DE2449557B1

DE2449557B1 - Schaltanordnung zum stabilisieren und zuenden von schweisslichtboegen durch zuendimpulse

Info

Publication number: DE2449557B1
Application number: DE19742449557
Authority: DE
Inventors: Max Gillitzer; Franz Tajbl
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Lincoln 6230 Frankfurt De GmbH
Priority date: 1974-10-18
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1976-03-25
Also published as: DE2449557C2; FR2287964B1; BE834418A; JPS5946710B2; GB1513408A; US4061899A; BR7506823A; ATA673475A; ZA756259B; CH609600A5; SE7510471L; NL172415B; NL7512210A; IT1042948B; NL172415C; JPS5164445A; FR2287964A1; AT346433B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Stabilisieren eines Wechselstromschweißlichtbogens sowie zum Zünden eines Wechsel- oder Gleichstrom-Schweißlichtbogens, wobei Zündimpulse wechselnder Polarität zwischen Elektrode und Werkstück übergehen, die durch eine stoßartige Entladung mindestens eines Zündkondensators erzeugt werden, der einerseits mit einer aufeinanderfolgende Stromhalbwellen erzeugenden Ladestromquelle verbunden ist und andererseits in einem Entladekreis liegt, der mindestens einen steuerbaren Schalter sowie die Primärwicklung eines sekundärseitig an Elektrode und Werkstück angekoppelten Impulsübertragers enthält.

Es ist bekannt, beim Schweißen mit Wechselstrom eine Hochfrequenzspannung der Schweißspannung zu überlagern. Diese verhältnismäßig große zusätzliche Spannung bewirkt ein sicheres Wiederzünden bei jedem Nulldurchgang der Schweißwechselspannung und stabilisiert hierdurch den Lichtbogen. Daneben wird diese Hochfrequenzspannung bekanntlich auch zum Zünden von Wechsel- oder Gleichstromschweißlichtbögen verwendet. Der besondere Vorteil eines derartigen Zündverfahrens ist darin zu sehen, daß die Elektrode dem Werkstück zum Zünden des Lichtbogens nur auf eine Entfernung von beispielsweise bis 4 mm genähert zu werden braucht, ohne daß eine direkte Berührung von Elektrode und Werkstück erforderlich ist.

Derartige Hochfrequenzspannungen, die dem Lichtbogen dauernd überlagert werden, rufen jedoch Funk- und Fernsehstörungen hervor, die oft über das behördlich zulässige Maß hinausgehen. Dieser Nachteil hat die Entwicklung von Verfahren und Einrichtungen begünstigt, bei denen zum Stabilisieren und Zünden von Schweißlichtbögen nur eine kleine Anzahl von Zündimpulsen im jeweils richtigen Zeitpunkt zwischen Elektrode und Werkstück übergeht.

Beim Schweißen mit Wechselstrom wurde beispielsweise durch eigens für diesen Zweck entwickelte Schaltungen erreicht, daß die Zündimpulse jeweils in gleicher Anzahl unmittelbar nach dem Nulldurchgang der Schweißwechselspannung übergehen können (DT-PS 10 02 597 und 10 61 006). Bei diesen bekannten Einrichtungen zum Stabilisieren und Zünden von Schweißlichtbögen werden Zündkondensatoren verwendet, die über einen als Funkenstrecke ausgebildeten Schalter stoßartig über Elektrode und Werkstück entladen werden. Die Zündimpulse haben hierbei stets die gleiche Polarität wie die zu zündende Halbwelle der Schweißwechselspannung. Die Energie für die Zündimpulse zum Stabilisieren von Wechselstromlichtbögen wird bei diesen bekannten Verfahren dem Schweißstromkreis entnommen, da die zeitliche Steuerung der Zündimpulse auf diese Weise am einfachsten zum zeitlichen Ablauf der Schweißspannung in Beziehung gesetzt werden kann.

Die zuletzt beschriebenen Verfahren zum Stabilisieren und Zünden von Schweißlichtbögen haben sich in der Praxis bewährt und genügen auch hinsichtlich der Funk- und Fernsehstörungen den behördlichen Vorschriften. Sie haben jedoch auch einige Nachteile, deren Beseitigung wünschenswert erscheint.

Hierbei ist die Frage der Energieversorgung für die Erzeugung der Zündimpulse von Bedeutung. Die Energie wird, wie bereits erwähnt, dem Schweißstromkreis entzogen. Diese Verfahrensweise kann störende Rückwirkungen auf den Schweißstromkreis hervorrufen.

Ein anderer Nachteil der bekannten Einrichtungen ist in dem ziemlich raschen Verschleiß der im Entladekreis des Zündkondensators verwendeten Schalter (Funkenstrecken) zu sehen, die stets der Belastung durch die gesamte Zündimpulsenergie ausgesetzt sind. Es ist deshalb notwendig, diese Bauelemente nachzustellen oder auszuwechseln. Weiterhin ist es erforderlich, die gesamte Schalteinheit, mit der die Zündimpulse erzeugt werden, für die volle Zündspannung auszulegen. Dies hat einen verhältnismäßig großen Aufwand und — zusammen mit dem Verschleiß der Schalter — eine Verteuening.der Einrichtung zur Folge.

Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile sind aus der DT-AS 1615 363 sowie der DT-AS 19 37 879 Schaltanordnungen bekannt, bei denen der Zündkondensator einerseits parallel zu einer Ladestromquelle und andererseits in einem Entladekreis liegt, der mindestens einen steuerbaren Schalter (Halbleiter) enthält. Derartige Einrichtungen sind vor allem im Hinblick auf die Zündimpulserzeugung besonders vorteilhaft.

Darüber hinaus ist aus der DT-OS 22 35 751 eine Einrichtung bekannt, bei der mit zwei steuerbaren Halbleitern und zwei Zündkondensatoren Zündimpulse wechselnder Polarität erzeugt werden. Die in der DT-OS 22 35 751 sowie der DT-PS 1002097 und 1061006 beschriebenen, wechselnde Zündimpulse abgebenden Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die während der Kondensatorentladung

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— also während der Zündimpulserzeugung — im Im- ter zugeordnet ist, während die zweite Primärteilpulsübertrager gespeicherte Energie zu einem un- wicklung in einem zweiten Enüadestrompfad angekontrollierbaren, gedämpften Ausschwingen des ordnet ist, der den zweiten Schalter und den Gleich-Zündimpulses führt. Dies ist jedoch insbesondere in richter in Reihenschaltung aufweist (Fig. 1 und 2). bezug auf die geltenden Vorschriften betreffend 5 Eine andere bevorzugte Ausführungsform der ErFunk- und Fernsehstörungen von Nachteil, da durch f indung, bei der der Zündkondensator an einer Wechdas Ausschwingen Störungen auf benachbarte Über- selstrom-Ladestromquelle angeschlossen ist, sieht vor, tragungskanäle nicht zu vermeiden sind. daß im Entladestromkreis je einer von zwei Gleich-Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltanord- richtern in Reihe mit je einem von zwei Schaltern nung der eingangs genannten Art zu schaffen, die io und der Primärwicklung des Impulsübertragers andie obengenannten Nachteile nicht aufweist und die geordnet ist, und daß ferner im Entladestromkreis insbesondere so ausgebildet ist, daß die im Impuls- zwei Freilauf gleichrichter geschaltet sind, die in Reihe Übertrager gespeicherte Energie kernen Einfluß auf mit je einem der beiden Schalter sowie der Primärdas Ausschwingverhalten der Zündimpulse ausübt. wicklung liegen (F i g. 3 bis 6).

Die Erfindung besteht darin, daß zum Abbau der 15 Durch die Erfindung wird es ferner vorteilhaft während der Zündimpulserzeugung im Impulsüber- möglich, daß jeder der beiden pro Schweißwechseltrager gespeicherten Energie die Primärwicklung des stromhalbwelle entsprechend der Richtung dieser Impulsübertragers über je einen, den Schalter und Halbwelle verlaufenden Zündimpulse, der durch die einen Gleichrichter aufweisenden Entladestrompfad Entladung des Zündkondensators erzeugt wird, eine kurzgeschlossen ist. 20 Dauer im Bereich zwischen 0,3 und 3 μβ aufweist, Durch den Entladestrompfad wird der Vorteil er- wobei die kurzen Impulszeiten für Schweißstromreicht, daß die während der Impulserzeugung ge- drosseln von 400 bis 500 μΗ und Impulsspitzenspanspeicherte Energie keinen Einfluß auf das Aus- nungen von 3000 bis 4000V und die längeren Imschwingverhalten des Zündimpulses hat. Es ist somit pulszeiten (1 bis 10 μβ) für Schweißstromdrosseln von möglich, die vorteilhafte Ausbildung des Zündgerätes 25 400 bis 800 μΗ und Spitzenspannungen von 3000 in bezug auf den einfachen Aufbau sowie die einfache bis 6000 V maßgebend sind.

Impulserzeugung beizubehalten und darüber hinaus Da durch die Erfindung die gespeicherte magnedurch die einfache und kaum Mehrkosten verur- tische Energie im Impulsübertrager keinen Einfluß sachende erfindungsgemäße Ausbildung ausschwing- auf das Ausschwingen des Zündimpulses ausübt, also freie Zündimpulse zu erreichen, wobei die Zünd- 30 ein in kurzer Zeit auf den Wert Null abfallender, impulse die gleiche Polarität wie die zu zündende nicht ausschwingender Zündimpuls erreicht wird, ist Halbwelle besitzen. es ferner vorteilhaft möglich geworden, diesem Hoch-Ferner wird durch die Erfindung eine optimale spannungszündimpuls einen Niederspannungsimpuls Dimensionierung und Ausnutzung des Schalters mög- zu überlagern, der die Abfallzeit des Zündimpulses lieh, da — nicht wie bisher — die Größe der Aus- 35 kontrollierbar und einstellbar verlängert. Hierzu wird Schwingungen keinen Einfluß auf den Schalter aus- vorgeschlagen, daß im Sekundärkreis des Impulsübt. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Übertragers zur Erzeugung eines zweiten Niederspandie Schalter in bevorzugter Weise als Halbleiterbau- nungsimpulses in Reihenschaltung ein Kondensator elemente ausgebildet sind, da diese nunmehr — im und ein Widerstand vorgesehen ist.
Gegensatz zum Stand der Technik — in bezug auf 40 Der Kondensator und der Widerstand sind derart die Spannung doppelt so hoch ausnutzbar sind. So dimensioniert, daß die Zeit des Niederspannungsist dadurch vorteilhaft für Impulsleistungen von 10 impulses etwa im Bereich zwischen 10 und 50Mikrobis 15 A bei 7500V die Verwendung von schnell- Sekunden liegt.

schaltenden, relativ kleinen Thyristoren von schalt- Betreffend dem Kapazitätswert des Kondensators baren 4 bis 6 A bei 800 V für Thyristorimpulsströme 45 wird vorgeschlagen, daß dieser mindestens 4mal so von etwa 100 A möglich geworden. groß ist wie der Wert des Zündkondensators. Bei Unter Halbleiterbauelementen sollen vor allem Geräten mit Halbleiterbauelementen als Schalter ist Bauelemente wie Thyristoren, Thyristordioden, der Kapazitätswert vorzugsweise lOmal so groß wie Transistoren, Dynistoren, PUT u. dgl. verstanden der des Zündkondensators. Bei Geräten mit Funwerden. Die Erfindung ist selbstverständlich aber 50 kenstrecken weist der Kondensator einen Kapazitätsauch bei Einrichtungen vorteilhaft anwendbar, die wert im Bereich von 2 μΡ bis 16 μΡ auf.
als Schalter Funkenstrecken oder Röhren aufweisen. Durch den Niederspannungsimpuls wird der Vor-Darüber hinaus wird durch die Erfindung eine Über- teil erreicht, daß trotz der kurzen Hochspannungstragung der Rückschwingungen auf den Schweiß- impulszeit (etwa 0,3 bis 10 μβ), die im Hinblick auf Stromkreis vermieden, wodurch die Störungen auf 55 die geringen Störungen benachbarter Übertragungs-Funkübertragungskanäle nahezu völlig ausgeschlos- kanäle besonders vorteilhaft ist, eine relative lange sen sind. Zeit (etwa 25 μβ) für den Aufbau des Schweißlicht-

Bei einer Ausführungsfonn der Erfindung, bei der bogens zur Verfügung steht

der Zündkondensator mit einer einen Gleichstrom Weitere Einzelheiten, Vorteile und besondere Ausabgebenden Ladestromquelle in Verbindung steht, 60 bildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachwird vorgeschlagen, daß der eine Pol des Zündkon- folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen densators an einer Mittelpunktanzapfung einer zwei- sowie aus den Unteransprüchen,
teiligen Primärwicklung angeschlossen ist, während Im einzelnen veranschaulichen
die beiden Enden der Primärwicklungen über zwei Fig. 1 bis 7 verschiedene erfindungsgemäße Ein-Schalter mit dem zweiten Pol des Kondensators ver- 65 richtungen zum Stabilisieren und Zünden von Wechbunden sind, und daß weiterhin der ersten Primär- selstrom- oder Gleichstromschweißlichtbögen,
Wicklung ein erster Entladestrompfad mit in Reihe F i g. 8 a bis 8 d Stromverlauf im Entladekreis des geschaltetem ersten Schalter und einem Gleichrich- Zündkondensators während einer Periode des

Schweißwechselstromes bei Einrichtungen gemäß den Fig. 3 bis 6,

F i g. 9 den zeitlichen Verlauf des Zündimpulses.

In Fig. 1 ist eine Schweißwechselstromquelle 10, ein Werkstück 11, ein Brenner 12, eine Leistungseinheit 13 für die Impulserzeugung und eine Triggereinheit 14 a für die zeitliche Steuerung der Impulse dargestellt.

Die Leistungseinheit 13 ist eingangsseitig an die Schweißstromquelle 10 angeschlossen, und zwar über eine Ladestromquelle 15, die primärseitig mit dem Eingang der Stromquelle 10 in Verbindung steht. Diese Ladestromquelle 15 weist im wesentlichen einen Trenntransformator 16 auf, dessen Sekundärseite mit einem Brückengleichrichter 17 mit zugeordneter Glättungseinheit (Kondensator 18, Widerstand 19) verbunden ist. Durch diese Ausbildung der Ladestromquelle 15 wird ein Gleichstrom an einen der Ladestromquelle 15 parallelgeschalteten Zündkondensator 20 gelegt.

Der Zündkondensator 20 liegt in einem vom Gleichrichter 17 ausgehenden Zündkondensator-Ladekreis, der die Glättungseinheit 18,19, eine Ladedrossel 21 sowie eine Entstördrossel 22 enthält. Die

Drossel 22 dient dazu, den Stromanstieg. — so zu

verlangsamen, daß er unter dem höchstzulässigen Wert der verwendeten Thyristoren 23, 26 liegt.

Der Zündkondensator-Entladekreis besteht aus zwei Entladeteilkreisen für je eine Schweißstromhalbwelle, von denen der eine Entladekreis den Zündkondensator 20, die Entstördrossel 22, einen ersten Thyristorschalter 23 sowie eine erste Primärteilwicklung 24 eines Impulsübertragers 25, und von denen der andere Entladeteilkreis ebenfalls den Zündkondensator 20, die Entstördrossel 22 sowie einen zweiten Thyristorschalter 26 und eine zweite Primärteilwicklung 27 umfaßt.

Der Pluspol 28 des Zündkondensators 20 ist dabei über die Entstördrossel 22 an der Mittelpunktanzapfung 29 der zweiteilig getrennten Impulsübertrager-Primärwicklung 24, 27 angeschlossen. Die beiden Enden 30 bzw. 31 der Primärwicklungen 24 bzw. 27 stehen über die Thyristorschalter 23 bzw. 26 mit dem Minuspol 32 des Zündkondensators 20 in Verbindung. Dabei sind die Thyristoren 23 bzw. 26 so geschaltet, daß die Kathoden 33 bzw. 34 miteinander in Verbindung stehen.

Darüber hinaus ist der ersten Primärteilwicklung 24 ein erster Entladestrompfad zugeordnet, welcher in Reihenschaltung die Teilwicklung 24, den Thyristor 23 sowie den Gleichrichter 35 aufweist. Der zweiten Primärteilwicklung 27 ist ebenfalls ein Entladestrompfad zugeordnet, der die Teilwicklung 27, den zweiten Thyristor 26 sowie den Gleichrichter 35 in Reihenschaltung enthält. Durch diese Entladestrompfade wird erfindungsgemäß erreicht, daß die durch die Zündimpulserzeugung im Impulsübertrager 25 gespeicherte magnetische Energie nur über die kurzgeschlossenen Primärteilwicklungen 24, 27 entladen wird und daß keine Beeinflussung des Zündimpuls-Ausschwingens erfolgt.

Die Sekundärseite des Impulsübertragers 25 ist über Kondensator 85 und Widerstand 86 mit dem Schweißstromkreis verbunden.

Die Triggereinheit 14 α für die Thyristoren 23, 26 enthält einen primärseitig an der Schweißwechselspannung angeschlossenen Transformator 36, der zwei voneinander getrennte Sekundärwicklungen 37, 3§ aufweist, die mit Dioden 39 bzw. 40 und Potentiometern 41 bzw. 42 in Verbindung stehen. Die Dioden 39, 40 sind in Gegentaktschaltung angeord-S net. Jeder Abgriff der Potentiometer 41 bzw. 42 ist über Widerstand 46 und Steuerzündkondensator 47 mit einem spannungsabhängigen Schaltelement, beispielsweise einer Vierschichtdiode 43 bzw. 44, verbunden. Das über Widerstände 45 angepaßte Ausgangssignal der Diode 43 bzw. 44 dient als Triggerbzw. Schaltimpuls für die Thyristoren 23 bzw. 26. Mittels der Potentiometer 41, 42 ist der Beginn des Trigger- und damit des Zündimpulses sowie die Höhe der Arbeitsspannung, bei der beim Schweißen der Zündimpuls ausgelöst werden soll, für jede Halbwelle getrennt einstellbar.

Im Schweißstromkreis ist parallel zum Ausgang der Stromquelle 10 ein Kondensator 48 zum Schutz der Schweißstromquelle 10 vor Impulsspannungsspit-

ao zen vorgesehen. Ferner ist im Schweißkreis eine Kondensatorbatterie 49 angeordnet, die zur Kompensierung der beim Wechselstromschweißen von Aluminium auftretenden sogenannten Gleichrichterwirkung dient.

as Zur Ankopplung der Zündimpulse ist im Schweißkreis eine Drossel 50, vorzugsweise eine Ferritkerndrossel, vorgesehen. Als besonders günstig hat sich eine Ferritkerndrossel von 400 bis 800 μΗ für maximale Schweißstromstärken von etwa 180, 350 und 650 A erwiesen.

Das in F i g. 2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht im wesentlichen dem Beispiel gemäß Fig. 1, wobei entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. An Stelle der in F i g. 1 vorgesehenen Ladedrossel 21 ist parallel zum Zündkondensator 20 ein Trennkondensator 51 vorgesehen, der von einem Entladewiderstand 52 überbrückt ist. Dieser Trennkondensator 51 lädt sich bei jeder Entladung des Zündkondensators 20 so weit auf, bis die Ladespannungen von Kondensator 20 und 51 gleich hoch, aber entgegengepolt sind und der Entladestrom des Kondensators 20 auf Null geht. Dadurch ist sichergestellt, daß die Thyristoren 23, 26 nach jedem Zündimpuls sicher gesperrt werden. Durch den Entladewiderstand 52 wird danach der Trennkondensator 51 in kurzer Zeit (beispielsweise 10 ms) entladen, so daß der Trennkondensator 51 in der nachfolgenden Halbwelle entsprechend wirkt. Somit erfüllt die Anordnung Trennkondensator 51/Entladewiderstand 52 die gleiche Aufgabe wie die Ladedrossel 21 in F i g. 1.

Ferner weist die Triggereinheit 14 b gemäß F i g. 2 keinen Eingangstransformator auf. Die Erzeugung der Triggerimpulse wird über DIAC-Schalter 53, 54 vorgenommen, die als spannungsabhängige Schalter dienen. Damit in jeder Schweißhalbwelle nur ein Steuerimpuls erzeugt wird, sind parallel zu den Kondensatoren 47 ebenfalls Trennkondensatoren 55 vorgesehen, die von Entladewiderständen 56 überbrückt sind.

Die in Fi g. 1 und 2 beschriebene Einrichtung zum Stabilisieren und Zünden eines Wechselstromschweißlichtbogens arbeitet wie folgt:

I. Stabilisieren

Von der Gleichstrom-Ladestromquelle 15 wird der Zündkondensator 20 aufgeladen. Die stoßartige Entladung des Kondensators 20 erfolgt in dem Augen-

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ίο

blick, in dem der Thyristor 23 einen Steuerimpuls aus der Triggereinheit 14 a, 14 b erhält. Dieser Steuerimpuls tritt jeweils unmittelbar nach dem Nulldurchgang einer entsprechenden Halbwelle der Schweißwechselspannung auf. Der Kondensator 20 entlädt sich über den aus der Drossel 22, der Primärteilwicklung 24 und dem Thyristor 23 bestehenden Entladekreis, wobei über den Impulsüberträger ein beispielsweise in positiver Richtung verlaufender Zündimpuls zum Stabilisieren der positiven Schweißhalbwelle entsteht. Nach der Entladung des Zündkondensators 20 wird durch die Ladedrossel 21 nach F i g. 1 bzw. den Trennkondensator 51 nach F i g. 2 ein sofortiges Wiederaufladen des Kondensators 20 verhindert, so daß für eine bestimmte Zeit der Entladestrom durch den Thyristor 23 zu Null wird und damit der Thyristor 23 nach Ablauf der Freiwerdezeit (etwa 10 bis 50 μβ) sperrt.

Gleichzeitig mit diesem Vorgang ist der Impulsübertrager aufmagnetisiert worden, und zwar während der Entladung des Zündkondensators. Nachdem vom Zündkondensator 20 an den Impulsübertrager 25 keine Spannung mehr abgegeben wird, wirkt der Impulsübertrager 25 als Generator, wobei die Spannung an der Teilwicklung 24 ihre Polarität wechselt und die gespeicherte Energie in Form eines Stromimpulses abgebaut wird. Dieser Stromimpuls wird nun nicht wie bisher durch Transformation auf die Sekundärseite des Impulsübertragers 25 und damit auf den Schweißstromkreis übertragen. Vielmehr wird dieser Stromimpuls über die durch den Entladestrompfad kurzgeschlossene Teilwicklung 24 abgebaut, da sich der Stromimpuls über den noch offenen Thyristor 23, die Diode 35 und die Teilwicklung 24 »totläuft«. Dieser Vorgang ist bis zu der Zeit, bei der der Thyristor 23 gesperrt wird, abgeschlossen.

Durch die Ladestromquelle 15 wird danach der Zündkondensator 20 wieder aufgeladen. Die Entladung des Kondensators 20 erfolgt nun durch Triggerung des Thyristors 26, wodurch über die Teilwicklung 27 des Impulsübertragers 25 ein in negativer Richtung verlaufender Zündimpuls zum Stabilisieren der negativen Schweißhalbwelle entsteht. Auch hierbei wird im Impulsübertrager Energie gespeichert, die über den Entladestrom abgebaut wird, der aus dem nach erfolgter Entladung des Kondensators 20 kurzzeitig noch offenen Thyristor 26, die Diode 35 sowie der Teilwicklung 27 besteht.

Der oben beschriebene Verlauf entspricht insgesamt einer Zeit von einer Periode des Schweißwechselstromes, also bei einem Wechselstrom von 50 Hz einer Zeit von 20 ms. Während dieser Zeit ist pro Stromhalbwelle je ein Zündimpuls in die Impulsübertrager-Sekundärseite transformiert worden. Die auf Grund der gespeicherten Energie entstehenden Impulse werden jedoch nicht auf die Sekundärseite transformiert, sondern über den jeweils wirksamen Entladestrompfad abgebaut. Es wird somit ein Zündimpuls ohne Rückschwingungen erzeugt, bei dem der Verlauf der Abfallflanke nicht von der magnetischen Energie beeinflußt wird.

II. Zünden

Die beschriebene Einrichtung paßt sich ohne Änderung irgendeiner Einstellung von sich aus den gegenüber dem Schweißen (Stabilisieren) unterschiedlichen Bedingungen beim Zünden des Lichtbogens an. Der einzige Unterschied besteht darin, daß zur Zündung die Zündimpulse kurz vor dem Leerlaufspannungsmaximum der Schweißstromquelle 10 von der Triggereinheit 14 a, 14 b ausgelöst werden. Auch beim Zünden wird im Impulsübertrager 25 Energie gespeichert, die erfindungsgemäß wie beim Stabilisieren des Lichtbogens abgebaut wird.

Die in den F i g. 1 und 2 veranschaulichten Einrichtungen sind auf eine Ladestromquelle 15 abgestimmt, die einen Gleichstrom zum Aufladen des

ίο Zündkondensators 20 erzeugt. Nachstehend werden an Hand der F i g. 3 bis 7 Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen der Zündkondensator mit einem Wechselstrom aufgeladen wird, dessen Frequenz dei Frequenz des Schweißwechselstromes entspricht.

Auch in den F i g. 3 bis 7 sind die bereits an Hand der F i g. 1 und 2 erläuterten Bauteile bzw. Baugruppen mit den entsprechend gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie aus F i g. 3 hervorgeht, wird der Wechselstrom zum Aufladen des Zündkondensators 20 über einen Schutzwiderstand 60 von etwa 1000 Ohm direkt der Primärseite 220 bzw. 380 bzw. 500 V der Schweißstromquelle 10 entnommen, so daß die Leistungseinheit 13 ohne zwischengeschaltete Transformatoren versorgt wird. Die Leistungseinheit 13 enthält zwei Entladekreise für die im Zündkondensator 20 gespeicherte Energie, indem je einer von zwei Gleichrichtern 61 bzw. 62 in Reihe mit je einem von zwei Schaltern 63 bzw. 64 sowie der Primärwicklung 65 des Impuls-Übertragers 66 angeordnet sind.

Ferner ist im Entladekreis ein Trennkondensator 51 vorgesehen, der von dem Entladewiderstand 52 überbrückt ist.
Jeder der beiden Entladestrompfade weist einen Freilaufgleichrichter 67 bzw. 68 auf, der in Reihe mit je einem der beiden Schalter 63 bzw. 64 sowie der Primärwicklung 65 liegt.

Die Triggereinheit 14 c ist ähnlich der in F i g. 2 veranschaulichten Triggereinheit ausgebildet, wobei jedoch die Entladung der Steuerzündkondensatoren 47 über Vierschichtdioden 43, 44 sowie Übertrager 69, 70 erfolgt. Die Primärwicklungen 71, 72 der Übertrager 69, 70 sind über Dioden 73, 74 kurzgeschlossen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 erfolgt die galvanische Trennung des Wechselstromes 380 V/ 50 Hz vom Schweißstromkreis erstens durch getrennte Wicklungen des Impulsübertragers 66 und zweitens durch die beiden Niederspannungsübertrager 69 und 70.

In F i g. 4 ist eine Einrichtung veranschaulicht, die einen entsprechend F i g. 3 ausgebildeten Leistungsteil 13 aufweist. Dabei erfolgt jedoch die Aufladung des Zündkondensators 20 über einen an der Sekundärseite der Stromquelle 10 angeschlossenen Transformator 75 mit getrennter Primär- und Sekundärwicklung. Die Versorgung der Triggereinheit 14 d wird über einen hinter der Drossel 79 an der Sekundärseite der Stromquelle 10 angeschlossenen Eingangstransformator 76 (70 V/20 V) mit getrennter Primär- und Sekundärwicklung vorgenommen, dessen Sekundärwicklungen 77 bzw. 78 ebenfalls voneinander getrennt sind.
Der Anschluß des Leistungsteil-Transformators 75 liegt dabei zwischen dem Sekundärausgang der Quelle 10 und der Einstelldrossel 79 für den Schweißstrom, während der Eingangstransformator 76 hinter der Drossel 79 angeschlossen ist. Die dadurch er-

reichte Phasenverschiebung (60 bis 70°) stellt sicher, daß der Zündkondensator 20 aufgeladen ist, bevor der Triggerimpuls entsteht.

Die Schalter 63 und 64 sind in den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 3 und 4 als Thyristoren ausgebildet, denen entsprechende Triggereinheiten zugeordnet sind. In vorteilhafter Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß die Schalter 63 und 64 als strom- oder spannungsabhängige Schaltelemente, wie Dynistoren, Funkenstrecken usw. ausgebildet sind. Eine Anordnung mit Dynistoren, die in F i g. 5 dargestellt ist, hat den Vorteil, daß keine gesonderte Triggereinheiten erforderlich sind. Die Anordnung besteht nur noch aus einem Leistungsteil 13, das entsprechend Fig. 4 aufgebaut ist. Dabei umfaßt die Wechselstrom-Ladestromquelle 15 einen Transformator 80 mit getrennten Primär- und Sekundärwicklungen, dessen Primärspannung der Schweißleerlaufspannung (etwa 70 V) und dessen Sekundärspannung der Schalt- (200 V) bzw. Arbeitsspannung (200 bis 800V) der Halbleiterbauelemente entspricht. Der dazugehörige Impulsübertrager 66 weist entsprechend der Schalt- bzw. Arbeitsspannung vorteilhaft ein Übersetzungsverhältnis der Primärspannung (200 bis 800 V) zur Sekundärspannung (2500 bis 7500 V) auf, das etwa im Bereich zwischen 1 : 8 und 1 : 40 liegt.

An Stelle der Dynistoren oder äquivalenter Halbleiterbauelemente ist es auch möglich, Funkenstrekken als Schaltelemente einzusetzen, wie in F i g. 5 mit 63 α und 64 a angedeutet ist. Dabei wird vorteilhaft der Wechselstrom zum Aufladen des Zündkondensators 20 von einem Transformator 80 mit getrennten Wicklungen geliefert, dessen Primärspannung der Schweißstromquelle 10 entspricht und dessen Sekundärspannung entsprechend dem Funkenstreckenabstand etwa 1000 bis 3000 V beträgt. Bevorzugt ist dabei ferner, wenn der im Entladekreis des Zündkondensators 20 liegende Impulsübertrager 66 ein Übersetzungsverhältnis der Primär- zu Sekundärwicklung aufweist, das mindestens 1:1, vorzugsweise 1 : 2,5 beträgt. Besonders geeignet sind Primärwicklungszahlen für 1000 bis 3000 V und Sekundärzahlen für 2500 bis 7500 V.

Bei dem in Fig. 5 veranschaulichten Gerät wird beim Erreichen einer bestimmten Spannung am Zündkondensator 20 das spannungsabhängige Schaltelement durchgeschaltet, und der Kondensator 20 wird über den Trennkondensator Sl und den Impulsübertrager 66 entladen. Durch den Trennkondensator Sl wird erreicht, daß stets nur zwei Impulse wechselnder Polarität je Periode entstehen.

Fig. 6 zeigt das in Fig. 5 dargestellte Zündgerät in Verbindung mit euter Schweißanlage für den wahlweisen Betrieb zum Gleich- oder Wechselstromschweißen, wobei der Stromquelle 10 ein mittels eines Schalters 81 wahlweise zuschaltbarer Gleichrichter 82 nachgeschaltet ist. Beim Wechselstromschweißen arbeitet das Gerät sowohl während des Zündens wie auch während des Schweißens. Beim Schweißen mit Gleichstrom hingegen schaltet sich das Zündgeräi nach der Zündung selbsttätig ab, weil die Eingangsspannung beim Gleichstromschweißen für die Funktion des Zündgerätes zu gering ist und kein Spannungsüberschlag im Zündgerät mehr erfolgen kann.

Auch die Zündgeräte nach den anderen Figuren lassen sich auf gleiche Weise verwenden. Es sei noch darauf hingewiesen, daß auch bei Schweißgleichrichtern mit Drehstrom-Briickengleichrichtera das Zündgerät zum Zünden von Schweiß-Gleichstrom verwendet werden kann; der Anschluß erfolgt dann an zwei von den drei Wechselstromzuleitungen zum Drehstrom-Briickengleichrichter.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sind in der Leistungseinheit 13 zwei Zündkondensatoren 20 vorgesehen, wobei einer zur Erzeugung eines positiven und der andere zur Erzeugung eines negativen Impulses dient. Die Aufladung der Zündkondensatoren 20 erfolgt über Dioden 83, während zum Abbau der magnetischen Energie im Impulsübertrager 66 Freilaufgleichrichter (Dioden) 84 vorgesehen sind.
Der Aufbau der Triggereinheit 14 entspricht dem der Einheit 14 α in F i g. 1.

In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 7 ist im Primärkreis der Transformatoren 36 ein Trennkondensator 90 mit einem hochohmigen Entladewiderstand 91 vorgesehen, damit die Primärwicklung

ao des Transformators 36 bei einem Anschluß auf der anderen Seite des Filterkondensators 49 durch die Gleichspannungs-Komponente, die vor allem beim WIG-Wechselstromschweißen auftritt, nicht thermisch überlastet wird.

as In den F i g. 8 a bis 8 d ist der Stromverlauf im Entladekreis des Zündkondensators 20 während einer Periode des Schweißwechselstromes veranschaulicht. An Hand dieser Darstellungen wird die Funktionsweise der Einrichtungen gemäß den Fig. 3 bis 6 erläutert:

Der in Fig. 8 a mit 20 bezeichnete und von einer positiven Halbwelle aufgeladene Zündkondensator wird in dem Augenblick entladen, in dem der Thyristor 63 einen Steuerimpuls erhält. Die Entladung erfolgt über einen Entladekreis, in dem der Zündkondensator 20, der Trennkondensator Sl, die Diode 61, der Thyristor 63 sowie die Primärwicklung 65 in Reihenschaltung vorgesehen sind. Der Entladekreis ist durch dickere Strichstärken in F i g. 8 a hervorgehoben. Durch die Kondensatorentladung wird über den Impulsübertrager ein in Fig. 9 mit 88 bezeichneter positiver Zündimpuls erzeugt. Der Kondensator 20 wird dabei so weit entladen, bis seine Spannung der Spannung am Trennkondensator 51 entspricht, der von dem Zündkondensator 20 aufgeladen wird. Sind beide Kondensatorenspannungen gleich groß, so wird der Zündkondensatorentladestrom zu Null, da die beiden Kondensatorspannungen entgegengerichtet sind. Der Thyristor 63 wird dann nach Ablauf der Freiwerdezeit (etwa 10 bis 50 μβ) gesperrt. Gleichzeitig mit diesem Vorgang wird der Impulsübertrager 66 aufmagnetisiert und enthält somit eine gewisse gespeicherte Energie.
Nun wechselt am Impulsübertrager 66 die Spannung ihre Polarität, da der Übertrager 66 jetzt als Generator wirkt und die gespeicherte Energie einen Kurzschlußstrom über den Entladestrompfad treibt, der — durch dickere Striche in Fig. 8b gekennzeichnet — die Primärwicklung 65, den Freilaufgleichrichter 67 und den Thyristor 63 umfaßt. Dadurch wird erreicht, daß sich die gespeicherte Energie vor dem Sperren des Thyristors »totläuft«.

Danach wird — also während der Zeit, in der beide Thyristoren 63 und 64 gesperrt sind — der Trennkondensator 51 über den Widerstand 52 in der Zeit von maximal 10 ms entladen.

Wird nunmehr der Zündkondensator 20 von der zweiten (negativen) Halbwelle des Wechselstromes

umgekehrt aufgeladen und der Thyristor 64 geöffnet, so entsteht durch die Entladung des Kondensators 20 zum Stabilisieren oder Zünden der nächsten Schweißstromhalbwelle ein zweiter Zündimpuls, dessen Polarität umgekehrt zur Polarität des ersten Zündimpulses ist. Wie aus F i g. 8 c hervorgeht, entlädt sich der Kondensator 20 über den stärker gezeichneten Entladekreis, bestehend aus der Primärwicklung 65, den Kondensatoren 20 und 51, dem Gleichrichter 62 sowie dem Thyristor 64.

Die entladung erfolgt so lange, bis die entgegengesetzten Spannungen der Kondensatoren 20 und 51 wieder gleich groß sind. Der Thyristor 64 wird dann auf Grund des fehlenden Entladestromes nach Ablauf der Freiwerdezeit gesperrt.

Danach findet, wie in Fig. 8d verdeutlicht, der gleiche Abbau der zwischenzeitlich im Impulsübertrager gespeicherten Energie statt. Die Primärwicklung 65 wird wieder zum Generator und treibt einen Kurzschlußstrom über den Entladestrompfad (Primärwicklung 65, Freilaufgleichrichter 68, Thyristor 64), so daß sich die magnetische Energie vor Sperren des Thyristors 64 abgebaut hat.

Der Trennkondensator 51 wird danach entladen, und der Vorgang kann sich für die nächste Periode des Schweißwechselstromes wiederholen.

Der in den Fig. 8 a bis 8d veranschaulichte und beschriebene Stromverlauf findet insgesamt während einer Periode des Schweißwechselstromes statt. Dabei wird also für jede Halbwelle ein Zündimpuls mit einer Dauer von vorzugsweise 0,3 bis 3 με erzeugt, wobei die Zündimpulse die gleiche Polarität wie die Schweißstromhalbwelle aufweisen.

Rückschwingimpulse auf Grund der im Übertrager 66 gespeicherten Energie haben keinen Einfluß auf die Länge und die Form der Zündimpulse, da auf Grund der zeitweise kurzgeschlossenen Primärseite diese Energie nicht auf die Sekundärseite des Übertragers und den Schweißstromkreis übertragen wird.

Wie ferner aus den Fig. 1 bis 7 hervorgeht, ist im Sekundärkreis der Impulsübertrager 25 bzw. 66 in Reihenschaltung ein Kondensator 85 und ein Widerderstand 86 vorgesehen. Dieser Kondensator dient zur Erzeugung eines dem Zündimpuls 88 überlagerten Niederspannungsimpulses 87, wobei der Kondensator 85 von der Leerlauf- bzw. Schweißspannung aufgeladen wird. Der Impuls 87 entsteht durch Entladung des Kondensators 85 in der Zeit, in der die

ίο Primärwicklung und damit auch die Sekundärwicklung des Übertragers 25 bzw. 66 kurzgeschlossen ist. Dieser Niederspannungsimpuls hat vorzugsweise eine Zeitdauer, die etwa im Bereich zwischen 10 und 50 μβ liegt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kapazitätswert des Kondensators 85 mindestens 4-, vorzugsweise lOmal so groß ist wie der Wert des Zündkondensators. Bevorzugte Werte bei Geräten mit Halbleiterbauelementen als Schalter sind: Kondensator 85: bis 5μΡ, etwa 45 bis HOV, Widerstand 86:

ao bis 5 Ohm; Kondensator 20: bis 0,5 μΓ, etwa 400 V.

Es steht somit zum Zünden und Stabilisieren ein

zusammengesetzter Impuls zur Verfügung, der aus

einem kurzen Hochspannungsimpuls (0,3 bis 3 μβ) und einem längeren (beispielsweise 25 μβ) Niederspannungsimpuls besteht, wodurch die Zünd- und Stabilisierungseigenschaften gegenüber den bisherigen Einrichtungen wesentlich verbessert sind.

Ferner ist es vorteilhaft möglich, daß bei den Beispielen gemäß Fig. 1 bis 7 die Eingangsspannung der Ladestromquellen (15) für verschiedene Eingangsspannungen ausgelegt ist. Dadurch wird durch wahlweisen Anschluß (220 oder 38OV) der Geräte eine Einstellung der Impulsspannungen von etwa 3250 auf 6000 V möglich, so daß gewährleistet ist, daß die in VDE 0875 erlaubten maximalen HF-Störungen bei einem Abstand von 15 m für den Betrieb im Wohngelände bei 3250 V und bei einem Abstand von 50 m für Fabrik- und Industrie-Gelände bei 6000 V nicht überschritten werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltanordnung zum Stabilisieren eines Wechselstromschweißlichtbogens sowie zum Zünden eines Wechsel- oder Gleichstromschweißlichtbogens, wobei Zündimpulse wechselnder Polarität zwischen Elektrode und Werkstück übergehen, die durch eine stoßartige Entladung mindestens eines Zündkondensators erzeugt werden, der einerseits mit einer aufeinanderfolgende Stromhalbwellen erzeugenden Ladestromquelle verbunden ist und andererseits in einem Entladekreis liegt, der mindestens einen steuerbaren Schalter sowie die Primärwicklung eines sekundärseitig an Elektrode und/oder Werkstück angekoppelten Impulsübertrager enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbau der während der Zündimpulserzeugung im Impulsübertrager (25, 66) gespeicherten Energie die Primärwicklung (24, 27; 65) über je einen den Schalter (23, 26; 63, 64) und einen Gleichrichter (35; 67, 68; 84) aufweisenden Entladestrompfad kurzgeschlossen ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch as gekennzeichnet, daß der Zündkondensator (20) mit einer einen Gleichstrom abgebenden Ladestromquelle (15) in Verbindung steht, daß ferner der eine Pol (28) des Zündkondensators (20) an einer Mittelpunktanzapfung (29) einer zweiteiligen Primärwicklung (24, 27) angeschlossen ist, während die beiden Enden (30, 31) der Primärteilwicklungen (24, 27) über zwei Schalter (23, 26) mit dem zweiten Pol (32) des Kondensators (20) verbunden sind, und daß weiterhin der ersten Primärteilwicklung (24) ein Entladestrompfad mit in Reihe geschaltetem ersten Schalter (23) und einem Gleichrichter (35) zugeordnet ist, während die zweite Primärteilwicklung (27) in einem zweiten Entladestrompfad angeordnet ist, der den zweiten Schalter (26) und den Gleichrichter (35) in Reihenschaltung aufweist (F i g. 1 und 2).

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselstromladequelle (15) vorgesehen ist, im Entladekreis des Zündkondensator (20) je einer von zwei Gleichrichtern (61, 62) in Reihe mit je einem von zwei Schaltern (63, 64) und der Primärwicklung (65) eines Impulsübertragers (66) angeordnet ist und daß ferner jeder der beiden Entladestrompfade einen Freilaufgleichrichter (67, 68) aufweist, der in Reihe mit je einem der beiden Schalter (63, 64) sowie der Primärwicklung (65) liegt (F i g. 3 bis 6).

4. Schaltanordnung nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Niederspannungsimpulses (87) in Reihenschaltung ein Kondensator (85) und ein Widerstand (86) vorgesehen sind, die gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der Sekundärwicklung des Impulsübertragers (25, 26) parallel zum Ausgang der Stromquelle (10) geschaltet sind.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensator (85) und Widerstand (86) derart dimensioniert sind, daß die Zeit des Niederspannungsimpulses (87) im Bereich zwischen 10 und 50 Mikrosekunden liegt.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazitätswert des Kondensators (85) mindestens 4mal so groß ist wie der Wert des Zündkondensators (20).

7. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (63 a, 64 a) als Funkenstrecken ausgebildet sind und daß der Wechselstrom zum Aufladen des Zündkondensators (20) von einem Transformator (80) mit getrennten Wicklungen geliefert wird, wobei die Primärspannung des Transformators (80) der Leerlaufspannung der Schweißstromquelle (10) entspricht und die Sekundärspannung des Transformators (80) entsprechend dem Funkenstreckenabstand etwa 1000 bis 3000 Volt effektiv beträgt (F i g. 5).

8. Schaltanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im Entladekreis des Zündkondensators (20) liegende Impulsübertrager (66) ein Übersetzungsverhältnis von Primärwicklung zu Sekundärwicklung aufweist, das mindestens 1:1, vorzugsweise 1:2,5, beträgt.

9. Schaltanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (63, 64) als schaltbare Halbleiterbauelemente ausgebildet sind und daß die Wechselstromladestromquelle (15) einen Transformator (80) mit getrennten Primär- und Sekundärwicklungen aufweist, wobei die Primärspannung der Schweißleerlaufspannung und die Sekundärspannung der Schalt- bzw. Arbeitsspannung der Halbleiterbauelemente entspricht.

10. Schaltanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulstransformator (66) entsprechend der Schalt- bzw. Arbeitsspannung ein Übersetzungsverhältnis der Primärspannung zur Sekundärspannung aufweist, das etwa zwischen 1: 8 und 1:40 beträgt.

11. Schaltanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom zum Aufladen des Zündkondensators (20) über einen Schutzwiderstand (60) direkt dem Wechselstromnetz ohne zwischengeschaltete Transformatoren entnommen wird.

12. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündimpulse synchron und phasenrichtig zur Lichtbogenzündung kurz vor dem Leerlaufspannungsmaximum der Schweißwechselspannung, dagegen zur Lichtbogenstabilisierung nach jedem Nulldurchgang des Schweißwechselstromes mittels einer der Triggereinheiten (14 α bis 14 d) auslösbar sind.

13. Schaltanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromquelle (15), der Entladekreis sowie die Triggereinheit (14) gegenüber dem Schweißstromkreis durch Übertrager (16, 25, 36, 66,69,70,75, 76, 80) galvanisch getrennt sind.

14. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladestromkreis des Kondensators (20) ein Trennkondensator (51) vorgesehen ist, der von einem Entladewiderstand (52) überbrückt ist.

15. Schaltanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinheit (14) Potentiometer (41, 42) aufweist zur Einstellung des Zündimpulsbeginns sowie der Höhe der Arbeitsspannung, bei der beim

Schweißen der Zündimpuls ausgelöst werden soll.

16. Schaltanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromquelle (15) für verschiedene Eingangs- S spannungen ausgelegt ist.

17. Schaltanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstromkreis zur Ankopplung der Zündimpulse eine Ferritkerndrossel (50) aufweist.

18. Schaltanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkondensator (20) über einen Widerstand parallel zur Schweißtrafo-Primärwicklung bzw. über einen Transformator parallel zur Sekundärwicklung oder Primärwicklung eines Schweißtransformators angeschlossen ist.

19. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsteil-Transformator (75) zwischen dem »o Sekundärausgang der Stromquelle (10) und der Einstelldrossel (79) für den Schweißstrom und daß der Eingangstransformator (76) hinter der Drossel (79) angeschlossen ist.

20. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromquelle (15) abwechselnd je einen von zwei Zündkondensatoren (20) auflädt und daß jedem Zündkondensator (20) ein Entladestrompfad zugeordnet ist, der einen von zwei Freilaufgleichrichtern (84), einen von zwei Schaltern (63, 64) sowie die Primärwicklung (65) in Reihenschaltung enthält.