
Pegel als Gleichstrompegel vorzusehen, der intermittierend und zyklisch aufgegeben
wird. Der Lichtbogenstrom in einer beliebigen Periode kann ein Schema aufweisen,
das aus einem oder mehreren konstanten oder Gleichstromgrundpegeln und einem oder
mehreren konstanten erhöhten Gleichstrompegeln mit einem raschen Übergang zwischen
den , besteht
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beiden Pegeln ae4" sodass eine rechteckförmige Wellenform entsteht,
die einige Störstellen im Vergleich zur reinen geometrischen rechteckförmigen Wellenform
aufweist. Diese StörBtellen müssen aber nicht unbedingt vorhanden sein. Eine weitere
Möglich keit besteht darin, dass der Grundpegel ein Gleichstrompegel ist, während
der erhöhte Pegel durch eine dreieckförmige Wellenform erzeugt wird, die am oberen
Teil des Gleichstrompege13 überlagert wird; diese Wellenform besitzt entweder rasche
oder verhältnismässig langsame Anstiegs-*oder Abfallgeschwindigkeiten mit oder ohne
verhältnismässig flacher Spitze. Anstelle der dreieckförmigen V.lellenform kann
eine einzelne Halbperiode einer Sinuswelle entweder mit oder ohne flacher Spitze
der Spitze des
Gleichatrompegels überlagert sein.
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Die Anordnung gemäse der Erfindung soll nicht durch Hilfaeinrichtungen
zur Stabilisierung oder Wiederzündung des Lichtbogens unübersichtlich gemacht werden.
Solche Hilfseinrichtungen sind in zwei verschiedenen.Arten vorhanden. Die erste
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Art stellt eine Hochspannungs-Hochfrequenz-Funkenzuführung in den
Spalt zwischen den Elektroden dar, die Vorrichtung selbst jedoch führt den Elektroden
keine Speiseenergie zug sondern wirkt in der Weise, daos der Spalt überschlägt,
wodumh Energie den
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zugef Uhrt wird ,
Blektroden durch eine andere elektrische Energiequelle
oufä)ke:b 9
die einen Lichtbogen erzeugt oder ihn aufrechterhält. Die zweite
Art der Hilfsvorrichtungen stellt eine gleichgerichtete Spannunge stoaazufÜhr dar,
wie sie beispielsweise in der britischen Patentschrift 7o5 164 beschrieben ist.
Eine solche Vorrichtung zum Zuführen eines Spannungsstosseo ist so geschaltet, daso
nie den Blektroden Energie zuführt. Die Vorrichtung wirkt in zyklischer Weise, sie
macht dies vollständig unter Steuerung des Lichtbogens und gibt einen extrem kurzen
Spannungsstoso in jeder abwechselnden Halbwelle der Lichtbogenwechoelepannungg wodurch
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der Lichtbogen aufrechterhalten wird und die gleichrichtenden Nigenschaften
des Lichtbogens nicht zur Wirkung kommen. Dies steht im Gegensatz zu einer Anordnung
gemäse der Erfindung, bei der die Vorrichtung unabhängig vomi lichtbogen arbeitet
und bei der deshalb die unterschiedlichen zyklisch wiederkehrenden Pegel nicht mit
der gleichen Geschwindigkeit wie der Wechselstrom des Li chtbegens selbst wiederholt
werden müssen. Es kann allgemein
gesagt werden, dass die
Entfernung des erhöhten Pegels kein Löschen des.Lightbogens bewirkt, da er lediglich
aufgrund des Grundpegels aufrechterhalten werden kann, obwohl, wie bereite früher
ausgeführt, ein derartiger Lichtbogen nicht besonders wirksam für bestimmte Zwecke,
z.B. zur Erzielung des geführten Sprühüberganges ist. Bei bekannten Anordnun-gen
hingegen bewirkt die Abschaltung der Spannungsetoeszuführ, dase der Lichtbogen entweder
sofort oder nach einer bestimmten Anzahl von Perioden erlischt. Ein weiterer wesentlicher
Unterschied zu Spannungestoaazuführvorrichtungen liegt darin, daso letzere einen
extrem kurzen Spannungestoas liefern, während dagegen die erfindungegemässe Anordnung
vorzugsweise in einem solchen Zyklus arb eitet, daso der erhöhte Pegel über-eine
relativ lange Zeit, z.B. in der Grössenordnung von einer Milliaekunde und darüber
aufrechterhalten wird. Der erhöhte Pegel kann zyklisch auf jede gewünschte Weise
wiederholt werden und kann z.B. 5 bis 5oo Mal-in der Sekunde zugeführt werden.
Die ausgewählte Frequenz kann z.B. ein vielfaches oder ein geteiltes vielfaches
der Frequenz des Netzes sein, wobei das letzere die erste elektrische Energiequelle
zum Zuführen des Grundpegeln darstelltg während der erhöhte Pegel entweder verschiedene
Male für jede Periode des Netzes zugeführt wird, sodase die Periode des Netzes und
des Systems die gleiche sind oder##,-dass der erhöhte Pegel'nur einmal für verschiedene*
Perioden des Netzes zugeführt wirdi aodaso diese versc4iedemen Perioden eine Periode
des Systems darstellen.
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Bin weiterep unterechqidenden Merkmal gegenUber,Vorrichtungen
mit
Spannungsstosszufuhr besteht da-rin, daso der #iittelwert des erhöhten Pegels relativ
gross ist, z.B. höher als 5%
des mittleren ötromes des Ürundpegels (für )'iechselstro.-.lichtbögen
sind die mittleren angesetzten 'Nerte die mittleren gleichgerichteten 'Zierte).
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Der erhöhte Strom steuert den Übergang von der Liaterialelektrode,
wie dies beschrieben wurde, es ist jedoch für eine Gesamtbeziehung zwischen mittlerem
Ausgang, Strom und ',-,nannung erforderlich, da7'tden Anforderungen für ein Gleichgewicht
in Bezug auf die sich verbrauchende Elektrode genügt wird. 'Jenn somit die Elektrode
mit einer konstanten oder voreingestellten Geschwindigkeit zugeführt wird, soll
die Energiequelle eine Konstantspannungsquelle sein, sodass nnderungen in der Lichtbogenlänge,(entsprechend
den Änderungen im Lichtbogenwiderstand) Kompensationsänderungb* im mittleren Strom
ergeben. Wenn andererseits die Energieeinspeisung eine wesentlich höhere effektive
Leerlaufspannung im Vergleich zu der Lichtbogenspannung darstellt, nähert sich die
Einspeisung der Konstantstromart (ebenso wie die Impulawellenform) und der Elektrodenvorschub
ist so eingestellt, dase er der nbbrandgeschwindigkeit entspricht. Dieses letzere
wi..d üblicherweise durch ein einfaches Servo-U-Ptem erreicht, das in Abhängigkeit
von der Lichtbogenspannung arbeitet (die Lichtbogenlänge anzeigt).
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Wie bereits erwähnt kann die Vorrichtung zum zyklischen Verändern
des Lichtbogenstromes in einer elektrischen Lichtbogenanordnung
entweder
eine zweite elektrische Energiequelle aufweiseng die elektrische Energie in die
Elektroden einspeist, ouer sie kann eine Impedanz darstelleng die die den Elektroden
zugeführte Energie bestimmt. In jedem Fall kann der zyklische Betrieb aufgrund einer
zyklisch arbeitenden Schaltvorrichtung erfolgen (die entweder eine mechanische Schaltvorrichtung
oder eine Elektronenröhre oder eine Halbleiterschaltvorrichtungg zu B. eine Transistorschaltvorrichtung
sein kann), oder er kann durch die Art der Vorrichtung selbet entstehen. Z.B. kann
die binrichtung die Form einer zweiten Energiequelle annehmeng die eine Wechsel-
oder Impuleenergi,equelle ist, oder aber die Einrichtung kann eine Impedanz darstellen,
die in Form eines Gleichrichters oder einer Gleichrichterschaltung vorliegt, welehe
zyklisch arbeitet, indem 'Strom in einer Richtung, jedoch nicht in der anderen geleitet
wird.
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Nachstehend wird anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung in
Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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Fig. 1 eine Lichtbogenschweissanordnung mit einer einzelnen
Wechselstrom- oder Gleichstromenergiequelleg
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Fig. 2 eine Lichtbogenschweissanordnung ähnlich der nach Fig.
19 bei der die Energiequelle Wechselstrom in Parallelkreise über eine Vollweg-Gleichrichterbrücke
und einen einzelnen Phaaengleichrichter einopeiatt
Pig.
3 eine Lichtbogenochweissanordnung mit zwei Wechselstrom- oder Gleichstromenergiequellen,
die parallel zu den Lichtbogenelektroden liegen,
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Fig. 4 eine Anordnung ähnlich der nach Fig. 19 bei der die
Bekundärwicklung eines Transformators-die zweite Energiequelle bildetg
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Pig- 5 eine Anordnung ähnlich der nach den Pig. 3 und
4, bei der die Impedanz in der Parallelschaltung zur zyklischen Veränderung des
LichtbogenstromeB nicht linear Ist,-
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Ifig. 6 eine abgeänderte Lichtbogenschweineanordnung mit einem
Kondensator als zweiter Energiequelleg
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lFig. 7 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäanen
Anordnung alt zwei in Reihe geschalteten Energie-' quellen,
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Fig. 8 eine Anordnung gemäse der Erfindung mit drei Energiequelleng
wobei der Liohtbogen auf drei verschiedenen zyklisch wiederkehrenden Pegeln arbeitet,
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IFJ-g. 9 eine Anordnung-ähnlibh der nach Fig. 7, die
jedoch insbesondere für den gesteuerten Lichtbogenbetrieb bei einer sich verbrauchenden
Elektrode geeignet ist#
Pig. 10 eine abgeänderte Ausführungeform
der Anordnung nach ?lg. 9 mit einer Einrichtung, die den Verschub der sich
verbrauchenden Elektrode gegenüber dem er-
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höhten Strompegel eteuertv-
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Fig. 11 eine Anordnung ähnlich der nach Pig. 3 mit einer Anlaso-Schaltungg,
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Fig. 12 abgeänderte Ausführungaformen mit gesteuerten Bi-und
13
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liziumgleichrlohternt und
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Fig. 14 eine Anordnung, bei der eine mehrphaeige Einspeiaund
die zweite Energiequelle bildet,
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In der lichtbogenanordnung nach Ylg. 1 ist eine einzelne Energiequelle
IP, in Reihe mit einer Impedanz Z, geschaltett, Energiequelle und Impedanz
sind dabei über die beiden Elektroden 1 und 2 verbunden" die fUr den
Fallg dase die Einrichtung zur Lichtbogenachweiaaung verwendet wird, eine sich verbrauchende
Elektrode und das Werkstüok eindo Parallel zur Impedanz Z,
liegt eine zweite
Impetanz Z 2 in Reihe mit einer Schaltverrichtung 0, die die Impedanz
3 2# zyklisch in den Streiäreiae einschaltet und die Ueaaatimpedann
verringert, die den durch .den liohtbogen fl-tennenden Strom entgegengesetzt wird»
und dämit -den Pegel erb»lit#, bei den der'Uohtbogen arbeitet.
Zu di, eiem Beispiel tet die. Blektr.ode ein-.Almüniuadraht von
cm
Durchgesserg der mit einem Vorschub von 2,5 m
pro Minute zugeführt wird. Der Grundstrompegel liegt auf etwa 5o Ampere, währeit
der erhöhte Strompegel in der Grössenordnung von 2co Ampere liegt und etwa
8 Millisekunden lang bei jeder Betätigung der Behaltvorrichtung C gehalten
wird, wobei die Periode etwa
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5o mal pro Sek. wiederholt wird.
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Die gestrichelte Linie 3 in Fig. 1 soll anzeigen, daß
in einer Lichtbogenschweissanordnung mit einer sich verbrauchenden Elektrode
1 diese Elektrode entweder zur Erzeugung eines sich selbst einstellenden
Libhtbogens mit einer voreingestellten Blektrodenzuführgeochwindigkeit oder als
sogenannter geregelter lAchtbogen betrieben wird, bei dem die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit
eine veränderliche Grösse ist, die durch einen Bervomotor geregelt wird, der auf
die Lichtbogenspannung anapricht. Für den letzteren Fall ist eine etwa konstante
Stromeinapeiaung bei j6dem Pegel erwünscht, sodaBs die Arbeitsströme durch Änderungen
in der Lichtbogenspannung oder in der Lichtbogenlänge nicht stark beeinflusot werden.
Dies wird einfach dadurch erreichtt daso die Leerlaufspannung oder die effektive
lieerlaufopannung der Energiequelle P 1 wesentlich grösser'als die Spannung
des lichtbogens gemacht wird, z.B. drei Mal so grose wie die Lichtbogenapannung
oder 5o V über-,der Lichtbogenopannunge Die effektive leerlaufspannung der Energiequelle
Pl
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eint als der Spannungeabschnitt definierty der durch eine gerade Zinte
gegeben ist, die durch den Spannungs/Strom-Arbeitspunkt tUhrt und weist die gleiche
Neigung,auf wie die Ausgangscharakteristik
der Energiequelle P
1 an dieser Stelle. Andererseits ist es für den Betrieb mit sich selbst einstellendem
lichtbogen erwünscht, daas die Leerlaufspannung oder die effektive' Leerlaufspannung
der Energiequelle P 1 niedrig ist und nicht viel grösser als die des Lichtbogens
(vgl. britische Patentschr-iften 767 688 und 767 689). Dieser Zustand
führt im wesent-' lichen zu der*Periode erhöhten Stromes, wo für eine günstige Selbsteinstellung
die gesamte Schaltungaimpedanz im Vergleich zum Lichtbogen klein sein soll# sodaes
der Lichtbogen der überwiegende Faktor bei delr Steuerung des Schaltkreisstromeo
ist.. Ein Verfahren der Betriebeweise besteht darin, eine Energiequelle konstanter
Spannung zu verwendeng die eine vernachläseigbare Begrenzungeimpedanz (d.ho Z und
Z stellen eine geringe
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1 2
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darstellte Gesamtimpedanz dar) für die.Periode erhöhten Stromes *V,-qeeb-
i w@nA@- damit eine Anordnung zur SelbsteinBtellung erzielt wird,'" und die Stromkröioimpedenz
zu erhöhen (wenn Z 2 durch die
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Schaltvorrichtung ausgeschaltet ist), damit die Grundatromperiode
erreicht wird, wobei bei entsprechend niedriger Abbrandgeschwin'di,gkeit eine rasche
Selbsteinstellung weniger von Bedeutung # IOt.
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In dem,angegebenen Beispiel kann die Eurgieqüelle pi eine Gleichstro-mqelle
sein und die Impedanzön können dann Im wesentlichen oh:misch sein,-obwohl für Zwecke
der Verbe.seerung der Lichtbogenetabilität eine bestimmte Stromkreiainduktivität
zweckmäszig eingeführt. wird# Inabesondere wenn die Leerlaufspannung niedrig isto,
Andererseits jedoch kann die Bnergiequel16-
P eine Wechseletromquelle
sein, bei der die Impedanzen üblicher* weiseim wesentlichen Blindkomponenten aufweisen.
In diesem
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#Fall ist es zweckmäEiaig,9 daso die Schaltvorrichtung 0 den
ßtrom durch die Impedanz Z 2 in der Nähe oder im Nullpunkt der Stromperiode unterbricht.
Die Schaltvorrichtung C kann eine mechanische Vorrichtung mit einer oder mehreren
Unterbrechungen in Reihe sein oder aber sie kann eine elektrische oder elektronische
Einrichtung, z.B. eine Hochvakuum-Schaltvorrichtungg eine steuerbare Gasentladungßvorrichtung
oder ein Halbleiter entsprechend dem jeweiligen Anwendungefall sein. Die Schaltvorrichtung
0 kann mit einem ganzen vielfachen oder einem teilvielfachen der Frequenz
der Energieeinspeisung P betrieben werden oder aber in der Nähe dieser Frequenzp
was dann der Fall istg wenn die Schaltvorrichtung die Form eines rotierenden mechanischen
KÖMutators aufweinty der von einem Induktionsmotor angetrieben wirdi welcher seinerseits
von der ftergiequelle gespeist wird.
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Um die Lichtbogenstabilität und insbesondere das Wiederzünden mit
Wechseletromeinspeiaung zu unterstützen, können bekannte Hilfsvorrichtungen, wie
z.B. HochspannungB-Hochfrequenz-Zündvorrichtungen oder Vorrichtungen zur Spannungsstoaazufuhr
verwendet werden, je nach der Anforderung der verwendeteng sich ,aufbrauchenden
Elektrode.
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In Abänderung der Anordnung nach Fig. 1 kann eine Impedanz
parallel zur ersten Energiequelle an die Elektroden gelegt
werden
und eine zyklisch arbeitende Schaltvorriehtung Ist In,
Reihe mit der
Impedanz oder parallel mit einen Tell'davon ge-#' achaltet, um den Otron zyklineh
zu vergrönnern.
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In der Anordnung nach Ylg. 2 Ist die erste Emergiequelle P,
eine Veohnelstrometnergiequelleg die mit der ersten Blektrode 1 über einen
Gleichrlohter 4 verbunden Ist, der eine'
Impedanz darstellt. Eine Doppelbrftokangleichrichterschaltung
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5 bildet eine zwelte Impedan und wird von der ernten Enerätequelle
r, gespeist) sie ist no geschaltetg dann sie gleichgerichteten Strom In die
Elektroden 1 und 2 einfUhrt. Die Wechneletromquelle P, kann belepielsweine
die Sekundär-
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wioklung einen Transformators sein., bei der ein Ende Uber den Gleichrlohter
4 geschaltet und eine Impedanz Z 2 mit der ersten Elektrode
1 verbunden Ist.
Den andere Ende der
Wick-
lung darf nicht direkt an das Werkatück angeschlossen
sein# sondern Uber einen der vier Gleiobr:Lohter der Doppelbrffcken-Gleichrlohtersohaltung
5. Bei einer derartigen Anord,
9 wird der Lichtbogen an abwechselnden
Perioden mit Impuleen vorgenehent
die dann#
wenn Z2 ausreichend kleia'wirdp
einen erböhten Pegel am"en. Ka Doppelbzgeken--Gleichrichtern"altmg ergibt einen
Jkuog«& auf jeder Ulbperlode der Woohaeletrom. quelleg dieser gle:tobgerlohtete
A»Saffl wird d« Metäbfflm' über
- eine Impedam
31 zugetUhrte
die mo groen gmaoh# werden
den leitet; dies dient dazu, daso der lichtbogen sicher
In
zyklischer Weise auf zwei verschiedenen Pegeln arbeitet.
-
Fig. 3 zeigt eine Schaltung gemäse der Erfindung mit einer
zweiten Energiequelle P2, die so geschaltet Ist, dann sie zyklisch
aufgrund einer zyklisch betätigten Schaltvorrichtung C arbeitet, die so angeordnet
ist, dann sie diezweite Erergiequelle mit den Elektroden 1 und 2 verbindet
und von Ihnen trennt, sodann der Lichtbügen abwechBelnd von beiden Quel-len
und nur von der ersten Q#uelle gespeist wird. Jede Energiequelle kann eine Gleichstrom-
oder Wechselstromquelle oder eine Kombination von beiden sein und jede kann In Reihe
mit der eigenen Impedanz Z und Z2 an die sich verbrauchende Elektrode
1
angeschaltet werden. Wie durch die gestrichelte Linie 3 dargestelltg
kann die-Elektrode 1 nach vorne verschoben werden, sodann ein gesteuerter
Lichtbogen oder ein sich selbst einstellender Idchtbogen erhalten wirdv und es kann
eine Igilfavorrichtung zur Stabilisierung oder zum Wiederzünden des Mchtbogens vorgesehen
nein, wenn dien erwUnacht Ist. Für die Stromkreintelle der 71g, 3 sind bei
einen sich selbst einstellenden Mehtbogen zweckmännige Worte, z.B. für die erste
Energiequelle 35 Y Gleiel epannung und die erste Impedann Z, 0.3 Obar
aodann ein Grund-Ntrox von etwa 50 Ampere entsteht. Die zweite Energlequelle
T 2
k«i dan einen Ausgang von 35 Y Wechnelepannung und die zweite j»pedann
32 eine Grönne von 0.1 Oh* aufweineng nodamm ein erb#b-ter
Ilohtbogenstron von etwa 2oo Ampere en-toteht. PUr den geetmerten Betrieb
k»n»n die Spannungsaus~ der ermten und
zweiten Energiequellen
P 1 und P 2 auf etwa loo V Gleichspannung und Wechselspannung erhöht werden
und die Werte für die Impedanzen werden ebenfalls vergrössert.
-
Die erste Energiequelle braucht nicht dauernd mit den beiden Elektroden
verbunden zu seing wie in dem vorerwähnten Beispiel.angegebeng da die zyklisch betätigte
Schaltvorrichtung so geschaltet sein kann" daes sie die beiden Energiequellen nacheinander
an die Elektrode legt, sodaoB nur eine Energiequelle gleichzeitig den Lichtbogen
speist. In einem weiteren Ausführungsb#Ispiel einer Anordnung gemäas der Erfindung
nach Fig. 4 ist eine zweite Wicklung eines Transformatorsp der eine zweite Energiequelle
P 2 bildet, parallel zu der ersten Energiequelle P parallel zu den Elektroden
1 und 2 geschaltet und arbeitet-zyklisch, da sie eine Wechselstrom-oder Impulsen-ergiequelle
ist'## , Die erste Energiequelle P 1 ist eine Gleichstromquellep die
über eine Impedanz Zi an die Elektroden gelegt wirdv die Impedan-z Z besteht dabei
aus einem Steuerwiderstand-und einer Stabilisierreaktanzo Diese erste Energiequelle'-P
l' ergibt den,Grundstrom, während der erhöhte Strom durch eine Wechseletromquelle
P dargestellt wird, die über
-
2 einen Gleichrichter 4 und eine Impedünz Z 2 an die Elektroden
1 und 2 par.allel.zu der eraten#Quelle, P 1 und deren , Impedanz
Z, gelegt ist. Bei einer#Aerartigen Anordnung flieset. Strom von der Wicklung P
1 nur-danng wenn die Wechsel-ZU die der Lichtbogenspannung übersteigti und
dies tritt bei der Frequenz der Energie, die der Primärwicklung zugeführt wirdp
ein*
Bei einer zyklischen Wiederholung vom zweifachen dieser Frequenz.kann
ein Vollweg- oder Brückengleichrichter verwendet werdeng für ein Teilvielfaches
dieser Frequenz wird eine Schalt-
-
vorrichtung in Reihe mit dem Gleichrichter verwendet. Dies hat den
Vorteil, daso die Schaltvorrichtung so ausgelegt sein kann, dase sie nur dann öffnet,
wenn keine Last vorhanden ist, d.h. nachdem der Strom durch die gleichrichtende
Wirkung zu flieseen aufgehört hat. Andererseits kann eine gesteuerte Gleichrichter-
-
Z 1 3
vorrichtung, wie ein Silizium-gesteuerter Gleichrichter,
verwendet werden und anstelle einer solchen Schaltvorrichtung und Gleichrichterkombination
ausgelöst werden. Im Betrieb mit einem sich selbst einstellenden Lichtbogen soll
der Stromkreis, der den Gleichrichtee aufweistg eine geringe Imped anz besitzen
und der Spitzenwert der Wechsel- M soll um einige Volt die Span-nung am Lichtbogen
übersteigeng die durch den Grundetrom der ersten Quelle entsteht. Andererseits kann
zur genaueren Steuerung des erhöhten Stromes eine grössere Wechsel-ENK und Steuerimpedanz,
die hauptsächlich ohmisch sein kann, verwendet werden; falle erwünscht, kann die
sich verbrauchende Elektrode als eine gesteuerte Lichtbogenanordnung betätigt werden.
-
Bei dem eben'besehriebenen System ist die Dauer des erhöhten Stromes
geringer als eine Halbperiode, was besonders wichtig ist, wenn der Spitzenwert der
Wechsel-ENK nur eben die lichtbogenspannung um einige Volt übersteigt. U1R erhöhte
Stromdauern zu erhalten, die grösser sind als dieser Wert und.in benonderen grösser
als eine Halbperiode, kann die Wechselstromquelle
durch eine zusätzliche
Gleiohntromquelle vorgespannt werden, die in.Reihe liegt und gegenüber dem Mehtbogen
im, gleichen Sinne wirkt wie die ernte Gleichatromquelle. Diese zweite Gleichstromquel.',o
kann einen Teil der ersten Gleichstrom-
-
quelle bilden oder mit dieser kombiniert sein.
-
Nach einer anderen Ausführungeform ist die erste Energiequelle eine
Wochseletromqj%,«lle, sodann der lichtbogen in Ab-
-
, WC##
-
hängigkeit von einem Wechselgrunäpegel mit periodisch sich erhöhenden
Strompegeln arbeitet, wenn die zweite Wechselstromquelle angeschaltet wird.
-
Die Impedanzen, auf die in den vorausgehenden Beispielen Bezug genommen
ist, brauchen keine linearen Impedanzen zu seing sondern können als nicht lineare
Vorrichtungen ausgebildet nein, z.B. sättigbare Einenkern-Induktivitäten oder ein
Widerstand mit einer sich ändernden Strom-Spannungs-Charakteristiki solche Vorrichtungen
können besonders vorteilhaft verwendet werden,- um den erhöhten Strompegel hervorzuheben.
Z.Be sind in einer Anordnung gemänn der Erfindung nach 7ig. 5 eine erste
Energiequellb P und eine ernte Impedanz Z in Reihe zu den Elektroden angeordnet,
während parallel zu diesen,in Reihe miteinander eine zweite Wechseletromenergiequelle
P 2 , ein Gleichricht6r 4 und .eine nicht lineare Imp4danz Z 2 (z.B. Imetrosil)
geschaltet -sind. Dies ergibt eine bessere leintungeausbeute und eine besser unterscheidbare
ßpitze in der Periode erhöhten Stromes als bei einer ähnlichen Anordnung mit länear*r
Impedanz, wie nie weiter
oben beschrieben wurde
-
Bei einer anderen Anordnung gemäss der Erfindung, die in Fig.
6 gezeigt ist, sind eine erste Energiecluelle P und eine Impedanz Z
1 in Reihe zu den Elektroden 1 und 2 geschaltet. Ferner ist an die
Elektroden eine zweite Energiequelle P 2 in Form eines Kondensators gelegt,
der mit den Elektroden 1 und 2 über eine Sci#altvorrichtung C und
eine Impedanz Z 2 verbunden ist. Der Kondensator P 2 wird über eine
weitere Iiioedanz Z 3 durch eine getrennte Gleichstromquelle P
2 1 aufgeladen und der erhöhte Pegel kann mitjeder gewünschten Geschwindigkeit
durch Betätigung der Schaltvorrichtung C erhalten werden, wodurch der Kond'ensator
über die Schaltung mit den ]Clektroden 1 und 2 entladen wird.
-
Wenn zwei Energiequellen vorgesehen sind, brauchen.diese nicht notwendigerw-eise
parallel zueinander an die Elektroden gelegt*werden, wie dies in den Fig.
3 bis 6 der Fall ist. Fig.7 zeigt eine Anordnung gemäso der
Erfindung, bei der die zweite Energiequelle P 2 in Reihe zu der ersten Energiequelle
P liegt und die Elektroden 1 und 2 so angeordnet sind, dass sie zyklisch
arbeiten, da die Enrgiequelle eine Wechselstrom-oder Impulsenergiequelle ist. Die
erste Energiequelle P kann eine Gleichstromquelle oder eine Wechselstromqajlle sein.
-
Falls erwünscht, kann der Lichtbogen auf mehr als zwei verechiedene
zyklisch wiederkehrende Pegel arbeiten, wobei dang
eine weitere
zyklisch arbeitende Schaltung vorgesehen'ist, die auf andere Weise als durch Steuerung
des Lichtbogens bewirktg dass der Lichtbogen auf den verschiedenen erforderlichen
Pegeln arbeitet. Z.B. 1.st in der Anordnung nach Fig. 8 eine erste Energiequelle
P in Reihe mit einer Impedanz Z 1 an die Elektroden gelegt, die den Grundpegel
ergibt. Ferner sind an die Elektroden und parallel zur ersten Energiequelle Pl und
ihrer Impedanz Z 1 in Reihe zueinander eine zweite Impedanz
-
Z2, ein Gl.eichrichter 4 und eine Sekundärwicklung eines Traneformators,
der eine zweite Energiequelle P 2 darstellt, gelegt. Des weiteren sind an die Elektroden
und parallel zu den anderen beiden Speisequellen in Reihe zueinander eine dr#itte
Imredanz Z 3# eine Sch.altvorrichtung C und ein Kondensator
-
p 3 geschaltet, wobei letzterer über eine weitere Impedanz
Z 4 mit Hilfe einer Ladungsquelld P 3 aufgeladen wird. Der Kondensator P
3 kann.Impulse kurzer Dauer und hoher Energie erzeugeng die entweder während
der Periode erhöhten Stromes, in der die zweite Energiequelle P 2 wirksam wird,
oder während der Zeit,
-
in der der Lichtbogen auf Grundpegel arbeitet, auftreteni dieae Anordnung
kann beispielsweise verwendet werden, wenn die Kombination aus Grundpegel und'erhöhtem
Pegel aufgrund der zweiten Energiequelle zur Bildung von Tröpfchen an der Spitze
der sich verbrauchenden Elektrode führt, wobei die Lösung der Tröpfchen mit Hilfe
der Kondensatorentladung erreicht wird.
-
In machen erfindungsgemässen Anordnungen kann die Vorrichtung zum
ßyklischen Verändern des Lichtbogenstromes als zweite Energiequelle_Qder, alq Zrgpedanz
betrachtet werden. In
einer Ausführungsform kann eine Energiequelle
P vorgesehen aein..die zwei getrennte Anzapfpunkte besitzt» sodass zwei verachiedene
Grundpegel erreicht werden. Die Energiequelle kann beispielsweise die Sekundärwicklung
eines Transformators mit verschiedenen Anzapfpunkten sein. Dies kann entweder als
einzelne Energiequelle mit verschiedenen Anzapfpunkten angesehen werden, oder aber
als zwei Energiequellen, die Teile gemeinsam habeng sodass eine Anordnung ähnlich
der nach Fig. 7 entsteht. Ein Anzapfpunkt kann direkt an die sich verbrauchende
Elektrode über eine Impedanz Z, gelegt werdeng während der andere an die gleiche
Elektrode über eine Impedanz Z 2 und eine Schaltvorrichtung in Reihe gelegt
sein kann. Der Anzapfpunkt, der mit der Elektrode über die Impedanz Z2 verbunden
ist, ergibt den erhöhten Pegel. Dieser Pegel kann dadurch erzeugt werden, daß ein
Anzapfpunkt mit geringerer EMK auf der Wicklung verwendet wird*p als der, der mit
der Impedanz Z 1 verbunden ist (die Impedanz Z 2 ist dann wesentlich kleiner
als die Impedanz Z,). Andererseits kann, wie in Fig. 9 gezeigt, der erhöhte
Pegel dadurch erzeugt werden, dase ein Stromkreis aus einem Anzapfpunkt höherer
EMK als des Punktes, der mit -Z verbunden istt einer zweiten Impedanz Z
2 und einer Schaltvorrichtung 0 gebildet wird. Die erste Ausführungeform
in Fig. 7 ist besser geeignet für den Betrieb mit sich selbst einstellendem
Lichtbogen, währeg das letztere Ausführungsbeispiel in Fig. 9 für den gesteuerten
Lichtbogenbetrieb geeigneter ist. Für die letztere Betriebsweise kann es von Vorteil
sein, die mittlere Lichtbogenspannungzu verwenden, die aus einem Teil der Stromfolge,
insbesondere
der Periode den erhöhten Strompegelog ausgewählt wird,
während der der Abbrand. der Elektrode grösser ist, obwohl der Blektroden'-vorBehubmechanismus
normalerweise von der mittleren lichtbogenspannung ausgeht. Eine entsprechende Anordnung,
um dies zu erreichen, ist In Fig. lo für den Gleichstromlichtbogen gezeigt# wobei
auf der Eingangsseite eines Diskriminatora lo die Kombination aus Widerstand und
Kapazität im Kreis 11 eine Zeit konstante in der Grönsenordnung von zwei
Milliaekunden aufweist; mit Hilfe den Glei-chrichters 12 wird jedoch eine grössere
Entladungezeitkonstante erreicht. Diese Zeitkonatanten ermöglichen, daso der Kondensator
sich bis auf den Spitzenwert der Lichtbogenspannung während einer Periode erhöhten
Stromes. auflädtg dase er aber nicht auf Störspannungsspitzen anspricht,
-
wie sie z.B. im Moment des Überganges auftreten* Der übrige
-
Teil der Anordnung einschlieaalich der apannungegesteuerten Einspeiaung
13 für den Antriebgmotor 14 der Blektrodenvorachubrollen ist von bekannter
Ausführungeform.
-
Im fo Igenden worden als weiteren Beispiel für den Betrieb mit sich
selbst einstellendem Lichtbogen Zahlenwerte fUr die Elemente der Bohaltung nach
Pig. 4 angegeben* Die erste Energiequ elle P, Ist eine Gleichstromquelle (Batterie"generator."Einphanen-
oder Dreiphanentransformator-Gleichhoh'ter)* von etwa 25 bis 35 V
leerlaufsparmung, die ernte Impedanz Zi .ist ein Widerstand zur Begrenzung
den Grundetromen auf die
-
Grösäenordnung von lo bin 5o Amperep wobei eine Dronnel
In derm Grönaenordnung von 00-2 aN vorgesehen sein kamg die zur Liohtbogenstabilisierung
beiträgt
und ein Abfliessen des Impulsstromes in die Energiequelle P 1 vermindert
(dies ist ohne Bedeutung, wenn eine GleichrichtereinBpelsung verwendet wird)p die
zweite Energiequelle P2 Ist eine Wechselstromquelle von etwa 25 bis
35 V Leerlaufspannung mit in Reihe geschaltetem Biliziumdiodengleichrichter,
und die zweite Impedanz Z2 ilt ein ausreichend kleiner Widerstand mit vernachlässigbarer
Reaktanzp aodass Impulaströme in der Grössenordnung von loo bis 300 Ampere
Spitzenwert möglich sind. Diese Anordnung ist für die Impu losteuerung von Übergängen
für Aluminium von 0015 en Durchmesser in Argon mit Ab-
brandgeschwindigkeiten
In der.Gröooenordnung von 2.,5 m pro Min. geeignet. Bei kleineren Abbrandgeschwindigkeiten
können Impulsfrequenzen verwendet werden, die kleiner sind als die Frequenz des
Netzes, indem z.B. ein rotierenden Kommutator Verwendung findet, der unerwünochte
Impulse ausBehneidet oder Indem der Gleichrichter durch einen gesteuerten Biliziumgleichrichter
ersetzt wirdv der bei Bedarf getriggert werden kann.
-
Für den gesteuerten lichtbogenbetriebp bei dem der Blektrodenvorschub
von der Mehtbogenspannung abhängig gemacht wirdg oder bei Handsteuerung, wie beim
Stabelektrodenachweiseen, sollen sich die Gesamteigenschaften der Energieque'lle
einem konstanten (mittleren) Strom nähern.. Dafür sind höhere %effektive lieerlaufepannungen
und Impedanzen erforderlich. In den oben erwähnten Beispiel werden dabei
die Spannuhgen auf
-
5o bis 75 V für P, und P2 erhöht P, und P 2 können ein
und
dieselbe Energiequelle sein)q wobei die entsprechenden Stromkreisimpedanzen die
Ströme auf Pegel begrenzen, wie sie weiter oben angegeben sind.
-
Ein praktisch wichtiger Punkt, der für alle beschriebenen Anordnungen
gilt, bezieht sich auf das Starten des Vorgang#se Zwar können Hochspannungefunken
(Hf-Ionisierungsvorrichtungen) für das Zünden des Lichtbogens verwendet werden,
es treten jedoch verschiedene Nachteile, wie z.B. Punkstörungen auf; normalerweise
wird bei hohen Strömen der Vorgang dadurch eingeleitet, dak die Elektrode auf die
Platte aufgesetzt wirdy wodurch der Kurzschlusstrom (insbesondere im Fall von Energieauellen
konstantel# Spannung und flacher Charakteristik) die Elektrode zum Schmelzen bringt
und den Lichtbogen ausiubilden beginnt.
-
Unter den Bedingungen der Impulssteuerung des Übergangen wird eine
Einleitung des Schmelzvorganges oft schwierig, da der mittlere vorhandene Strom
niedrig gewählt ist und in manchen Fällen die erhöhten Pegel zu selten auftreten,
als daso sie wirksam würden. Um ein. sofortiges Anlassen zu beschleunigen, wird
eine Kurzschlusstromeinspeisung jSeringer Spannung den beschriebenen Anordnungen
aufgegeben, wobei der Strom in dem gleichen Sinne wirkt wie der Strom im Lichtbogen
und über einen Sperrgleichrichter zugeführt wird, wie in Fig. 11 gezeigt.
Dieser Kurzschlusstrom zum Schmelzen der Blektrodenspitze fliesst nur, wenn ein
erster Kontakt zwischen der Elektrode und dem Werkstück hergestellt wird und schaltet
sich selbst -.b, wenn der Lichtbogen
auagebildet ist, da die Lichtbogenbrennspannung
(15 V und höher) über der Leerlaufspannung,der Anlaufstromeinspei.sung liegt
und das Gleichrichterpotential umgekehrt wird. Die Spannungen für die Anlaufeinspeisung-
liegen zwischen 8 und 12 V, die Kurzschlusströme liegen in der Grössenordnung
von looo Ampere und die erste Berührstelle schmilzt nahezu sofortg d.h. in weniger
als einer Millisekunde.
-
Bei den in den Fig. 19 3, 7 und 9 gezeigten Anordnungen
kann die Schaltvorrichtung aus einem normalen umlaufenden Kom.mutator mit Kohlebürsten
bestehen. Eine derartige Anordnung ist praktisch anwendbar und ermöglicht die Auswahl
jeder Impulsdauer und jeden Intervalles, es tritt jedoch im Augenblick der Unterbrechung
eine Funkenbildung auf, die Bürste und Kommutator abnützt. Dies kann dadurch vermieden,
bzw. weitgehend vermindert werden, dass einer oder mehrere der folgenden Schritte
vorgenomme n werdens Einspeisung einer geringen Spannung (wie für
-
den Betrieb mit sich selbst einstellendem Lichtbogen), wobei der Spannungsunterschied
zwischen der Energien.uelle und dem Schweiselichtbogen nicht ausreicht, um den Lichtbogen
am Kommutator aufrechtzuerhalten; minimale Stromkreis-Induktivität in der Schaltung
mit erhöhtem Strom; gleichzeitige Anordnung mehrerer Unterbrechungen in Reihe usw.
Eine abgeänderte Ausführungsform besteht darin, eine schahbareelektronische Vorrichtung
zu verwenden, z.B. einen gesteuerten Siliziumgleichrichter. Bei einer Wechselstromeinspeisung
kann der gesteuerte Siliziumgleichrichter
an jeder beliebigen
Stelle der Wechselstromwellenform (positive Anode) in den stromleitenden Zustand
getriggert werdeng und er löscht sich selbst beim nächsten Spannungenulldurchgang,
wenn das Gleichrichterpotential umgekehrt wird. Bei einer Gleichstromeinspeisung
muss ein künstliches Umkehrpotential,zugeführt werden, um den gesteuerten Siliziumgleichrichter
abzuschalten. Anordnungen hierfür sind bekannt und ein Beispiel ist in Fig. 12 gezeigt,
bei dem der gesteuerte Silizium-Hilfsgleichrichter 2 getriggert wird und den vorgeladenen
Kondensator 15 so entlädtg dass der erste gesteuerte Siliziumgleichrichter
1, der bereits stromleitend ist und den erhöhten Strom ergibtt umgesteuert
und abgeschaltet wird. Bei einer weiteren Anordnung werden zwel.gesteuerte Siliziumgleichrichter
verwendet, die den Grundstrom#und den erhöhten Strom einspeiseng während sie abwechselnd
ein- und ausgeschaltet werden. Ein typischer Stromkreis für eine.Gleichstromeinspeisung
ist in Fig. 13 gezeigt, bei der der Querkopplungekondensator '15 entladen
wird" indem jeweils ein gesteuerter Siliziumgleichrichter abwechselnd den anderen
abschaltet. Diese Anordnung ist somit unabhängig von der Speisefrequenz (zum Unterschied
von Beispielen, wie sie In den ?lg. 49 5 und 8 gezeigt sind) und es
kann Jedes beliebige Verhältnio von Markierung zu Zwischenraum von erhöhtem zu Grundpegel
undvon erhöhter zu Grundetroadauer gewählt werden. Diene Am
Ordnung tot besondere
vorteilhaft insoferne, als die Frequenz
der Stromimpulse auf die
Abbranägeschwindigkeit oder Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode bezogen werden
kann. Damit wird bei einer gegebenen Impulsamplitude zur Erzielung eines Überganges
einer bestimmten Menge eines Metalles von der Elektrode C,
-
bei verringerter Vorschubgeschwindigkeit eine entsprechende 1-bnahme
des Abbrandes dadurch erreicht, dass die I-ipulsfrequenz und damit auch der mittlere
Strom verringert wird (was auch mit der gewünschten Abbrandgeschwindigkeit in Einklang
gebracht werden muss).
-
Mit der einfachen dechselstromquelle und einem gesteuerten Gleichrichter
(oder Gleichrichter mit Kommutator) kann ein Bereich von festen Frequenzen abgeleitet
werden, indem eine Dreiphaseneinspeisung, wie in Fig. 14 gezeigt, ver%endet wird.
Somit ist bei dreiphaeigen Halbwellen die Impulsfrequenz 15o #». (bei 5o Hz) und
durch weitere Verringerung auf eine Pht-#'se oder Ausschaltung bestimmter Halbperioden,
bzw. bei beiden werden verschiedene Nebenfrequenzen von 100, 75, 50, 37,5,
3o usw. erzeugt. Die Stromkreisimpedanz Z 2 kann natürlich gemeinsam für
die Gleichrichter oder für jeden getrennt,verwendet werden. Auch hier kann die Energiequelle
für die Einspeiaung erhöhten Stromes getrennt von der Energiequelle des Grundstromes
oder mit diesem kombiniert betrachtet werden.
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Wenn eine Gleichstromquelle erforderlich Ist, kann diese tals Batterie,
Generator oder TranoformatorgleIchrichter ausgeb ildet sein, während bei einer Wechselstromquelle
ein Wechseletrozerzeuger oder Transformator verwendet werden kann.