DE1963339A1 - Circuit for electrical welding - Google Patents
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Description
DIPL. ING. S. KOIiSDIPL. ING. S. KOIiS
R9 AÜOS3ÜJIGR9 AÜOS3ÜJIG
PHILIPPINB-AVELSEK-STItASSB IA ηωηκι »1STaPHILIPPINB-AVELSEK-STItASSB IA ηωηκι »1STa
K. 313K. 313
Augsburg, den l6. Dezember 1969Augsburg, the 16th December 1969
The British Oxygen Company Limited, Hammersmith House,The British Oxygen Company Limited, Hammersmith House,
London, W.6, EnglandLondon, W.6, England
Schaltung zum elektrischen SchweißenElectric welding circuit
Die Erfindung betrifft Schaltungen zum elektrischen Schweißen, bei welchem Perioden einer Kurzschlußberührung zwischen einer Abschmelz-Elektrode und einem Werkstück mit Perioden eines Lichtbogens zwischen dieser Elektrode und diesem Werkstück abwechseln.The invention relates to circuits for electrical welding, in which periods of short-circuit contact between a consumable electrode and a workpiece alternate with periods of an arc between this electrode and this workpiece.
Diese Art des Schweißens wird im folgenden mitThis type of welding is referred to below with
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."Kurzschluß-Schweißen" bezeichnet. Bekanntlich werden beim Kurzschluß-Schweißen zwei Stromquellen verwendet, welche zu der abschmelzenden Schweißelektrode elektrisch parallelgeschaltet sind. Dabei liefert die eine Stromquelle hauptsächlich den Kurzschlußstrom und die andere Stromquelle hauptsächlich den Lichtbogenstrom.. "Short-circuit welding". Be known In short-circuit welding, two power sources are used, which are electrically connected to the melting welding electrode are connected in parallel. One power source mainly supplies the short-circuit current and the other power source mainly the arc current.
Ein Nachteil bekannter, an einer einphasigen Stromquelle betriebener Schweißgeräte besteht darin, daß sie nicht zum befriedigenden Schweißen dünner Metallbleche verwendet werden können, da der Lichtbogen zu "heiß" ist, d.h. der Lichtbogen setzt zu viel Energie frei und neigt damit mehr zum "Bohren" bzw. "Schneiden" als zum Schweißen. Die Lichtbogenenergie bei Kurzschlußvorgängen hängt von der Frequenz ab, mit welcher Lichtbogen- und Kurzschlußperioden einander abwechseln. In den Fällen, in denen stabile Schweißbedingungen nur bei relativ hohen Strömen und Spannungen erzielbar sind, ist die Wärmeabgabe für ein zufriedenstellendes Schweißen dünner Bleche zu groß. Eine hohe Lichtbogenspannung hat eine niedrige Kurzschlußfrequenz zur Folge, welch letztere bei Verwendung eines Drahtes von beispielsweise Q,8 mm Durchmesser nur etwa 50 Hz bzw. 60 Hz beträgt.A disadvantage of known, single-phase power source operated welders is that they cannot be used for satisfactory welding of thin metal sheets because the arc is too "hot", i.e. the arc releases too much energy and is therefore more prone to "drilling" or "cutting" than to welding. The arc energy in short-circuit processes depends on the frequency with which the arc and short-circuit periods take turns. In those cases where stable welding conditions are only possible with relatively high currents and stresses are achievable, the heat dissipation is too great for a satisfactory welding of thin sheets. One high arc voltage results in a low short-circuit frequency, the latter when using a wire from for example Q, 8 mm diameter only about 50 Hz or 60 Hz amounts to.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden,The invention aims to solve the problem
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eine Schaltung zum elektrischen Schweißen derart auszulegen, daß sie die zum Kurzschluß-Schweißen erforderlichen BetriebsCharakteristiken aufweist und außerdem nur eine Einphasenstromquelle benötigt.to design a circuit for electric welding in such a way that it provides the necessary for short-circuit welding Has operating characteristics and moreover requires only a single-phase power source.
Die erfindungsgemäße Schaltung soll außerdem stabile Lichtbögen bei derart niedrigen Spannungen erzeugen, daß die Frequenz von Kurzschlüssen in der Größenordnung von 100 Hz bis 250 Hz liegt, so daß die Wärmeabgabe derart niedrig ist, daß dünne Flußstahlbleche von beispielsweise 0,56 mm Dicke unter folgenden Bedingungen stumpfgeschweißt werden können: Schweißdrahtdurchmesser: 0,6 mm, Schutzgas: COp, 40 A, 16 V. Dabei ergibt sich eine Kurzschlußfrequenz von 210 Hz.The circuit according to the invention should also be stable Create arcs at voltages so low that the frequency of short circuits is on the order of 100 Hz to 250 Hz, so that the heat emission is so low that thin mild steel sheets of, for example 0.56mm thick butt welded under the following conditions Can be: welding wire diameter: 0.6 mm, shielding gas: COp, 40 A, 16 V. This results in a short-circuit frequency of 210 Hz.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Schaltung zum elektrischen Schweißen, bei welchem Perioden einer Kurzschlußberührung zwischen einer abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück mit Perioden eines Lichtbogens zwischen dieser Elektrode und diesem Werkstück abwechseln, welche gemäß der Erfindung durch eine Quelle gekennzeichnet ist, welche einen von einer Einphasenwechselstromquelle gelieferten Strom gleichrichtet und mit einem kombinierten Glättung-Speicherschaltkreis verbunden ist, an welch letzteren die Schweißelektrode undIn order to achieve this object, the invention includes a circuit for electrical welding which periods of short-circuit contact between a consumable electrode and a workpiece with periods of an arc between this electrode and this workpiece alternate, which according to the invention by a source is characterized which rectifies a current supplied by a single-phase AC power source and is connected to a combined smoothing memory circuit, to the latter of which the welding electrode and
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das Werkstück angeschlossen sind, wobei dieser Glättungs-Speicherschaltkreis einen Schalter aufweist, welcher den von mindestens einem Speicherelement zur Ausgangsklemme eines Glättungsschaltkreises fließenden Strom in Abhängigkeit von den augenblicklichen Charakteristiken bzw. Parametern des Schweißvorganges steuert.the workpiece are connected, this smoothing memory circuit has a switch which connects the at least one storage element to the output terminal of a smoothing circuit as a function of the instantaneous characteristics or parameters controls the welding process.
Weiterhin beinhaltet die Erfindung im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren zum elektrischen Schweißen, bei welchem Perioden einer Kurzschlußberührung zwischen einer Abschmelz-Elektrode und einem Werkstück mit Perioden eines Lichtbogens zwischen dieser Elektrode und diesem Werkstück abwechseln, welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein während der Kurzschlußperioden jeweils direkt von der Einphasenstromquelle zur Schweißelektrode fließender Strom um einen Strom vermehrt wird, welcher aus einem in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand des Schweißvorganges durch einen Schalter automatisch gesteuerten Speicherschaltkreis geliefert wird.The invention also includes the solution this object a method for electrical welding, in which periods of short-circuit contact between a consumable electrode and a workpiece with periods of an arc between that electrode and alternate this workpiece, which is characterized according to the invention that a during the short-circuit periods each current flowing directly from the single-phase power source to the welding electrode is increased by one current is, which from a depending on the respective operating state of the welding process by a Switch automatically controlled memory circuit is supplied.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche im einzelnen zeigen:The invention is described below with reference to the accompanying drawings, which show in detail:
Pig. 1 ein Schaltschema einer er-Pig. 1 a circuit diagram of a
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findungsgemäßen Schaltung,circuit according to the invention,
Fig. 2 eine Ausführungsform einesFig. 2 shows an embodiment of a
Energiespeicherschaltkreises, welcher bei der erfindungsgemäßen Schaltung gemäß der Darstellung in Fig. 1 verwendet wird,Energy storage circuit, which in the invention Circuit as shown in Fig. 1 is used,
die Fig. 3 bis 7 weitere Ausführungsformen vonFIGS. 3 to 7 show further embodiments of
Energiespeicherschaltkreisen, welche bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Schaltung anwendbar sind,Energy storage circuits used in the circuit shown in FIG circuit according to the invention are applicable,
Fig. 8 ein Blockschaltbild noch einerFigure 8 is a block diagram of yet another
weiteren Ausführungsform eines Energiespeicherschaltkreises nach der Erfindung,further embodiment of an energy storage circuit according to the invention,
Fig. 9 ein Schaltbild einer AusführungsFig. 9 is a circuit diagram of an embodiment
form eines Orlättungs-Energiespeicherschaltkreises ,form of a saturation energy storage circuit ,
die Fig. 10 und 11 B/H-Kennlinien, welche zur Erläuterung des Betriebsverhaltena10 and 11 B / H characteristics, which are used for explanation of the operating behavior a
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der erfindungsgemäßen Schaltung dienen,the circuit according to the invention to serve,
die Fig. 12 und 13 jeweils verschiedene Ausführungsformen von Induktionsspulen, welche jeweils B/H-Kennlinien von gewünschtem Verlauf aufweisen,FIGS. 12 and 13 each show different embodiments of induction coils, which each have B / H characteristics of the desired course,
Jj'ig. 14 Kurvenformen, welche sich beiYy'ig. 14 waveforms that can be found in
Kurzschlußschweißschaltungen ergeben,Short-circuit welding circuits result,
ij'ig. 15 Kurvenformen, welche sich bei derij'ig. 15 waveforms that can be found in the
erfindungsgemäßen Schaltung ergeben, result in circuit according to the invention,
Big. 16 ein Schaltbild einer weiterenBig. 16 is a circuit diagram of another
Ausführungsform eines kombinierten Orlättungs-Ener giespeichers ehalt kreises, undEmbodiment of a combined saturation energy storage device ehaltkreis, and
fig. 17 ein schematisches Schaltbild einerfig. 17 is a schematic circuit diagram of a
noch weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher als Energiespeicher ein Akkumulator verwendet wird.yet another embodiment of the invention, in which as an energy store an accumulator is used.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Grundsehaltung speist eine 50 Hz-Quelle E einen Einphasen-Netztransformator T, dessen Sekundärklemmen mit den Eingangsklemmen eines Zweiweg-Orleiehrichtersehaltkreises Z verbunden sind, welch letzterer einem in einem gestrichelten Rechteck dargestellten kombinierten dlättungs- und Energiespeicherschaltkreis 2 einen Gleichstrom liefert. Eine Ausgangsklemme des Schaltkreises 2 ist mit einer Abschmelzelektrode 4 elektrisch verbunden, welch letztere durch Zuführungsrollen zu einem mit der anderen Ausgangsklemme des Schaltkreises verbundenen Werkstück 8 hin verschoben wird. Der Anschaulichkeit halber ist zwischen dem Ende der Elektrode 4 und dem Werkstück 8 eine Schweißzone 10 dargestellt, obwohl in Wirklichkeit zwischen diesen beiden Teilen dann kein Zwischenraum vorhanden ist, wenn die Elektrode mit dem Werkstück Kurzschlußkontakt hat.In the basic circuit shown in Fig. 1 feeds a 50 Hz source E a single-phase mains transformer T, whose secondary terminals with the input terminals of a two-way Orleiehrichtersehaltkreises Z are connected, the latter being one shown in a dashed rectangle Combined smoothing and energy storage circuit 2 supplies a direct current. An output terminal of the Circuit 2 is electrically connected to a consumable electrode 4, the latter by feed rollers to a workpiece 8 connected to the other output terminal of the circuit. The clarity For the sake of this, a welding zone 10 is shown between the end of the electrode 4 and the workpiece 8, although in reality there is no gap between these two parts when the electrode is connected to the Workpiece has short-circuit contact.
Der Schaltkreis 2 weist einen Glättungs-Schaltkreis S auf, dessen Eingang mit einem Regler 12 verbunden ist, welch letzterer außerdem mit einem Anschlußpunkt zwischen einem Speicherelement 14 und einem Entladungsschalter 16 verbunden ist. Das Speicherelement und der Schalter sind in Reihe geschaltet und mit dem Ausgang des ülättungsschalt kreises S verbunden. Wenn der Sehalter 16 geöffnet ist,The circuit 2 has a smoothing circuit S. on, the input of which is connected to a controller 12, the latter also having a connection point between a storage element 14 and a discharge switch 16 connected is. The storage element and the switch are connected in series and connected to the output of the ülättungsschalt circle S connected. When the holder 16 is open,
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ist das Speicherelement l4 zwar wirkungsmäßig von der ■Elektrode 4 getrennt, es nimmt jedoch Energie in Form eines über den Regler 12 gelieferten Ladestromes auf. Zur Elektrode 4 fließt deshalb nur derjenige Strom, welcher aus dem Gleichrichter Z durch den Qlättungsschaltkreis fließt. Die Spannung bzw. die Amplitude dieses Stromes sind zwar derart groß, daß zwischen der Elektrode 4 und dem Werkstück 8 ein Lichtbogen aufrechterhalten wird, der Betrag der von dem Lichtbogen freigesetzten Energie reicht jedoch nur zum Schmelzen des Endes der Elektrode 4 aus, ohne daß sich dabei die geschmolzene Spitze der Elektrode von dieser ablöst. Die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode ist außerdem derart bemessen, daß sich diese mit einer Geschwindigkeit auf das Werkstück 8 zubewegt, welche größer ist als diejenige Geschwindigkeit, mit welcher die Spitze der Elektrode abschmilzt, so daß ein Zeitpunkt kommt, an welchem die geschmolzene Spitze der Elektrode in die auf dem Werkstück durch den Lichtbogen erzeugte Schmelze eintaucht und damit einen Kurzschluß erzeugt.the storage element 14 is effectively separated from the electrode 4, but it takes energy in the form a charging current supplied via the controller 12. Therefore only that current flows to electrode 4, which from the rectifier Z through the smoothing circuit flows. The voltage or the amplitude of this current are so large that between the electrode 4 and an arc is maintained on the workpiece 8, the amount of energy released by the arc is sufficient but only to melt the end of the electrode 4 without the molten tip of the electrode detaches from this. The speed of advance of the electrode is also dimensioned such that it moves towards the workpiece 8 at a speed which is greater is the speed at which the tip of the electrode melts, so that a point in time comes at which the molten tip of the electrode into the melt generated on the workpiece by the arc immersed and thus creates a short circuit.
Beim Auftreten dieses Kurzschlusses ist die Änderung der am Schalter 16 anliegenden Spannung derart groß, daß der Schalter geschlossen wird, wodurch der durch den Glättungsschaltkreis S fließende Strom um den Strom vermehrt wird, welcher durch die Entladung des Speicherelementes 14 erzeugtWhen this short circuit occurs, the change in the voltage applied to switch 16 is so great that the switch is closed, causing the by the smoothing circuit S flowing current is increased by the current which is generated by the discharge of the storage element 14
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wird. Dieser erhöhte Kurzschlußstrom setzt derart schnell Energie frei, daß ein "Anfrieren" der Elektrode am Werkstück verhindert wird. Die Elektrode wird demzufolge dadurch von dem Werkstück getrennt, daß die geschmolzene Elektrodenspitze von dem noch festen Teil der Elektrode abgelöst wird. Der Kurzschlußstrom wird dadurch unterbrochen. Die Werte der Schaltelemente des dlättungsschaltkreises sind derart gewählt, daß ein hohes überschwingen beim Kurzschließen des Lichtbogens verhindert wird.will. This increased short-circuit current releases energy so quickly that the electrode "freezes" to the workpiece is prevented. The electrode is consequently separated from the workpiece by the molten electrode tip is detached from the still solid part of the electrode. This interrupts the short-circuit current. The values of the Switching elements of the dlättungsschaltkreises are chosen so that a high overshoot when shorting the Arc is prevented.
Das Wiedereinstellen des Spaltes zwischen der Elektrode und dem Werkstück hat eine Spannungsänderung am Schalter zur Folge, welcher dadurch öffnet und das Speicherelement wirkungsmäßig von der Elektrode trennt. Das Speicherelement wird anschließend durch den durch den Regler 12 fließenden Strom wieder aufgeladen, während der Lichtbogenstrom weiterhin durch den Glättungsschaltkreis S fließt. Auf diese Weise wechseln Perioden eines Lichtbogens mit Perioden einer Kurzschlußberührung automatisch ab und bewirken damit einen Schweißbetrieb, welchen man auch mit "Kurzschluß-Schweißen" bezeichnet.Resetting the gap between the electrode and the workpiece results in a voltage change on the switch result, which thereby opens and effectively separates the storage element from the electrode. The storage element is then flowed through by the controller 12 Current is recharged while the arc current continues to flow through the smoothing circuit S. To this In this way, periods of an arc automatically alternate with periods of short-circuit contact and thus cause a welding company, which is also known as "short-circuit welding".
Der in flg. 2 dargestellte Energiespeichersohaltkreis weist in Spannungsteilerschaltung liegende, einstellbare Widerstände Rl und R2 auf. Der Mittelpunkt des Spannunge-The energy storage circuit shown in flg. 2 has adjustable resistors R1 and R2 in the voltage divider circuit. The center of tension
QO31S97OSSSQO31S97OSSS
•tellers ist mit einem Ansehlußpunkt zwischen einem Speicherkondensator Cl und einem Diodengleichrxchter Dl verbunden. Der Cflättungsschaltkreis S ist nur schematisch dargestellt.• tellers has a connection point between a storage capacitor Cl and a diode rectifier Dl connected. The flattening circuit S is only shown schematically.
Bei einem typischen Schaltkreis haben die Schaltelemente folgende Werte: Rl = 0,5 Ohm, R2 = 10 Ohm, Kondensator Cl = 80 OOO^cF und Gleichrichter Dl 100 A, 100 PIV.In a typical circuit, the switching elements have the following values: R1 = 0.5 Ohm, R2 = 10 Ohm, capacitor C1 = 80 OOO ^ cF and rectifier Dl 100 A, 100 PIV.
Praktisch können der Widerstand R2 einen beliebigen Wert im Bereich von weniger als 1 0hm bis unendlich, der Widerstand Rl einen Wert im Bereich von 0,1 Ohm bis 20 0hm und der Kondensator Cl einen Wert im Bereich von 1000 //F bis 160 000 u& annehmen. Der Wert Jedes dieser Schaltelemente ist jeweils so gewählt, daß die gespeicherte Ladung zur Erzeugung eines Entladestromes ausreicht, welch letzterer, wenn er zum Lichtbogenstrom addiert wird, derart stark ist, daß der Kurzschluß schnell aufgetrennt bzw. daß eine genügend hohe Spannung erzeugt wird* welche wiederum eine relativ hohe Frequenz des Kurzschließer, beispielsweise etwa 100 Hz bis 150 Hz zur Folge hat. Das Auftrennen des Kurzschlusses erfolgt dabei jedoch nicht so schnell, daß ein zu starkes Spritzen bzw. Sprühen auftritt. Es wird damit ein Lichtbogen erzeugt, welcher für das Schweißen dünner Metallbleche "kühl" genug ist.In practice, the resistor R2 can have any value in the range from less than 1 ohm to infinity, the resistor Rl can have a value in the range from 0.1 ohm to 20 ohm and the capacitor Cl can have a value in the range from 1000 // F to 160,000 u & accept. The value of each of these switching elements is chosen so that the stored charge is sufficient to generate a discharge current, which, when added to the arc current, is so strong that the short circuit is quickly separated or that a sufficiently high voltage is generated * which in turn results in a relatively high frequency of the short-circuiter, for example about 100 Hz to 150 Hz. The short circuit does not break so quickly, however, that excessive splashing or spraying occurs. This creates an arc that is "cool" enough for welding thin metal sheets.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ist derIn the circuit shown in Fig. 3 is the
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Spannungsteiler durch einen Kondensator C2 ersetzt, welcher über einen Widerstand R3 mit dem Kondensator Cl parallelgeschaltet bzw. mit dem Energiespeicherschaltkreis verbunden ist. In dieser Schaltungsart dient der Kondensator C2 zur Korrektur, da der Transformator T eine große Zeitkonstante aufweist. Der Widerstand R3 ist zur Steuerung des den Kondensator Cl aufladenden Stromes erforderlich.Voltage divider replaced by a capacitor C2, which is connected in parallel with the capacitor Cl via a resistor R3 or is connected to the energy storage circuit. In this type of circuit, the capacitor C2 is used for Correction because the transformer T has a large time constant. The resistor R3 is used to control the den Capacitor Cl charging current required.
Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung stellt im wesentlichen eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten Schaltung dar und weist einen Kondensator C3 auf, welcher einstellbar sein kann und mit dem Widerstand Rl im Nebenschluß verbunden ist. Der Kondensator C3 bewirkt eine Änderung der Geschwindigkeit, mit welcher der Kondensator Cl aufgeladen wird. Wenn demgemäß die Kapazität des Kondensators C3 viel größer ist als die Kapazität des Kondensators Cl, so hängt die Geschwindigkeit, mit welcher der Kondensator Cl geladen wird, stark von der Geschwindigkeit ab, mit welcher der Kondensator C3 sich selbst über den Widerstand Rl entlädt. Praktisch kann der Kondensator C3 einen festen Kapazitätswert haben, welcher 0,25-mal bis 20-mal so groß ist wie der Kapazitätswert des Kondensators Cl.The circuit shown in Fig. 4 is essentially a modification of the circuit shown in Fig. 2 and has a capacitor C3, which is adjustable can be and is connected to the resistor Rl in the shunt. The capacitor C3 causes a change in speed, with which the capacitor Cl is charged. Accordingly, when the capacitance of the capacitor C3 is much larger than the capacitance of the capacitor C1, the rate at which the capacitor C1 is charged depends greatly on the speed with which the capacitor C3 discharges itself through the resistor Rl. Practically can the capacitor C3 have a fixed capacitance value which is 0.25 times to 20 times as large as the capacitance value of the capacitor Cl.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Schaltung ist demIn the circuit shown in Fig. 5 is the
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Kondensator C3 ein Widerstand R 4 parallel geschaltet, so daß die Geschwindigkeit der Aufladung des Kondensators Cl zusätzlich gesteuert werden kann. Gleichrichter D2 bzw. D3 sind zusätzlich vorhanden und dienen zur Entkoppelung der Kombination des Kondensators C3 mit dem Widerstand R4. Einer dieser beiden Gleichrichter D2 bzw. D3 kann auch weggelassen werden.Capacitor C3 a resistor R 4 connected in parallel, so that the rate of charge of the capacitor Cl can also be controlled. Rectifiers D2 and D3 are also available and are used to decouple the Combination of the capacitor C3 with the resistor R4. One of these two rectifiers D2 or D3 can also can be omitted.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Schaltung ist der Gleichrichter Dl durch einen Thyristor THl ersetzt, dessen Tor- bzw. Steuerelektrode mit einem Zündschaltkreis F verbunden ist. Dieser Zündschaltkreis F ist in herkömmlicher Weise ausgeführt und mit der Elektrode 4 elektrisch derart verbunden, daß er jeweils in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsart an irgend einem bestimmten Zeitpunkt betätigt wird. Dieser Zündschaltkreis kann außerdem durch die Verwendung eines Verzögerungselementes derart abgewandelt werden, daß das den Thyristor THl steuernde Signal um eine bestimmte Zeitspanne nach dem Wechsel des Schweißbetriebes vom Lichtbogen- zum Kurzschlußzustand bzw. umgekehrt verzögert wird.In the circuit shown in Fig. 6, the rectifier Dl is replaced by a thyristor THl, whose gate or control electrode is connected to an ignition circuit F. This ignition circuit F is conventional Way carried out and electrically connected to the electrode 4 in such a way that it is each dependent on of the respective operating mode is operated at any specific point in time. This ignition circuit can also be modified by the use of a delay element in such a way that the thyristor THl controlling Signal for a certain period of time after the welding operation has changed from the arc to the short-circuit condition or vice versa is delayed.
In Fig. 7 ist ein weiterer Schaltkreis dargestellt, mittels welchem das Verhältnis der Erhöhung des Lichtbogenstromes um den Kurzschlußstrom verändert wird. Mit BezugIn Fig. 7 a further circuit is shown, by means of which the ratio of the increase in the arc current is changed by the short-circuit current. With reference
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auf diese Schaltung ist die Schaltung gemäß der Darstellung in Fig. 2 derart abgewandelt, daß der Widerstand R2 durch in Reihe geschaltete Widerstände R5, R6 und R7 ersetzt ist. Die Anschlußpunkte zwischen diesen Widerständen sind gemäß der Darstellung in Fig. 7 jeweils mit zusätzlichen Reihenverbindungen zwischen einem Gleichrichter D4 und einem Kondensator C4 bzw. einem Gleichrichter D5 und einem Kondensator C5 verbunden. Die Werte der Speicherkondensatoren Ci, C4 und C5 sind jeweils derart gewählt, daß deren Spannungen von Kondensator Cl bis Kondensator C5 jeweils abnehmen, wenn diese jeweils voll geladen sind. Wenn demgemäß der Lichtbogen zunächst kurzgeschlossen ist und damit der Kurzschlußstrom durch den Gleichrichter Dl fließt, wird der Kondensator Cl so lange entladen, bis ein Wert erreicht ist, bei welchem der Gleichrichter D4 leitend wird und damit der Kondensator C4 sich zu entladen beginnt. Der gleiche Vorgang bewirkt, daß der Kondensator C5 ebenfalls entladen wird. Wegen der diesen Kondensatoren eigenen Entladungszeiten ist es möglich, der Wellenform des Kurz-3chlußentlade3trome3 eine bestimmte Gestalt zu geben. Offensichtlich können andere Kombinationen von Widerständen, Gleichrichtern und Kondensatoren nach Bedarf hinzugefügt werden. Die Gesamtkapazität der Kondensatoren Cl, C4 und C5 ist gleich der Kapazität des Kondensators Cl gemäß der Darstellung in Fig. 2.the circuit shown in FIG. 2 is modified in such a way that the resistor R2 is replaced by series connected resistors R5, R6 and R7. The connection points between these resistors are as shown in FIG. 7, each with additional series connections between a rectifier D4 and a capacitor C4 and a rectifier D5 and a Capacitor C5 connected. The values of the storage capacitors Ci, C4 and C5 are each chosen such that their The voltages from capacitor C1 to capacitor C5 decrease each time they are fully charged. If accordingly the arc is initially short-circuited and thus the short-circuit current flows through the rectifier Dl the capacitor Cl is discharged until a value is reached at which the rectifier D4 becomes conductive and so that the capacitor C4 begins to discharge. The same process causes capacitor C5 to also is discharged. Because of the discharge times inherent in these capacitors, it is possible to use the waveform of the short-circuit discharge current3 to give a certain shape. Obviously, other combinations of resistances, Rectifiers and capacitors can be added as needed. The total capacitance of capacitors Cl, C4 and C5 is equal to the capacitance of the capacitor Cl as shown in Fig. 2.
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Bei dem in Fig. 8 dargestellten Blockschaltkreis leitet der Regler 12 den Ladestrom für das Speicherelement indirekt über den Glättungsschaltkreis S ab. Ansonsten wirkt diese Schaltung in der mit Bezug auf Fig. 1 bereits beschriebenen Weise.In the block circuit shown in FIG. 8, the controller 12 conducts the charging current for the storage element indirectly via the smoothing circuit S. Otherwise this circuit acts in the manner already described with reference to FIG.
Die in Fig. 9 dargestellte Schaltung zeigt die Einzelheiten eines günstig aufgebauten erfindungsgemäßen Glättungsschaltkreises. Diese Schaltung weist zwei in Reihe geschaltete Induktionsspulen Ll und L2 auf, deren Mittelpunkt mit einem Glättungskondensator C6 verbunden ist. Ein Strombegrenzungswiderstand R8 ist mit dem Ladeschaltkreis des Kondensators Cl verbunden.The circuit shown in Fig. 9 shows the details of an inexpensive smoothing circuit according to the invention. This circuit has two induction coils Ll and L2 connected in series, their center point is connected to a smoothing capacitor C6. A current limiting resistor R8 is connected to the charging circuit of the Capacitor Cl connected.
Bei diesem Glättungsschaltkreis erfüllen die Induktionsspule Ll und der Kondensator1 06 jeweils ihre normalen Funktionen. Die Induktionsspule L2, welche zusätzlich zur Glättung vorhanden ist, übt außerdem dadurch einen Stabilisierungseffekt auf den Lichtbogen aus, daß sie eine vergrößerte Wiederzündungsspannung erzeugt. Darauf bezieht sich die Darstellung in den Fig. 10 bzw. 11, in welchen das angelegte Feld H über dem in dem Eisenkern der Induktionsspule erzeugten Fluß B aufgetragen ist. Die Kurve in Fig. stellt eine typische B/H-Kurve einer in herkömmlicher WeiseThis smoothing circuit inductor Ll and the capacitor 1 06 perform their normal functions, respectively. The induction coil L2, which is present in addition to the smoothing, also has a stabilizing effect on the arc in that it generates an increased reignition voltage. The illustration in FIGS. 10 and 11 relates to this, in which the applied field H is plotted over the flux B generated in the iron core of the induction coil. The curve in Figure represents a typical W / H curve one in a conventional manner
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zum Glätten verwendeten Induktionsspule dar, während in Jj'ig. die B/H-Kurve einer speziellen Ausfuhrungsform einer Induktionsspule dargestellt ist, welche für die Schaltung nach der Erfindung von besonderem Vorteil ist. Der grundlegende Unterschied zwischen diesen beiden Kurven besteht darin, daß der Wert der Induktionszunähme in einem Anfangsbereich 18 der in Fig. 11 dargestellten Kurve größer ist, als in einem daran anschließenden Bereich 20. Die Induktionszunähme im Bereich 18 ist normalerweise doppelt so groß wie im Bereich 20.induction coil used for smoothing, while in Jj'ig. the B / H curve of a special embodiment of an induction coil is shown, which is of particular advantage for the circuit according to the invention. The fundamental difference between these two curves is that the value of the induction increases in an initial region 18 of the curve shown in FIG. 11 is larger than in an adjoining area 20. The induction increase in area 18 is normally twice as large as in area 20.
In Fig. 12 ist eine Ausführungsform einer Induktionsspule dargestellt, welche die in Fig. 11 dargestellte B/H-Kurve erzeugt. Bei dieser Induktionsspule ist ein Eisenkern 22 mit einem abgestuften Luftspalt 24 versehen. Wenn durch eine Betriebsspule 26 ein Strom fließt, so konzentriert sich der resultierende Fluß bei niedrigen Feldstärkewerten des angelegten Feldes in dem Raum zwischen den einander am nächsten gelegenen Stufenpolflachen, wodurch sich der Teil 18 der B/H-Kurve ergibt. Bei höheren Feldstärkewerten H hingegen, sind diese Pole gesättigt, so daß sich der Fluß anschließend über die zueinander entfernter gelegenen Stufenpolflachen hinweg aufbaut, wodurch sich der normale Teil 20 der B/H-Kurve ergibt. Der relativ scharfeIn Fig. 12 is one embodiment of an induction coil which generates the B / H curve shown in FIG. This induction coil has an iron core 22 provided with a stepped air gap 24. When a current flows through an operating coil 26, it is concentrated the resulting flux at low field strength values of the applied field in the space between each other the closest stepped pole faces, whereby the part 18 of the B / H curve results. At higher field strength values H, however, these poles are saturated, so that the river then builds up over the stepped pole faces more distant from one another, whereby the normal part 20 of the B / H curve results. The relatively hot one
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übergang zwischen den Teilen 18 und 20 der in Fig. 11 dargestellten Kurve kann durch eine sich verjüngende Gestalt des Luftspaltes gemäß der Darstellung in Fig. 13 geglättet werden, so daß sich eine Kurve ergibt, welche im Anfangsbereich trotzdem noch, verglichen mit der herkömmlichen B/H-Kurve, eine große Steigung aufweist.transition between parts 18 and 20 of FIG. 11 The curve shown can be achieved by a tapering shape of the air gap as shown in FIG. 13 be smoothed, so that a curve results, which in the initial area still compared with the conventional B / H curve, has a steep slope.
Die in Fig. 14 dargestellten Kurvenformen sind nach Oszillogrammen gezeichnet, welche man bei einem herkömmlichen Eintauchübergang-Schweißvorgang bei dreiphasigem Betrieb erhält. In Fig. I1Ja ist der Strom über der Zeit und in Fig. 14b ist die Spannung über der Zeit dargestellt. Ein Eintauchübergang-Schweißvorgang bei einphasigem Betrieb zeigt im wesentlichen die gleichen Kurvenformen, im allgemeinen jedoch mit niedrigerer Eintauchfrequenz.The waveforms shown in FIG. 14 are drawn from oscillograms which are obtained in a conventional plunge-transition welding process in three-phase operation. In FIG. I 1 Ja the current is shown over time and in FIG. 14b the voltage is shown over time. A single-phase plunge-transition welding operation exhibits essentially the same waveforms, but generally with a lower plunge frequency.
In Fig. 15 sind mit Bezug auf Fig. 14 gleiche Kurvenformen dargestellt, jedoch für die erfindungsgemäße Eintauchübergang-Schweißschaltung mit einphasiger Stromversorgung. Diese Kurven weisen mehrere bedeutsame Unterschiede auf, wobei besonders die schnellen Änderungen des Schweißstromes beim Kurzschließen des Lichtbogens hervor zuheben sind, vgl. Fig. 15a. Ein weiteres bedeutsames Merkmal stellen die Amplituden der Schweißspannung jeweils unmittelbar nach dem Auftrennen eines Kurzschlusses dar. FIG. 15 shows the same waveforms with reference to FIG. 14, but for the immersion junction welding circuit according to the invention with a single-phase power supply. These curves show several significant differences, the rapid changes in the welding current when the arc is short- circuited in particular, see Fig. 15a. Another important feature is the amplitudes of the welding voltage immediately after a short circuit has been opened.
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Sogar bei Verwendung herkömmlicher Induktionsspulen bzw. Drosselspulen sind diese Wiederzündungsspannungen jeweils hoch und haben jeweils stabile Lichtbogen zur Folge. Bei Verwendung von Drosselspulen gemäß der Darstellung in den Fig. 12 bzw. 13 sind diese Wiederzündungsspannungen sogar noch höher.Even when using conventional induction coils or choke coils, these are reignition voltages, respectively high and always result in stable arcs. When using choke coils as shown in the Figures 12 and 13, respectively, these reignition voltages are even higher.
Den gleichen Effekt, den man mit der besonderen Induktionsspule L2 erzielt, erreicht man auch durch die Verwendung von zwei bzw. von mehreren gesonderten, in Reihe geschalteten Induktionsspulen. In diesem Falle ist es oft günstig, diejenigen Induktionsspulen, welche den Teil 18 der in Fig. 11 dargestellten Kurve erzeugen, sowohl mit dem Ausgang des Glättungsschaltkreises S als auch mit dem Ausgang des Energiespeicherschaltkreises in Reihe zu schalten.The same effect that is achieved with the special induction coil L2 can also be achieved with the Use of two or more separate induction coils connected in series. In this case it often is favorable to those induction coils which produce the part 18 of the curve shown in FIG. 11, both with the output of the smoothing circuit S as well as the output of the energy storage circuit in series switch.
Fig. 16 zeigt eine weitere Abwandlung der in Fig. 9 dargestellten Schaltung. Dabei ist die Induktionsspule L2 durch eine mit einer Anzapfung versehene Induktionsspule L3 ersetzt und die Lichtbogen- bzw. Kurzschlußströme fließen über diese Anzapfung. In dieser Schaltung fließt der Kurzschlußstrom auf seinem Weg zur Anzapfung durch einen Teil der Wicklung der Induktionsspule L3 und erzeugt dabeiFIG. 16 shows a further modification of the circuit shown in FIG. The induction coil is L2 replaced by an induction coil L3 provided with a tap and the arc or short-circuit currents flow about this tap. In this circuit, the short-circuit current flows through a part on its way to the tap the winding of the induction coil L3 and generates
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ΊοΊο
Amperewindungen, welche zu denjenigen Amperewindungen, welche von dem durch den Glättungsschaltkreis fließenden Lichtbogenstrom erzeugt werden, entgegengesetzt gerichtet sind. Diese einander entgegenwirkenden Amperewindungen bewirken ein zeitweises Ansteigen des von dem Glättungsschaltkreis gelieferten Stromes und damit eine Verstärkung des Kurzschlußtstromes. Das WindungsZahlenverhältnis zwischen den beiden genannten Teilen der Induktionsspule L3 liegt in einem Bereich zwischen einem niedrigen Wert (geringer als 1:1) und einem sehr großen Wert (größer als 100:1) und ist von den Kosten bzw. von anderen Faktoren abhängig.Ampere-turns corresponding to those ampere-turns generated by the arc current flowing through the smoothing circuit are generated, are oppositely directed. These opposing ampere-turns cause a temporary increase in the current supplied by the smoothing circuit and thus an increase in the short-circuit current. The number of turns ratio between the two named parts of the induction coil L3 is in a range between a low value (less than 1: 1) and a very large value (greater than 100: 1) and is depending on the costs or other factors.
Die in Pig. 17 dargestellte Schaltung weist eine Haushaltsspannungsquelle E auf, welche einen Wechselstrom liefert und mit einem Leistungstransformator T verbunden ist, welcher wiederum mit einer Zweiweggleichrichterbrücke Z verbunden ist. Die positive Klemme der Gleichrichterbrücke Z ist über eine Drosselspule L3 mit einer positiven Ausgangsklemme 30 verbunden. Die negative Klemme der Gleichrichterbrücke Z ist mit einer negativen Ausgangsklemme 32 verbunden. Mit der Brücke Z und den Ausgangsklemmen ist im Nebenschluß ein Gleichrichter D6 verbunden, welch letzterer mit einem Akkumulator 34 in Serie geschaltet ist. Dem Gleichrichter D6 ist ein Nebenwiderstand R9 parallel geschaltet.The one in Pig. 17 has a household voltage source E, which supplies an alternating current and is connected to a power transformer T, which is in turn connected to a full-wave rectifier bridge Z. The positive terminal of the rectifier bridge Z is over a choke coil L3 with a positive output terminal 30 tied together. The negative terminal of the rectifier bridge Z is connected to a negative output terminal 32. With the Bridge Z and the output terminals are shunted to a rectifier D6, the latter with a Accumulator 34 is connected in series. The rectifier D6 a shunt resistor R9 is connected in parallel.
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nnqß?q / 098Snnqß? q / 098S
Der den gleichgerichteten Wechselstrom liefernde Schaltkreis, welcher mit der Drosselspule L3 versehen ist, weist eine leicht abfallende Spannungs/Strom-Kennlinie auf, wodurch der Kurzschlußstrom begrenzt ist, obgleich auch Energieversorgungseinrichtungen verwendet werden können, deren Kennlinien anders verlaufen. Bevor demgemäß der Schweißlichtbogen betroffen ist, spannt die an den Ausgangsklemmen anliegende hohe Spannung den Gleichrichter D6 in umgekehrter Richtung vor und verhindert damit die Entladung des Akkumulators 34. Zusätzlich ermöglicht der Widerstand R9 die Aufladung des Akkumulators. Beim Ansteigen des Schweißstromes fällt die Spannung an den Ausgangsklemmen so lange ab, bis, wenn die Schweißelektrode mit dem Werkstück Kurzschlußberührung hat, diese Spannung einen derart niedrigen Wert erreicht hat, daß der Gleichrichter D6 leitend wird und der Schweißstrom von dem Akkumulator geliefert wird.The rectified alternating current supply circuit, which is provided with the choke coil L3, has a slightly decreasing voltage / current characteristic, whereby the short-circuit current is limited, although energy supply devices are also used whose characteristics are different. Before the welding arc is affected accordingly, the tensioned on the High voltage present at the output terminals feeds the rectifier D6 in the opposite direction, thus preventing the discharge of the accumulator 34. In addition, the resistor R9 enables the accumulator to be charged. As the With the welding current, the voltage at the output terminals drops until, when the welding electrode touches the workpiece Has short-circuit contact, this voltage has reached such a low value that the rectifier D6 becomes conductive and the welding current is supplied by the accumulator.
In der in Fig. 17 dargestellten Schaltung wirkt die Induktionsspule L3 unter anderem als klättungsschaltkreis. Bei Bedarf kann diese Spule im Nebenschluß mit einem Kondensator versehen werden, so daß sich eine ( TT/2)-Schaltung ergibt. Zusätzlich kann der Ladewiderstand R9 mit dem Eingang der Induktionsspule L3 bzw. mit einem anderen funkt je nach Bedarf verbunden sein.In the circuit shown in FIG. 17, the induction coil L3 acts, among other things, as a smoothing circuit. If necessary, this coil can be shunted with a capacitor, so that a (TT / 2) circuit is formed results. In addition, the charging resistor R9 can radio with the input of the induction coil L3 or with another be connected as needed.
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Der Akkumulator wirkt zwar grundlegend wie ein besonderer Kondensator, die Unterschiede zwischen diesem und einem wahren Kondensator können jedoch bei einigen Anwendungsfällen beträchtlich sein.The accumulator works basically like a special capacitor, the differences between it however, and a true capacitor can be substantial in some applications.
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