DE2420105A1 - Schweisstromquelle - Google Patents

Description

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Α196-Ο3

25. April 1974

IiATStJSHITAELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka, Japan

Schweiß stromguelie

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweiß stromquelle zur Erzeugung eines Schweißstroms aus einem einphasigen Wechselstromeingang und hat die Schaffung einer Schweißstromquelle zur Aufgabe, mit .der eine maschinelle Schweißung, beispielsweise eine Kohlendioxid-Gasbogenschweißung, ebenso einfach und leicht vorgenommen werden kann wie bei Verwendung einer Stromquelle, die den Schweißstrom aus einem dreiphasigen Wechselstromeingang erzeugt.

Falls mit umhüll tem Schweißstab gearbeitet wird oder falls eine Schutzgasschweißung mit Wolframelektroden vorgenommen wird, benutzt man im allgemeinen eine Schweißgleichstromquelle , die den Schweißstrom aus einem einphasigen Wechselstromeingang erzeugt, wohingegen beim maschinellen Schweißen, wie etwa bei einer Kohlendioxid-Gasbogenschweißung, bislang mit einer Schweißgleichstromquelle zur Erzeugung von Schweißstrom aus einem dreiphasigen flfech se Istromeingang gearbeitet wurde, um einen Ausgangsspannungsverlauf mit möglichst

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liehst geringer Wenigkeit zu erhalten.

Bei einer Schweißgleichstromquelle, die den Schweißstrom aus einem einphasigen Wechselstromeingang erzeugt, müssen in dieser oder jener Weise Vorkehrungen getroffen werden, um die Welligkeit des Ausgangsspannungsverlaufs zu verringern. In Fig. 1 ist der elektrische Schaltungsaufbau einer nach dem Stand der !Technik bekannten Schweiß stromquelle gezeigt. Die Bezugszahl 1 bezeichnet hier einen Transformator, der eine veränderliche Ausgangs spannung oder einen veränderlichen Ausgangsstrom zu liefern vermag, mit den Bezugszahlen 2, 3 und 4 sind die Primärwicklung bzw. der Kern und die Sekundärwicklung eines Schweißtransfοrmators T bezeichnet, die Bezugszahl 5 bezeichnet einen Gleichrichter, die Bezugszahl 6 einen Glättungskondensator und die Bezugszahl 7 eine Glättungsdrossel. Mitunter kann statt des Transformators 1 und des Schweißtransformators T in Fig. 1 vorgesehen sein, nur einen einzigen Transformator zu verwenden. Der in Fig. 1 dargestellte Glättungskondensator 6 hat meistens eine Kapazität in der Größenordnung von zehntausend bis hunderttausend Mikrofarad.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer nach dem Stand der Technik bekannten Schweiß stromquelle;

Fig. 2 den Schweiß spannungs- und Schweiß stromve rl auf bei der in Fig. 1 gezeigten Stromquelle *

Fig. 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sehweißstromquelle;

Fig. 4 und 5 schematische Ansichten der bei der erfindungsgamäßen Stromquelle vorgesehenen Drosseln» und

Fig. 6 ein Schaltbild des wesentlichen Teils der in Fig. 3 dargestellten Stromquelle.

Die Schweiß spannung und der Schweiß strom, die von der Stromquelle der Fig. 1 bei der Vornahme einer Kohlendioxid-Gasbogenschweißung im sog« Kurzschlußübergangsbereich unter etwa 250 Ampere geliefert werden, haben den in Fig. 2 gezeigten Verlauf. Falls die Kapazität des Glättungskondensators 6 und die Induktivität der Glät-

tungs drossel

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tungsdrossel 7 in dem Schaltungsaufbau der Fig. 1 gering sind, kommt es in dem in Fig. 2 wiedergegebenen Schweißspannungs- und -stromverlauf zu einer starken helligkeit. An einem Hügelteil der Schweiß spannung wie dem mit Va "bezeichneten hat in diesem Fall auch der Schweißstrom einen hohen TSert, wie dies bei Ib angedeutet ist, so daß das Produkt, d.h. die Leistung, ebenfalls hoch ausfällt, was leicht eine Überhitzung des Schweiß stück s und ein starkes Verspritzen zur Folge hat. Falls der Kurzschluß des Schweißdrahts mit dem Grundmetall gerade in einer Talsohle der Schweiß spannung erfolgen sollte, wie sie bei Vb gezeigt ist, so wird ein ungenügender Schweißstrom Ie erhalten, während am Spitzenwert der nächsten Spannungswelle ein überhöhter Kurzschlußstrom fließt, was ebenfalls zu einem starken Spritzen führt. Sind die Kapazität des Glättungskondensators 6 und die Induktivität der Glättungsdrossel 7 größer, so erhält man flachere Ausgangsverläufe. Doch sind in diesem Fall die Anstiegsgeschwindigkeit und die Spitze des Kurz schluß ströme zum Zeitpunkt des Kurzschlusses zwischen dem Schweißdraht und dem Grundmetall wegen der Drossel 1 kleiner, wie dies bei Ic angedeutet ist. Zu diesem Zeitpunkt läßt sich daher eine glatte Aufbringung des geschmolzenen Schweißmetalls auf das Grundmetall nicht erzielen, was besonders beim Stumpfschweißen sehr lästig ist.

Man hat diesem Mangel dadurch abzuhelfen gesucht, daß unter Verwendung eines Gemisches von Kohlendioxidgas und Argongas geschmolzenes Schweißmetall auf das Grundmetall aufgesprüht wurde. Bas Arbeiten mit Argongas ist jedoch aufwendig. Zudem ist auch die nötige Einstellung des Mischverhältnisses umständlich. Es wurde auch die Möglichkeit ins Auge gefaßt, die Kapazität des Glättungskondensators und die Induktivität der Glättungsdrossel entsprechend dem Schweißstrom so zu ändern, daß im Hinblick auf den Zyklus der Aufbringung des geschmolzenen Schweißmetalle Resonanz erzielt wird. Eesonanz ist jedoch nur schwer zu erzielen und dies ist daher unpraktisch.

Durch die Erfindung soll Abhilfe für die obigen Mangel geschaffen werden, die bei den nach dem Stand der Technik bekannten Anordnungen zu verzeichnen sind, und eine Ausführungsform der Erfindung soll nun in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben werden, in der diejenigen Bauteile, die den in Fig. 1 gezeigten entsprechen, mit

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den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie dort.

In Fig. 3 ist mit der Bezugszahl 8 eine Drossel mit geschlossenem Magnetkreis bezeichnet, mit der Bezugszahl 9 hingegen eine Drossel mit offenem Magnetkreis. In Fig. 4 ist die Drossel 8 dargestellt, deren Magnetkreis geschlossen ist. Der in Fig. 4 gezeigte Anschluß A dieser Drossel ist an den einen gleiehstromseitigen Anschluß des Gleichrichters 5 gelegt, während der Anschluß B über den Kondensator 6 an den anderen gleiehstromseitigen Anschluß des Gleichrichters 5 gelegt ist. Der Anschluß C ist mit der Drossel 9 verbunden, die in ihren Einzelheiten in Fig. 5 dargestellt ist.

Im Rahmen der Erfindung kommt der in Fig. .4 gezeigten Drossel 8 eine wesentliche Bedeutung zu. Ihre beiden Wicklungen 10 und 11 sind gegensinnig gewickelt. Fließt durch diese Drossel 8 ein Strom von dem Anschluß A zum Anschluß B, so erscheint in dieser Drossel eine Spannung V,_. Bei diesem Strom ändert sich der Kraftfluß

A-D

durch den Kern 12 so, daß zwischen den Anschlüssen A und G eine Spannung Y „ induziert wird. Falls die Wicklungen 10 und 11 die gleiche Windungszahl haben, so gilt

I^VAbI = I ⁷AC

Da die Polarität von V,^ und V._ entgegengesetzt ist, ist die Poten-

Aß Ao

tialdifferenz zwischen den Anschlüssen B und C Null.

In der Schaltungsanordnung der Fig. 6 ist somit

⁷AB⁺⁷C = ⁷AB ⁺⁷Aus' ^d idthin

V=V
C ^vAus

Dies bedeutet, daß unbeschadet der Änderungen des Lade- und Entlade zustande s des Kondensators 6, die durch die über den Gleichrichter 5 zugeführte Eingangs Quellenspannung und durch die Anschluß spannung V über dem Kondensator bedingt sind, in jedem Fall

V=V
C ^vAus

Da der Kondensator 6 über die Drossel der Fig. 4 aufgeladen und entladen wird, sind die bei Schwankungen der Eingangsspannung auftretenden Schwankungen der Kondensator spannung V- und folg-

lieh

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lieh auch die Schwankungen der Ausgangs spannung V^₁₁₃ gering.

Praktisch ist die magnetische Kopplung zwischen den Wicklungen 10 und 11 nicht vollkommen, und die Wicklungen 10 und 11 wirken als Drossel zur Unterdrückung des Wellenstroms. Die Welligkeit der Ausgangs spannung V wird also im Vergleich zur Welligkeit der

Au s

Kondensator spannung V verringert.

Bei der Kohlendioxid-Gasbogenschweißung muß der Strom zum Zeitpunkt der Kurzschließung des Drahtes stärker werden. Falls das Kurzschließen des Drahtes erfolgt, während der Kondensator aufgeladen wird, so wird der Drossel wicklung 10 in Fig. 4 erfindungsgemäß infolge einer Verringerung von V unvermittelt die Spannung V._ zugeführt, während gleichzeitig in der Wicklung 11 die Spannung V^₀ induziert wird. Das Laden des Kondensators 6 wird also unterdrückt, so daß der Arbeitsstrom zunimmt. Falls der Draht während der Entladung des Kondensators kurzgeschlossen wird, erscheinen zwar die Spannungen V_1x, und V,„ in ähnlicher Weise, doch heben sie einander auf, A-D Al»

da ihre Polarität entgegengesetzt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kondensator daher ohne Behinderung schnell entladen. Wann auch immer die Kurzschließung des Drahtes erfolgen mag, so kann also in jedem Fall eine unvermittelte Zunahme des Kurzschluß stromes sichergestellt werden. Die Große der vorerwähnten Welligkeit und die An stiege charakteristik des Stroms zur Zeit der Kurz Schließung des Drahtes stehen in einer Beziehung zu dem Kopplungsgrad zwischen den Wicklungen 10 und 11. Ist der Kopplungsgrad zu schwach, so verläuft der Anstieg des Stromes zur Zeit der Kurz Schließung des Drahtes langsam, wiewohl die Welligkeit gering ist. Bs muß daher eine hinreichende Kopplung zwischen den beiden Wicklungen gewährleistet sein.

Es ist ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Schaltung, daß der Kondensator zum Zeitpunkt der Wiederzündung des Bogens nach Beendigung des Drahtkur ζ Schlusses schneller aufgeladen werden kann, da die Kondensator spannung beim Kurzschließen des Drahtes verringert wird. Zur Verfügbarmachung eines stärkeren Ladestroms wird der Arbeitsstrom verringert. Einer plötzlichen Ausdehnung des den Bogen umgebenden Gases beim Wiederzünden, bedingt durch die Bogenhitze, kann somit entgegengewirkt werden, so daß das Verspritzen ein-

ge dämmt

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gedämmt wird. Im Rahmen der Erfindung kann mit einem Glättungskondensator mit einer Kapazität von 50000 Mikrofarad ein Leisirungsverhalten erzielt werden, das dem einer Gleichstromquelle mit Dreiphasen-Vollweggleichrichtung durchaus vergleichbar ist.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird durch die Erfindung eine Stromquelle geschaffen, die ohne weiteres die Vornahme einer maschinellen Schweißung wie beispielsweise einer Kohlendioxid-Gasbogenschweißung unter Zuhilfenahme eines einphasigen Wechselstromeingangs gestattet, so daß der Einbauaufwand für die Stromquelle gering gehalten werden kann und eine mühelose Handhabung gewährleistet ist, wobei die Notwendigkeit entfällt, eine Einstellung der Induktivität und der Kapazität je nach dem Mischungsverhältnis des den Bogen umhüllenden Gases oder eine Einstellung des Schweißstroms vorzunehmen, wie dies bei den bekannten Anordnungen zum Lichtbogenschweißen erforderlich war.

überdies hat sich gezeigt, daß bei der Anwendung der Erfindung auf eine Gleichstromquelle mit Breiphasengleichrichtung, bei der die Ausgangs spannung durch Steuerung des Stromfluß winke Is eines !Thyristors einstellbar ist, eine ebenso einwandfreie und zuverlässige Schweißung ermöglicht wird wie im Fall der Einphasengleichrichtung, obwohl die Ausgangs spannung eine stärkere Welligkeit zeigt.

Patentansprüche

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Schweiß stromquelle mit einem mit der Sekundärseite eines Schweißtransformators verbundenen Gleichrichter, gekennzeichnet durch eine erste Drossel (8) mit geschlossenem Magnetkreis, wobei diese erste Drossel (8) zwei Wicklungen (lO, 11) mit entgegengesetztem Wicklungssinn aufweist und wobei der Yerbindungspunkt zwischen den beiden Wicklungen (lO, 11) mit dem einen Ausgangsanschluß des Gleichrichters (5) verbunden ist, und eine zweite Drossel (9) mit offenem Magnetkreis, wobei diese zweite Drossel (9) mit dem anderen Ende der anderen Wicklung (ll) verbunden ist und wobei zwischen einem mit dem anderen Ende der zweiten Drossel (9) verbundenen Ausgangsanschluß und dem anderen, mit dem Yerbindungspunkt zwischen dem Gleichrichter (5) und dem Kondensator (6) verbundenen Ausgangsanschluß ein Bogen erzeugbar ist.
2. 2. Schwe iß stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Schwe iß transformators (τ) an eine Einphasen-We chsei stromquelle gelegt ist.

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