DE2316869A1 - Hochfrequenz-zuendspannungsgenerator - Google Patents

Hochfrequenz-zuendspannungsgenerator

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DE2316869A1
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Germany
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transformer
voltage generator
diode
welding
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DE2316869A
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Eduard Sliva
Hermann Trattner
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Siemens AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073Stabilising the arc
    • B23K9/0738Stabilising of the arc by automatic re-ignition means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/067Starting the arc
    • B23K9/0672Starting the arc without direct contact between electrodes
    • B23K9/0673Ionisation of the arc gap by means of a tension with a step front (pulses or high frequency tensions)

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Description

Hochfrequenz-Zündspannungsgenerator
Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Zündspannungsgenerator für das berührungslose Zünden eines von einer Schweißstrosquelle gespeisten Schweißlichtbogens zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück, bestehend aus einem Priniärstromkreis, in dem die impulsgesteuerte Entladung eines von einer Zündstromquelle aufgeladenen Speicher-Pionäensatcrs über die Primärwicklung eines Transformators erfolgt: imd einem dem Schweißstromkreis überlagerten SekundärStromkreis, in dem die Sekundärwicklung des Transformators positive und negative Hochspannungsspitzen abgibt.
Beim Schweißen berührungsempfindlicher Werkstoffe ist eine sichere Zündung des Lichtbogens ohne jede Werkstückberührung erforderlich. Insbesondere beim.automatischen Punkten mit kleinsten Strömen und kurzen Schweißfolgen muß eine berührungslose Zündung zum gewünschten Zeitpunkt mit absolut gleichbleibender Intensität gewährleistet sein. Dies gilt auch' für das Maschinenschweißen mit sog. "fliegendem Start", bei dem der Lichtbogen εη einer bestimmten Verkstücks-ceile während einer bereits bestehenden Relativbewegung des Brenners zum Werkstück gezündet werden muß und schon geringe Zündverzögerungen zu erheblichen Fehlern führen.
Es ist bereits bekannt Lichtbogen durch Vorionisierung der Lichtbogenstrecke mittels Hochfrequenz-Funkenentladungan zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück zu zünden. So wird in der PS 351 094 vorgeschlagen, einen Kondensator durch einen Funkeninduktor aufzuladen und über eine Funkenstrecke und die Primärwicklung eines Transformators zu entladen, wobei die Funkenstrecke als spannungsabhängiger
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Schalter wirkt.. In der zwischen Schweißstromquelle und Elektrode in Reihe geschalteten Sekundärwicklung des Transformators werden dadurch Hochspannungsspitzen induziert, welche über die Schweißstromquelle und einen der Schweißstromquelle parallel geschalteten Kondensator oder Widerstand zu einer Funkenentladung zwischen Elektrode und Werkstück führen. Eine gleichbleibende Intensität der Funkenentladung zwischen Elektrode und Werkstück und eine genaue Festlegung des Zündzeitpunktes ist bei dieser Einrichtung jedoch nicht möglich; der mechanische Teil des Funkeninduktors arbeitet nicht hinreichend genau, auch ist die Höhe der Durchbruchspannung bei der. "Funkens tr ecke von den klimatischen Bedingungen stark abhängig.. Außerdem wird ein Teil der erzeugten Hochspannungspitzen durch die Schweißstroinquelle geleitet; dies führt zwangsläufig zu einem Leistungsverlust des Zündspannungsgenerators.
Ein zeitlich genau festgelegtes Einleiten der Zündung wird durch einen in der PS 956 16.5 beschriebenen Eiektronenröhrengenerator erreicht, bei dem die Primärwicklung eines Transformators parallel-zu einen Kondensator geschaltet und kapazitiv an einen Oszillator mit nachgeschalteter Verstärkerstufe angekoppelt ist. Die Sekundärwicklung des Transformators liegt im Schweißstromkreis in Reihe zwischen der Schweißstromquelle und der Elektrode, so daß die in ihr induzierten Hochspannungsspitzen über die Schweißstromquelle zu einer Funkenentladung zwischen Elektrode und Werkstück führen. Dieser Elektronenröhrengenerator ist .jedoch ausschließlich für die Zündung von Wechselstrom-Schweißlichtbogen ausgelegt und somit für das _Mikroschweißen mit Gleichstromschweißlichtbogen nicht anwendbar. Außerdem ist der Einsatz von Elektronenröhren aufwendig und teuer und eigne.t sich. nicht für kleine und handliche Tischgeräte wie sie für das; Mikrpschweißen erwünscht sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe" zugrunde, einen einfach und handlich aufgebauten Hochfrequenz-Zündspannungs-
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generator zu schaffen, welcher für das WIG-Schweißen, insbesondere das Mikroschweißen geeignet ist; auch soll die Zündung des Schweißlichtbogens zum gewünschten Zeitpunkt mit absolut gleichbleibender Intensität erfolgen. Ferner ist es wesentlich, daß die Hochfrequenzimpulse der Schweißstromstrecke derart überlagert werden, daß einerseits keine nennenswerten Hochfrequenzverluste auftreten und andererseits die Schweißstromquelle nicht geschädigt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Hochfrequenz-Zündspannungsgenerator der eingangs genannten Art der Sekundärstromkreis parallel zum Schweißstromkreis und eine die positiven Hochspannungsspitzen kurzschließende Ableit-Diode der Schweißstromstrecke parallel geschaltet ist.
In bevorzugter Ausführungsform der .Erfindung ist der Sekundärstromkreis über eine Schutz-Diode mit dem SchweißStromkreis gekoppelt.
Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, daß in der Zuleitung zur Elektrode zwischen der Schutz-Diode und der Sekundärwicklung des Transformators ein Schutz-Kondensator geschaltet ist.
Vorteilhaft ist die Ableit-Diode in Form einer Diodenstrecke ausgebildet und jeder einzelnen Diode ein Widerstand parallel geschaltet.
Vorzugsweise ist ein Thyristor mit dem Speicher-Kondensator und der Primärwicklung des Transformators in Reihe geschaltet und schließt bei seiner Ansteuerung den Speicher-Kondensator über die Primärwicklung des Transformators kurz.
Die Ansteuerung des Thyristors erfolgt vorteilhaft durch einen
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Rechteckgenerator mit nachgeschaltetem Signalumformer.
Ein einfacher und raumsparender Aufbau des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Zündspannungsgenerators ist dadurch gegeben, daß auf einer Basisplatte ein Netztransformator der Schutz-Kondensator, der Transformator, ein Widerstand und eine Steckverbindung angeordnet sind, wobei die Steckverbindung mit einer Schaltungsträgerplatte verbunden ist.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 die schematische Darstellung eines Hochfrequenz-Zündspannungsgenerators gemäß der Erfindung, Figur 2 die schematische Darstellung der Ableit-Diode in Form einer Diodenstrecke, . __ ... ■ ■
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten Hochfrequenz-Zündspannungsgenerators.
Figur 1 zeigt einen primärseitig an das Netz angeschlossenen Netztransformator 1, welchem sekundärseitig eine Diodenbrücke 2 als Gleichrichter nachgeschaltet ist. Der negative Ausgang der Diodenbrücke 2 liegt an I4asse. Zwischen dem positiven Ausgang und Masse sind ein einstellbarer Widerstand 3, ein Speicher-Kondensator 4 und die Primärwicklung eines Transformators 5 in Reihe geschaltet. Dadurch wird der Speicher-Kondensator 4 aufgeladen. Ein Thyristor 6, dessen Steuerelektrode über einen Schalter 7 und einen Signalumformer 8 an einem Rechteckgenerator 9 anliegt, schließt bei seiner Ansteuerung den Speicher-Kondensator 4 über die Primärwicklung des Transformators 5 kurz. Zum gewünschten Zündzeitpunkt wird der Schalter 7 geschlossen, so daß die umgeformten Spannun.gsimpulse des Rechteckgenerators 9 an der Steuerelektrode des Thyristors 6 wirksam werden und zu Entladungen des Speicher-Kondensators 4 über den Thyristor 6 und die Primärwicklung des
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Transformators 5 führen. Durch diese Entladungen und die nachfolgenden elektrischen Schwingungen v/erden in der Sekundärwicklung des Transformators 5 negative und positive Hochspannung sspitzen induziert. Der für die Zündung unbrauchbare p'ositivs Anteil der Hochspannungsspitzen fließt über einen Widerstand 10 und eine Ableit-Diode 11 gegen Masse ab, wobei der Widerstand 10 zum Schutz der Ableit-Diode 11 dient. Der negative Anteil der Hochspannungsspitzen gelangt in den Sekundärstromkreis, in welchem die Sekundärwicklung des Transformators 5, ein Schutz-Kondensator 12 und die Elektrode 13 in Reihe geschaltet sind. Dadurch wird zwisehen der Elektrode 13 und dem Werkstück 14 ein laufender Funkenüberschlag erreicht. Die Elektrode 13 und das Werkstück 14 sind auch in Reihe im Schweißstromkreis an den negativen Pol 15 bzw. den positiven Pol 16 der Schweißstromquelle angeschlossen. In Reihe zwischen die Elektrode 13 und den negativen Pol 15 der Schweißstromquelle ist eine Schutz-Diode 17 geschaltet. Diese Schutz-Diode 17 läßt einerseits den Schweißstrcm ungehindert durchfließen und sperrt andererseits die Schweißstromquelle gegenüber dem negativen Anteil der Hochspannungsspitzen ab und verhindert somit eine Schädigung des Gleichrichters der Schweißstromquelle. Der bereits erwähnte Schutz-Kondensator 12 ist für die Hochfrequenzinipulse durchlässig, verhindert jedoch, daß der zum Schweißen dienende Gleichstrom durch die Sekundärwicklung des Transformators 5 fließt und damit, die Leistung der Schweißs-tromquelle herabsetzt . /
In der Figur 2 ist die Ableit-Diode 11 der Figur 1 in Form einer aus mehreren einzelnen Dioden 17 zusammengesetzten Diodenstrecke dargestellt. Jeder einzelnen Diode 17 ist ein Widerstand 18 parallel geschaltet, womit die gesamte Spannung auf die Diodenstrecke gleichmäßig verteilt und eine Zerstörung der einzelnen Dioden 17 in Form einer Kettenreaktion verhindert wird.. Die Verwendung einer Diodenstrecke ist dem Einsatz einer einzigen
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für sehr hohe Spannungen ausgelegten und somit teueren AbIeIt-Diode vorzuziehen.
Figur 3 zeigt eine Basisplatte 19» auf welcher ein Netztransformator 1 , ein Schutz-Kondensator 12, ein Transformator und ein Widerstand 10 "befestigt sind. An dem Transformator 1 ist eine Steckverbindung 20 befestigt, welche zusammen mit einer Schaltungsträgerplatte 21 eine Baueinheit bildet. Auf dieser Schaltungsträgerplatte 21 sind die übrigen Schaltungselemente des Hochfrequenz-Zündspannungsgenerators angeordnet. Die Vorteile dieser Bauweise liegen in dem einfachen, raumsparenden Aufbau, der leichten Montage und der Zugänglichkeit der auf der Schaltungsträgerplatte 21 angeordneten Schaltungselemente.
7 Patentansprüche
3 Figuren
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    .yHochfrequenz-Zündspannungsgenerator für das berührungslose Zünden eines von einer Schwe iß stromquelle gespeisten Schweißlichtbogens zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und einem Werkstück, bestehend aus einem PrimärStromkreis, in dem die impulsgesteuerte Entladung eines von einer Zündstromquelle aufgeladenen Kondensators über die Primärwicklung eines Transformators erfolgt und einem dem SchweißStromkreis überlagerten SekundärStromkreis, in dem die Sekundärwicklung des Transformators positive und negative Hochspannungsspitzen abgibt, dadurch gekennzeichnet , daß der SekundärStromkreis parallel zum SchweißStromkreis und eine die positiven Hochspannungsspitzen kurzschließende Ableit-Diode (11) der Schweißstromstrecke parallel geschaltet ist.
  2. 2. Hochfrequenz-Zündspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der SekundärStromkreis über eine Schutz-Diode (17) mit aem SchweißStromkreis gekoppelt ist.
  3. 3. Hochfrequenz-Zündspannungsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß in der Zuleitung zur Elektrode (13) zwischen der Schutz-Diode (i7) und der Sekundärwicklung des Transformators (5) ein Schutz-Kondensator (12) geschaltet ist.
  4. 4. Hochfrequenz-Zündspannungsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Ableit-Diode (11) in Form einer Diodenstrecke ausgebildet und jeder einzelnen Diode ein Widerstand parallel geschaltet ist.
  5. 5. Hochfrequenz-Zündspannungsgenerator nach einem der vor-VPA o/3/9n/^
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    hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein Thyristor (6) mit dem Speicher-Kondensator
    (4) und der Primärwicklung des Transformators (5) in Reihe geschaltet ist und bei seiner Ansteuerung den Speicher-Kondensator (4) über die Primärwicklung des Transformators
    (5) kurzschließt.
  6. 6. Hochfrequenz-Zündspannungsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Thyristor (6) durch einen Rechteckgenerator (9) mit nachgesehaltetem Signalumformer (8) angesteuert ist.
  7. 7. Hochfrequenz-Zündspannungsgenerator nach Anspruch 6S dadurch gekennzeichnet , daß auf einer Basisplatte (19) ein Netztransformator (i), der Schutz-Kondensator (12), der Transformator (5) ein Widerstand (10) und. eine Steckverbindung (20) angeordnet sind, v/obei die Steckverbindung (20) mit einer Schaltungsträgerplatte (21) verbunden ist.
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    AO9842/0586
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GB787674A GB1436924A (en) 1973-04-04 1974-02-21 Arc-welding apparatus
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CH408974A CH572783A5 (de) 1973-04-04 1974-03-25
BR2632/74A BR7402632D0 (pt) 1973-04-04 1974-04-03 Gerador aperfeicoado para tensao de ignicao por alta frequencia
JP49038428A JPS49129653A (de) 1973-04-04 1974-04-04
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ATA197374A (de) 1975-10-15
CH572783A5 (de) 1976-02-27
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