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Schweißstrom-Steuergerät für Lichtbogenschweißen.
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Die erfindung betrifft ein Schweißstrom-Steuergerät für Lichtbogenschweißen
mit einem Schweißtransformator, dessen Primärwicklung über eine Steuereinrichtung
an ein Wechselstromnetz anschließbar ist und dessen Sekundärwicklung einen durch
die Steuereinrichtung einstellbaren Schweißstrom liefert.
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Derartige Geräte sind aus Angeboten im Handel bekannt und dienen insbesondere
als Kleinschweißtransformatoren, Schweißtransformatoren oder Schweißgleichrichter
einem Einsatz an beliebigen Montageplätzen, die einen Licht-oder Kraftnetzanschluß
aufweisen. Die Steuereinrichtung zum wahlweisen Einstellen des Schweißstromes ist
dabei ein in den primärseitigen Stromkreis des Schweißtransformators eingreifender
Stufenschalter. Dieser Stufenschalter ist in der Praxis so ausgebildet, daß im Einklang
mit einer bestimmten Schaltstellung mehr oder weniger Windungen einer aus zwei Abschnitten
bestehenden Primärwicklung des Schweißtransformators überbrückt werden.
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Bei den geschilderten bekannten Schweißgeräten ist der Schweißstrom
aufgrund der Verwendung eines Stufenschalters nur in entsprechender Stufenzahl einstellbar.
Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lichtbogen-Schweißgerät
zu schaffen, dessen Schweißstrom kontinuierlich eingestellt werden kann. Zur Lösung
dieser Aufgabe wird bei einem Schweißstrom-Steuergerät der eingangs erwähnten Art
nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Steuereinrichtung aus einem von einem
Wechselstromsteller gesteuerten Ventil besteht, dem ein Grundlastwiderstand parallel
geschaltet ist, dessen Widerstandswert den niedrigst gewünschten Schweißstrom bei
gesperrtem Ventil bestimmt.
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Mit der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Schweißstrom-Steuergerät
erzielt, das sich zunächst durch einen stufenlosen kontinuierlichen Schweißstrom-Einstellbereich
auszeichnet, innerhalb dessen jeder beliebige Schweißstrom einstellbar ist. Darüberhinaus
ist im Vergleich zu den herkömmlichen Schweißgeräten mit Stufenschalter eine Reihe
weiterer Vorteile vorhanden.
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Durch den Wegfall des Stufenschalters ist der Verdrahtungsaufwand
vermindert. Die Montage des Schweißtransformators ist wesentlich vereinfacht, da
Anzapfungen der Wicklungen für den Stufenschalter entfallen. Es ist auch nur noch
eine durchgehend wickelbare Primärwicklung für den maximal gewünschten Schweißstrom
erforderlich, so daß sich Einsparungen an Windungszahlen und dementsprechende Längen
von Leiterdraht ergeben. Dies bedeutet bei den technisch gebräuchlichen Schweißtransformatoren
mit Kupfer als Leiterdraht eine erhebliche Kupfer einsparung. Als Folge dieser Kupfereinsparung
ist es vertretbar, die Primär- und Sekundärwicklung im Leitungsquerschnitt zu vergrößern,
was eine erhöhte Einschaltdauer ermöglicht.
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Das gesteuerte Ventil eines erfindungsgemäßen Schweißstrom-#teuergerätes
ist vorzugsweise ein bipolares Halbleiterbauelement in Form eines sogenannten Triac.
Als
Wechselstromsteller ist ein an sich bekannter Uriacsteller oder
Triacregler mit einem Potentiometer zum Einstellen der gewünschten elektrischen
Werte geeignet. Dabei empfiehlt es sich, zum Schutz des Triacreglers an diesem oder
am Schweißtransformator einen Thermowächter vorzusehen.
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Bei einem Schweißstrom-Steuergerät, auf das die Erfindung sich bezieht,
ist normalerweise ein zum wechselstromnetzseitigen Eingang parallel geschalteter
Kompensationskondensator vorgeschrieben. Es ist dann erforderlich, daß der Wechselstromsteller
mit dem gesteuerten Ventil und parallem Grundlastwiderstand zwischen dem Kompensationskondensator
und dem Ende der Primärwicklung angeordnet ist.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spieles
soll nachstehend die Erfindung mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden.
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Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen elektronischen
Schweißstrom-Steuergerätes für Lichtbogen-Schweißtransformatoren mit Lichtnetzanschluß
an den Klemmen 1 und 2. In an sich bekannter Weise sind die Klemmen 1 und 2, an
die beispielsweise eine Wechselspannung von 220 V mit einer Frequenz von 50 Hz angelegt
ist, durch einen Kompensationskondensator 3 überbrückt, der im praktischen Ausführungabeispiel
eine Kapazität von 160 /uF hat. Mit 4 ist die Primärwicklung eines Schweißtransformators
bezeichnet, der an seiner Sekundärwicklung 5 einen Schweißstrom für Lichtbogen-Schweißelektroden
6 liefert. Zwischen dem Kompensationskondensator 3 und der Primärwicklung 4 des
Schweißtransformators ist eine Steuereinrichtung eingeschaltet, die aus einem Wechselstromsteller
7 und einem gesteuerten Ventil 8 in Form eines Triac besteht. Dem Wechselstromsteller
7
mit dem gesteuerten Ventil 8 ist erfindungsgemäß ein Grundlastwiderstand
9 parallel geschaltet. Dieser Grundlastwiderstand 9 soll so bemessen sein, daß über
ihn bei nicht angesteuertem Ventil 8 unter Berücksichtigung des Widerstandswertes
des Wechselstromstellers 7 ei#n Grundstrom fließt, dessen Stärke dem niedrigsten
gewünschten Schweißstrom entspricht.
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Bei der dargestellten Schaltungsanordnung wirkt sich zur nächst im
Leerlauf des Schweißtransformators der Wechselstromsteller 7, von dem Einzelheiten
noch weiter unten beschrieben werden sollen, wegen seiner Überbrückung durch den
Grundlastwiderstand nicht aus. Erst beim Schwei-Ben fällt am Grundlastwiderstand
9 eine größere Spannung ab. Dadurch erfolgt eine von der Einstellung des Wechselstromstellers
7 abhängige Phasenanschnittsteuerung des Ventils 8. Die Anfangseinstellung des Wechseletromstellers
7 ist so gewählt, daß dieser einen Teil des über den Grundlastwiderstand 9 fließenden
Stromes übernimmt, wodurch der Grundlastwiderstand 9 teilweise entlastet wird.
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Je nach Einstellung des Wechselstromstellers 7 wird nun das Ventil
8 durch Phasenanschnitt mehr oder weniger lang geöffnet und damit ein entsprechend
hoher Schweißstrom ermöglicht. zersDer solchermaßen auf der Sekundärseite des Lichtbogen-Schweißtransformators
erzeugte Schweißstrom ist kontinuierlich einstellbar, da man den Wechselstromsteller
7 stufenlos regeln kann. Der Grundlastwiderstand hat dabei die wesentliche Aufgabe,
die im Phasenanschnitt vorhandene Spannungslücke, in welcher der Lichtbogen auszugehen
droht, zu überbrücken. Die so erhaltene konstante Zündspannung über den gesamten
Einstellbereich des Schweißstromes macht ein müheloses und genaues Schweißen infolge
eines ruhigen stabilen Lichtbogens möglich.
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Für den Wechselstromsteller 7 eignet sich jeder bekannte Triacregler
mit einem Potentiometer 10 als Einstellglied.
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Das Potentiometer 10 bildet mit weiteren Widerständen 11 und 12 einen
Spannungsteiler, dem ein Kondensator 14 vorgeschaltet ist. Zum Schutz des Ventils
8 sind diesem ein Kondensator 15 und ein Widerstand 13 in Serie parallel geschaltet.
Von einem Fußpunkt zwischen dem Kondensator 14 und dem Widerstand 11 aus erfolgt
die Steuerung des Ventils 8 durch Phasenanschnitt über einen Diac 16 mit nachgeschaltetem
Widerstand 17. Mit 18 ist ein wahlweise am Schweißtransformator oder Triacregler
vorhandener, das Gerät schützender Thermowächter bezeichnet.
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Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist der Triacregler so bemessen,
daß durch Einstellung des Potentiometers 10 der von der Sekundärwicklung 5 abgegebene
Schweißstrom zwischen 50 und 150 A bei einer sekundärseitigen Leerlaufspannung von
etwa 50 V kontinuierlich geregelt werden kann. Die Primärwicklung 4 kann beispielsweise
aus Kupferdraht von 2,8 mm Durchmesser bei einer Gesamtwindungszahl von 250 bestehen.
In diesem Fall hat der Grundlastwiderstand 9 einen Widerstandswert von etwa 12 Ohm.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel.
Insbesondere kann der Wechselstromsteller auch einen anderen Schaltungsaufbau haben.
Weiterhin können für das Steuerventil anstelle eines Triac auch andere geeignete
Bauelemente, beispielsweise zwei antiparallel geschaltete Thyristoren oder Thyratrons
treten.
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Schließlich kann es wichtig sein, die das Ventil steuernden Schaltelemente
des Wechselstromstellers, also die eigentliche Zündschaltung mit Phasenanschnittsteuerung
über Transformatoren galvanisch vom Wechselstromnetz zu trennen. Eine solche galvanische
Trennung benötigt man vor allem bei einer Fernsteuerung des Gerätes, da die aus
dem Gerät herausgeführten Leitungen für Ferneinstellung
des Potentiometers
des Wechselstromstellers nur Niederspannung, beispielsweise unter 42 V führen dürfen.
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Für die Erfindung ist wesentlich das Prinzip, den Grundstrom in Sinusform
durch einen Lastwiderstand fließen zu lassen, der durch einen Wechselstromsteller
mit Phasenanschnittsteuerung überbrückt ist. Dabei wurde davon ausgegangen, daß
bei Leistungssteuerung von Lichtbogen-Schweißgeräten durch Phasenanschnitt aufgrund
der auftretenden Spannungs- bzw. tromlücken der Schweiß-Lichtbogen unterbrochen
werden würde. Dementsprechend müßte der Lichtbogen umso mehr abreißen, je größer
die Lücke bei kleinerer Stromeinstellung ist. Ein damit verbundenes ständiges Kleben
der Zündelektroden wird durch den parallel zur Phasenanschnittsteuerung geschalteten
Grundlastwiderstand völlig vermieden.