DE1783839U - Hochfrequenz-zuendgeraet fuer wechselstrom-lichtboegen. - Google Patents

Description

• Hochfrequenz-Zündgerät für Wechselstrom-Lichtbögen

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  Die Neuerung betrifft ein Hochfrequenz-Zündgerät für Wechselstrom-

  lichtbogen aller Art, insbesondere in Schweißanlagen, mit einem Netztransformator, mit Gleichrichtersatz zur Erzeugung einer pulsierenden Aufladespannung. Es ist bekannt, bei Wechselstrom-Lichtbögen, 8*B. in SchweiBanlagen oder bei Lichtbogenofen, zur Zündung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens während der Nulldurchgänge des Arbeitsstromes diesem einen hochfrequenten Hilfsstrom zu überlagern.
• Dieser Hilfsstrom verhindert auch beim Lichtbogenschweißen ein Abreißen des Lichtbogens bei Vergrößerung des Elektrodenabstandes.
• Zur Erzeugung des hochfrequenten Hilfsstromes werden heute allgemein Funkengeneratoren verwendet. Über einen Hilfstransformator, der die Netzspannung auf die erforderliche hohe Spannung von beispielsweise 2000 Volt bringt, wird eine Kapazität aufgeladen und über eine parallelgeschaltete Funkenstrecke entladen, wobei im Stromkreis eine Induktivität liegt. Derartige Funkengeneratoren haben einen einfachen und robusten Aufbau und sind wesentlich billiger als andere bekannte Hochfrequenzerzeuger.
• Eine besondere Eigenschaft dieser Generatoren ist es, daß sie, angefangen von der Entladefrequenz des Kondensators. ein Frequenzspektrum aufweisen. das in störender Weise bis weit in den Ultrakurzwellenbereich hineinreicht. Man hat daher bereits aus diesem Frequenzgemisöh 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.
• Zur Aufladung des Kondensators hat man allgemein Wechselstrom verwendet. Bei dem Gerät nach der Neuerung dient zur Aufladung ein pulsierender Gleichstrom, der aus dem Netz über einen Transformator und einen Gleichribhtersatz gewonnen wird.
• Gemäß der Neuerung wird für die Hochfrequenzerzeugung eine aus dem Gleichrichter gespeiste Hochspannungsfunkenstrecke vorgesehen, die bei jedem Nulldurchgang des Schweißstromes diesem einen hochfrequenten Hilfsstrom überlagert. Weiterhin können bei dem Zündgerät nach der Neuerung, das mittels Reihendrosaeln auf eine Hochfrequenz unterhalb von etwa 10 kHz abgestimmt sein kann, Tiefpaßfilter aus Drosseln und Kondensatoren als Ableitstromwege für die höheren Pore-

  quenzen innerhalb des Gerätea vorgesehen seia Auch kann bei dem

  Zündgerät nach der Neuerung eine Teilkapazität des Tiefpaßfilters

  unmittelbar hinter dem Punkehgenerator liegen. Sodann kann bei dem

  zündgerät die Einkopplung der Hochfrequenz in den Lichtbogenkreis

  transformatoriech erfolge, wobei die Primärwicklung des Kopplungs-

  transformators als Reihendrossel dient und seine Primär- und Sekundärwicklung durch Kondensatoren zu je einem Tiefpaßfilter ergänzt sind. Auch kann bei dem Zündgerät nach der Neuerung zwischen Transformator und Gleichrichtersatz eine Abschirmung in Form eines Hochfrequenzkamines angeordnet sein.
• Besondere Bedeutung hat die Neuerung bei Hochfrequenz-Zündgeräten, bei denen der erwähnte Schwingkreis auf eine Frequenz abgestimmt wird, die im Tonfrequenzbereieh, insbesondere unterhalb von 10 kHz liegt. Eine solche Zttndfrequenz 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

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  gutgeeignet.

  Um die Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf die genannten niedri-

  t

  gen Frequenzen zu bringen, muß nicht nur die Induktivität, sondern

  auch die Kapazität groß gewählt werden. Eine Erhöhung der Indukti-

  vität allein führte abgesehen von den großen Kosten, deswegen nicht

  * *

  zum Ziel, weil die steifende Wicklunaka. pas'itt ein Durchkommen

  der RöohatfreqUOnz zur Schweißetelle verursachen und die Entstörung

  in Frage stellen würde. Der Erhöhung der Kapazität andererseits ist

  eine Grenze dadurch gesetzt. daß während des Nulldurchganges des

  Arbe1taatromeß etwa zwei bis drei Entladungen des Kondensators er-

  folgen Bie Entladungen klin& dami in gedämpfte Schwingungen aus,

  wobei durch den Schainekteii ; die gewilnschte Zündfrequenz ausgesiebt

  und der Schweißstelle zugeführt wird.

  Um nun die Entladefrequenz von mindestens 200 bis 300 Hz zu erzielen,

  muß man. da die anderen BinfluSgroßen (Aufladespannung und Funken-

  streckenlänge)nicht völlig beliebig gewählt werden können, mit

  derGFSe der Kapazität unterhalb einer gewissen Grenze bleiben. Sie

  wird jedoch bedeutend größer ausfallen als bei den bisher üblichen

  2undgeräten und kann s : Bt in der Größenordnung von 0, 2/uF und daru-

  ber 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 eines niederfrequenten Zündstromes hat neben der Möglichkeit einer wirksamen Rundfunkentstörung noch einen weiteren grundsätzlichen Vorteil, der auf einem anderen Gebiet liegt. Der

  Funkcngenerator kann, wenn ein gesamtes Frequenzepektrum dem Licht-

  bogen zugeführt wird und daher keine Ableitmittel vorgesehen sind,

  erst dann arbeiten, wenn die Itichtbogenstrecke leitend ist. Nun

  ist es aber oft erwünscht, auch die erste Zündung des Lichtbogens

  mit dem Punkengeliel-atoe zu =teretUtzen, % Ziidiesem'iweck muß er

  auch im leerlauf in Betrieb"d. h, die Funkenstrecke dauernd ionisiert

  seine was mittels eines StrMweges parallel zur Lichtbogenstrecke

  erzielba : r ist. Dieser Stromreg kann einen Kondensator enthalten.

  dergleichzeitig als Störschutz diente Je größer der Kondensator,

  desto stärker ist der dauernde lonisiermgsstrom der Fünkenstrecke

  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 Zundfrequenz ableiten soll. Es steht dann für die Leerlauf-

  ionisierung der Funkenstrecke ein Strom zur Verfügung, der praktisch das gesamte Frequenzspektrum des Generators mit Ausnahme der Zündfrequenz umfaßt und entsprechend hoch ist.
• Dieser wichtige betriebliche Vorteil kann dank der Neuerung 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 es, auch den Ableitkondensator im Tiefpaßfilter groß zu machen und läßt einen besonders großen Teil des Frequenzspektrums der Leer-

  l$ttf-Ionisation der Funkenstrecke zugute k9.

  Weitere Einzelheiten und Vorteile der Neuerung ergeben sich aus

  den in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen, die im folgenden näher beschrieben werden sollen.
• Es zeigen Fig. 1 eine Schweißanlage mit einem Hochfrequenzzündgerät nach der Neuerung Fig. 2 eine Möglichkeit zur transformatorischen Ankopplung an den Arbeitskreis.

  Die Schweißeinriehtung'besteht aus dem an das Wechselstromnetz 1

  angeschlossenenSchweißtransformator. 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 dem Funkengenerator,

  bestehend aus den Kapazitäten 8, 9 und der Funkenstrecke 12, zuge-

  führt. In Reihe mit den Kondensatoren 8, 9 und der Schweißstelle

  59 6 sind zwei Drosseln 10,. 11 geschaltet, welche mit den Kondensa-

  toren einen Reihenschwingkreis bilden, der auf die gewünschte Rund-

  frequenz unterhalb etwa 10 kHz abgestimmt ist. Das gesamte Zündgerät ist in ein geerdetes Gehäuse 15 eingebaut. Zur Trennung des

  ungestörten Teiles vom gestörten Teil ist zwischen Transformator 7

  und Gleichrichtersatz 16 ein Hochfrequenzkamin 18 vorgesehen. Der

  Oleichrichtereatz 16 hat, neben seiner Gleich-

  richterwirkung auch die Punktion einer Hochfrequenzsperre des Transformators 7 gegenüber dem Funkengenerator. Nur sein Sperrwiderstand und seine Kapazität gestatten das Flißen eines geringen Hochfrequenzstromes, der durch zwei Kondensatoren 14 am Eindringen in das Netz gehindert werden kann.
• Die Drosseln 10 und 11 des Schwingkreises dienen gleichzeitig als Elemente eines Tiefpaßfilters im Zusammenwirken mit den Kondensatoren 13 und 17. Die Kondensatoren 17, die unmittelbar hinter dem Pahkengenerator liege, 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

  de-o Lichtbogens auch bei verhältnismäßig großer Entfernung der Elek-

  trode vom Werkstück möglich ist$ Wie Versuche gezeigt haben, ist

  der vom ZUndgerät rgenommene Strom praktisch unabhängig davon,

  ob der Lichtbogen in Betrieb ist oder nicht. Im ersteren Falle führet die Kondensatoren 13 und 17 einen entsprechend geringeren Strom als im Leerlauf der Schweißanlage. Der Aufbau des Gleichrichtersatzes erfolgt zweckmäßig mit geeigneten

  Selengleichrichtern, z. B. mit den unter der Hanäelsbezeichnung

  Selen-Kühlplattensäule erhältlichen. Sie messen für die erforderliche hohe Spannung bemessen sein.
• In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Zündgerät parallel zur Schweißstromquelle 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 transformatoriache Ankopplung des Hilfsstromkreises und überbrückung der Schweißstromquelle 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 Reihenschwingkreises nunmehr von

  der Rrimärwicklung eines Transformators 19 gebildet wird, welche

  gemaß der Neuerung-gleichzeitig durch Kondensatoren 17 zu einem

  Tiefpaß erF, 4not ist. Die ekundätwicklung des Transformators ist

  in Reihe in den Seheißetrareia 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 überbrückte Die Schweißstelle liegt zwischen den Klemmen 22 und 23.
• Die Anordnung hat neben der Abriegelung des Schweißtransformators für die Zündfrequenz noch den Vorteil, daß mittels des Transformators 19 eine Erhöhung der Hilfsspannung erzielt werden kann. Dies ist

  wichtig z. Bt bei absatzweise arbeitenden automatischen Lichtbogen-

  Sehweißanlagen mit hohem Ausstoß, wo eine sichere Zündung des Lichtbogens zur Vermeidung von Unterbrechungen im Arbeitsablauf unbedingt erforderlich ist. Die Leerlaufspannung 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 Tmd andererseits eine sichere Beherrschung der

  Kriechwege im Zündgerät dann mit Schwierigkeiten verbunden ist.

  Der Grundgedanke der Neuerung läßt selbstverständlich noch eine

  große Reihe von anderen Anwendungsmògliahkeiten offen. Wesentlich

  , .

  ist hierbei immer, daß der Funkengenerator des Zündgerätes mit gleich-

  gerichteter Spannung gespeist wird.

• 2 Figuren 5 Schutzansprüche

Claims (1)

1. Schtsansprache 1. Hochfreqens-ZÜndjgerät für Wchaelstromlichtbögen aller Art, insbesondere in Sehweiaalagen mit einem Netztransformntor mit Gleichriohteraa. tr. aur Erzeugung einer pulsierenden Aufladespannunßt dadurchgeeNnzeichnet daS einß fSr die Hbchfroquenzersegung bestisNte sas em ßleichrichter gespeiste Eochspnnungsfunkenstyeoke abgeordnet ist die i Nlldurchgä des Schweißstromes * ' diesemeinee Hilfostrom fib-erlagert, 2.ZndgeyS nach Anspruch ds mittels Reihendrosseln auf eine Höchleqens unerh&b Tcc etwa 10 Ns abgestiMmt ist, dadurch gakennseiChnett daß Tiefßfiter angeordnet sind, die aus Drosseln undKondensatoren bestehen und innerhalb des Gerätes Abitstromwege e die höheren Frequenen bilden. 3. Zündgerät nach Anspruch 2f dadurch gekennzeichnet, daß eine Teil- kapazität des Tiefpaßfilters unmittelbar hinter dem Funkengenerator H6gtt 4. Ztindgerät nach Anspruch 2 und 3t wobei die Einkopplung der Hoch- frequenz in den Lichtbogenkreis transformatorisch erfolgt, dadurch gkennßeichnet, daß die Primärwicklung des Köpplungstransformatora als Raihendroasel dient und seine J ? rimär- und Sekundärwicklung durch Kondenaatoren zu je einem Tiefpaßfilter ergänzt sind. 5. Ztmdgerät nach einem der AnsprUche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Transformator und Gleichrichtersatz eine Abschirmung in Form eines Hochfrequenzkamines angeordnet ist 1