DE2161896B2

DE2161896B2 - Schaltungsanordnung zum Zünden eines Gleichstrom-Lichtbogens

Info

Publication number: DE2161896B2
Application number: DE19712161896
Authority: DE
Inventors: Eugen 7000 Stuttgart Fingerle; Eberhard 7057 Winnenden Mattausch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-12-14
Filing date: 1971-12-14
Publication date: 1974-10-03
Also published as: FR2163450B1; DE2161896A1; FR2163450A1; GB1408149A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden eines Gleichstromlichtbogens mit einer in geringem Abstand von einer Hauptelektrode angeordneten, in Reihe mit ihr an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Hilfselektrode für einen Hilfslichtbogen, der von einer Gleichrichter-Anordnung gespeist und durch ein Hcchfrequenz-Zündgerät gezündet wird, das in den Stromkreis des Hilfslichtbogens eingeschaltet und von der Gleichrichter-Anordnung durch ein Tiefpaßfilter entkoppelt ist.

Bekannte, mit einem Lichtbogen arbeitende Anordnungen zur thermischen Behandlung von Werkstücken werden entweder mit Hilfe eines Kohlestabes oder durch eine Hochfrequenzentladung gezündet. Die Zündung mit Hilfe eines Kohlestabes ist für die Serienfertigung deshalb schlecht geeignet, weil sich dieser Zündvorgang wegen der Abnutzung des Kohlestabes und wegen der mechanischen Empfindlichkeit desselben nur schwer automatisieren läßt. Außerdem ist die Zündsicherheit bei Verwendung eines Kohlestabes ebenso wie bei Zündung durch eine Hochfrequenzentladurg gering, so daß auch aus diesem Grund beide Zündeinrichtungen für automatisierte thermische Behandlungsvorgänge ungeeignet sind. Bereits nach einer verhältnismäßig geringen Zahl von Zündungen ist die Elektrodenspitze nicht mehr in einem solch einwandfreien Zustand, daß mit den bekannten Zündvorrichtungen eine rasche Zündung des Lichtbogens gewährleistet ist. Hierdurch wird der Zündzeitpunkt Undefiniert, und in der Fertigung fällt ein hoher Ausschuß an.

Weiterhin ist es aus der DT-OS 1 918 267 bekannt, einen Schweißlichtbogen mittels eines Hilfslichtbogens zu zünden, der zwischen der Hauptelektrode und einer Hilfselektrode vorübergehend brennt und seinerseits durch ein Hochfrequenz-Zündgerät gezündet wird. Wie beim Anmeldungsgegenstand ist auch bei der bekannten Anordnung das Hochfrequenz-Zündgerät von der den Hilfslichtbogen speisenden Gleichrichteranordnung durch ein Tiefpaßfilter getrennt. Diese bekannte Anordnung weist jedoch einige nicht unwesentliche Nachteile auf: Durch die Speisung des Schweißlichtbogens und des Zündlichtbögens von derselben Spannungsquelle aus tritt beim Zünden den einen und/oder des anderen Lichtbogens eine gegenseitige Beeinflussung auf. Dies kann dazu führen, daß entweder die Leerlaufspannung an der Arbeitselektrode nicht mehr ausreicht zum Zünden des Arbeitslichtbogens, oder daß der Zündlichtbogen wegen Unterschreitung seiner Brennspannung nach dem Zünden des Hauptlichtbogens erlischt. Im letzt-

annten Fall muß ein neuer ZUndvorgang einpleiwerden, wodurch der Arbeiterhythmus gestört werkann. Weiterhin muß die Drossel eines im Arkrefc liegenden Tiefpaßfilters groß dimensioniert en, sie altert rascher und verursacht erhebliche Se. Außerdem besteht bei dieser bekannten rdnung die Gefahr, daß durch die während des Saktes dauernd eingeschaltete Hochfrequenz

mes ein vertoderbarer
stand eingeschaltet. D»wJ™»j£ nutet werden, um den Soannungsabi^a" teileinrichtung zu Uefern, ohne da» Schaltmittel erforderlich sind,J» **»»

der *«**»Φ2*^
tiometer überbrückt, dessen
fester Kontakt an eine

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von Zündvorgängen, und die schädliche

an einen besonderen Gleichstrom-Hilfslicht- 25 Zündvorrichtung und SgSkS. angeschlossen ist, und daß dasTiefpaßnl^ Fi g. 2 ^*"

ter in dem Hilfslichtbogenkreis angeordnet ist, und daß £ Drossel des Tiefpaßfilters nach dem Abschalten des Hochfrequenz-Zündgerätes elektrisch überbrückt wird. Dadurch, daß die Zünd-Lichtbogenstrecke von _7ündvor-"bemebe-

1 .chtung tür den Betneb mit

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In J I^¹ '^S ^zeichnet deren positiver Pol mit u und deren negativer Pol mit

sehen Elektrode und Werkstück entstehen. Die 35 kann. Zündsicherheit des Arbeitshchtbogens ist auch noch bei einem verhältnismäßig großen Abstand zwischen der Elektrodenspitze und dem Werkstück gewährte.-stet. P₃ der Hilfslichtbogen dauernd brennt und der Zündvorgang somit einmalig ist oder zu mindest nur ihr selten auftritt, spielt die Zündsicherheit hier nur eine untergeordnete Rolle. Es ist unschädlich, wenn hierbei mehrere Zündversuche gemacht werden mus-

ⁿ dem Zünden des Hufslichtbogens ist die „ btefc^^^e

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_weiterhin mit dem negativen _ungs._Anlage 14 verbun-13 liegt am positiven An * B, ^,_{m Zünden}

Hochfrequen.Zündan_{einerseits a}n die Elek-J^,^ an die Zündelektrode 13 .^a™.^eg _{der H}orhfrequenz-Zünd-

' über einen Schalter 16 und eine Si-

haft erwiesen, nach Abschalten der Hochfrequenz die Drossel zu überbrücken. Dies kann auf einfache

und sichere Weise dadurch geschehen, daß parallel _zur Drossel ein Relais-Ruhekontakt angeordnet wird. der geschlossen ist, wenn die Stromversorgung des Hochfrequenz-Zündgerätes unterbrochen ist.

Die Gleichspannungsanlage wird mit Vorteil von einem Drehstromnetz über einen D^stromtransformator gespeist, da hierbei die Welhgke.t der Gleich. spannung nur gering ist. Dies ist wichtig, da es sonst zu einem Ausletzen des Zündlichtbogens kommen kann. Die gesamte Gleichspannungs-Anlage wird iweckmäßigemeise dadurch abges.chert, daß auf der ürehstromseite vor dem Transformator ein Fehlerstrom-Schutzschalter angeordnet wird Z«attjch

J ^J _Primänvick,_Ung eines

23^ und^J Jj^ | _{25 angeS}chloss_en, dessen ₅o Drehst ^on"^ran , _Sekundärwicklung zur Erzeuir.Dreieck ^J«J _{von etwa} 70 Volt an

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f^SeLeichrichters 26 durch einen Fehler55 f ™" f™33te 27 gesichert. Die normalerweise stromquelle 10 ist bei der erfmg nicht möglich, da die ^B14 und die Stromquelle

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Regulierung des Lichtbogenstro-SJ-i?re^er^P°A^Snoae mit der Kathode der

negativen Diode 31 bis 33 und mit dem sekundärseitigen Ausgang des Drehstrom-Transformators 25 verbunden. Die Kathoden der positiven Dioden 28 bis 31 speisen die positive Leitung der Gleichspannungs-Anlage 14, die Anoden der negativen Dioden 31 bis 33 speisen deren negative Leitung. Zwischen die gemeinsamen Kathodenanschlüsse der positiven Dioden 28, 29 und 30 und die Zündelektrode 13 sind ein Amperemeter 34 zur Überwachung des Stromes des Zündlichtbogens und ein veränderbarer Widerstand 35 zur Einstellung desselben eingeschaltet. Der Strombegrenzungs-Widerstand 35 ist wiederum durch ein Potentiometer 36 überbrückt, an das ein Relais 37 als Kontrolleinrichtung angeschlossen ist. Das Relais 37 übernimmt die Abfrage des Stromes für den Zündlichtbogen, sein Arbeitspunkt wird am Potentiometer 36 eingestellt.

Zwischen den Gleichstromausgang des Drehstrom-Brückengleichrichters 26 und die Elektrode 12 und die Zündelektrode 13 ist zum Schutz der Dioden 28 bis 33 vor den Zündimpulsen der Hochfrequenz-Zündanlage ein Tiefpaßfilter 38 eingeschaltet.

Dieses besteht aus einer Drossel 39, die im Zug der negativen Leitung der Gleichspannungs-Anlage liegt, und einem Kondensator 40 zwischen der positiven und der negativen Leitung der Gleichspannungsanlage. Die Drossel 39 ist durch einen Relais-Ruhekontakt 41 überbrückbar, der geschlossen ist, wenn die Stromversorgung der Hochfrequenz-Zündanlage 15 unterbrochen ist. Wenn die Hochfrequenz-Zündanlage außer Betrieb ist, d.h., wenn der Zündlichtbogen einmal brennt, wird die Drossel also kurzgeschlossen.

Die Zündvorrichtung gemäß F i g. 1 arbeitet folgendermaßen: Nach dem Schließen des Fehlerstrom-Schutzschalters 27 sowie der Schalter 16 und 22 bis 24 liegt eine Gleichspannung zwischen der Elektrode 12 und der Zündelektrode 13. Durch die Hochfrequenz-Zündanlage 15 wird nun einmalig ein Zündlichtbogen zwischen der Elektrode 12 und der Zündelektrode 13 gezündet, der dann wahrend des folgenden Betriebes der Anordnung zur thermischen Behandlung von Werkstücken dauernd brennt, so daß die Hochfrequenz-Zündanlage ausgeschaltet werden kann. Die Vorrichtung hat sich besonders bewährt für die Verwendung in einer Lichtbogenschweißanlage, insbesondere in einer modifizierten Wolfram-Inertgas-Schweißanlage. Die Anwendung bei ähnlichen Anlagen wie beispielsweise bei einer Plasma-Schweißanlage, bei der ebenfalls ein Lichtbogen zum Schweißen gezündet werden muß, ist mit gleich gutem Erfolg möglich. Durch den dauernd brennenden Zündlichtbogen wird eine sehr hohe Zündsicherheit für den Arbeitslichtbogen erreicht, was besonders für eine automatisierte Fertigung wichtig ist, da der Schweißbeginn hier exakt festliegen muß. Zündet die Schweißanlage nicht sofort oder unter Umständen gar nicht, so sind diese Teile unbrauchbar oder müssen nachbearbeitet werden. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der hierdurch entstehende Ausschuß bei normalen Schwcißanlagen mit Hochfrequenz-Zündung schon nach einer kurzen Betriebsdauer beträchtlich ist.

An Stelle der Hochfrequenz-Zündanlage 15 zum Zünden des Zündlichtbogens könnte beispielsweise auch eine Vorrichtung mit einem Kohlestift benutzt werden. Die Zündsicherheit dieser Hilfsanordrtung

ίο ist von untergeordneter Bedeutung, da dieser Zündvorgang nur einmal oder zumindest nur wenige Male am Tag erfolgen muß. Für die automatische Fertigung ist die Hochfrequenz-Zündung des Zündlichtbogens zu bevorzugen, auch wenn sie eine Zerstö-

rungsgefahr für die Dioden 28 bis 33 darstellt, die durch das Tiefpaßfilter 38 gesondert geschützt werden müssen.

Außer dem Lichtbogenschweißen kann die Erfindung auch mit Erfolg beispielsweise zur Erwärmung

xo oder zum Schneiden von Materialien verwendet werden.

In F i g. 2 ist eine Abwandlung der Erfindung dargestellt, wobei zwei getrennte Schweißvorgänge nebeneinander oder abwechslungsweise ablaufen. Die

as Vorrichtung enthält zwei Stromquellen 42 und 43, die mit ihrem Minuspol jeweils mit einer Elektrode 4<f bzw. 45 und mit ihrem Pluspol mit je einem Werkstück 46 bzw. 47 verbunden sind. Die Elektrode 44 liegt weiterhin an der Anode einer Diode 47, die Elektrode 45 an der Anode einer Diode 49, deren Kathoden miteinander verbunden sind und gemeinsam wiederum an der Drossel 39 des bei F i g. 1 bereits beschriebenen Tiefpaßfilters liegen. Die Hochfrequenz-Zündanlage 15 ist über einen Um-Schalter 50 wahlweise mit jeweils einer der beiden Zündvorrichtungen verbindbar, wobei ihr einer Ausgang wiederum an der Elektrode 44 bzw. 45, ihr anderer Ausgang an jeweils einer Zündelektrode 51 bzw. 52 liegt.

Weiterhin unterscheidet sich die Zündvorrichtung gemäß F i g. 2 von der Anordnung nach F i g. 1 dadurch, daß den beiden Elektroden jeweils ein getrennter Widerstand 53 bzw. 54 zum Einstellen und Begrenzen des Stromes des Zündlichtbogens zugeordnet ist. Beide Widerstände 53 und 54 sind jeweils wiederum durch ein Potentiometer 55 bzw. 56 überbrückt, denen je ein Relais 57 bzw. 58 zugeordnet ist. Die Einzelfunktionen der f orallelliegenden Schaltungsteile sind die gleichen wie bei der Anordnung gemäß F i g. 1, wehalb auf nähere Erläuterungen hier verzichtet werden kann. Wesentlich bei dieser Anordnung sind die beiden Dioden 48 und 4$ zum Entkoppeln der beiden Stromquellen 42 und 43 Querströme — z. B. von der Stromquelle 42 über dif

werkstückseitige Erdung, einen bereits brennendei Hauptlichtbogen zwischen der Elektrode 45 und de Zündelektrode 52 und zurück zur Stromquelle 42 — werden durch die Dioden 48 und 49 verhindert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

2 161 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Zünden eines Gleicnstroralichtbogens mit einer in geringem Abstand von einer Hauptelektrode angeordneten,

in Reihe mit ihr an eine Gleicnspannungsquelle angeschlossenen Hilfselektrode für einen Hilfslichtbogen, der von einer Gleichrichter-Anordnung gespeist und durch ein Hochfrequenz-Zünd- gerät gezündet wird, das in den Stromkreis des HUfsüchtbogens eingeschaltet und von der Gleichrichter-Anordnung durch ein Tiefpaßfilter entkoppelt ist, dadurch gekennzeich net, daß das Hochfrequenz-Zündgerät (IS) ge- trennt von der Gleichstromquelle (10), die den Arbeits-Lichtbogen zwischen der Hauptelektrode (12) und dem Werkstück (11) speist, an einen besonderen Gleichstrom-Hilfslichtbogenkreis (13, 28 bis 41, 44, 45, 48 bis 58) angeschlossen ist, ao daß da* Tiefpaßfilter (38) in dem Hilfslichtbogenkreis angeordnet ist, und daß die Drossel (39) des Tiefpaßfilters nach dem Abschalten des Hochfrequenz-Zündgerätes elektrisch überbrückt (41) wird. »5

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündlichtbogen von einem Drehstromnetz (18) über einen Drehstrom-Transformator (,25) und eine Drehstrom-Gleichrichterbrückenanordnung (26) gespeist wird.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (39) des Tiefpaßfilters (38) nach ^:em Zünden des Zündlichtbogens durch einen Relais-Ruhekontakt (41) tiberbrückt wird, welcher geschlossen ist, wenn die Stromversorgung der Hochfrequenz-Zündanlage (15) unterbrochen ist.

4. Schaltanordnung nach einem der Anfprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehstromnetz (18) durch einen Fehlerstrom-Schutzschalter (27) abgesichert ist.

5. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis des Zündlichtbogens ein veränderbarer Strombegrenzungs-Widerstand (35; 53, 54) eingeschaltet ist.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzungswiderstand (35; 53, 54) durch ein Potentiometer so (36; 55, 56) überbrückt ist, an das eine Kontrolleinrichtung angeschlossen ist.

7. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Lichtbogen-Schweißanlage, insbesondere in einer WIG-(Wolfram-Inert-Gas-)Schweißanlage.

δ. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (13; 51, 52) als Schweißdüse ausgebildet ist.

9. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr von je einer getrennten Stromquelle (10; 42, 43) gespeiste Elektroden (12; 44, 45) parallel an die Gleichspannungs-Anlage (14) angeschlossen sind, und daß zwischen jeden Elektrodenanschluß und deren Verbindungspunkt mit der Gleichspannungs-Anlage je eine Diode (48,49) eingeschaltet ist.

10. Schaltanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (48, 49) zwischen die getrennten Anschlüsse einer gemeinsamen Hochfrequenz-Zündanlage (15) und die zum gemeinsamen Tiefpaßfilter (38) der Gleicbspannungs-Anlage (14) gehörende Drossel (39) mit Durchlaßrichtung entsprechend dem Drehstrora-Brückengleicbrichter (26) geschaltet sind.