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Kennwort: Zündtrafo
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Einrichtung zum Zünden und Stabilisieren von Lichtbögen Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zünden eines Gleich- oder Wechselstromschweißlichtbogens
sowie zum Stabilisieren eines Wechselstromschweißlichtbogens, wobei Zünd-bzw. Stabilisierungsimpulse
zwischen Werkstück und Elektrode übergehen. Mit diesem Oberbegriff wird auf einen
Stand der Technik bei Zünageräten bezug genommenwie sie beispielsweise aus der DT-
AS 16 15 363 sowie der DT-PS 24 49 557 bekannt geworden sind.
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Bei den bekannten Zündgeräten werden die Zünd- und Stabilisierungsimpulse
durch eine stoßartige Entladung eines Zündkondensators erzeugt. Diese Zündimpulserzeugung
hat sich bei Stromquellen mit Transduktor bzw. Thyristor*Strom und/oder Spannungsverstellvorrichtung
besonders bewährt. Bei diesen Stromquellen sind im Schweißstromkreis Induktionsspulen
vorgesehen, die verhindern, daß der Hauptteil der Zündimpulse-nergie über den Schweißstromkreis
abgeleitet wird. Diese Schutzmaßnahmen können jedoch bei Transistorstromquellen,
wie sie beispielsweise aus der DT-OS 17 65 849 sowie der DT-OS 22 58 656 bekannt
geworden sind, nicht eingesetzt werden, weil durch die Schutzdrosseln bzw. auch
durch Schutzkondensatoren Unstabilitäten im Regelkreis auftreten können.
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Da. es jedoch auch bei Transistorstromquellen notwendig ist den Lichtbogen
berührungslos zu zünden, also Zündgeräte einzusetzen, ist gemäß der DT-US 24 59
289 eine Einrichtung bekannt geworden, gemaß'der ein Abfließen der Zündirnpulsenergie
in den Hauptstromkreis durch Sperrdioden verhindert wird.
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* als
Diese Dioden sind im Schweißstromkreis vorgesehen
und lassen einerseits den maximalen Schweißstrom durchfließen, zum anderen sperren
sie jedoch vorteilhaft die Zündhochspannung. Ein absolut zuverlässiges Sperren der
Zündhochspannung ist dann gewährleistet, wenn die erzeugte Zündhochspannung in ihrer
Höhe kontrolliert ist, d.h.
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wenn bei jedem Zünd- bzw. Stabilisierungsimpuls die maximale Zündhochspannung
den gleichen Wert aufweist. Mit den auf einer Kondensatorentladung beruhenden Zündgeräten
zur Zündimpulserzeugung kann es jedoch vorkommen, daß der maximale Wert der Hochspannung
in einem gewissen Bereich schwankt und deshalb bei Verwendung in Transistorstromquellen
der erhöhte Hochspannungswert ein Durchschlagen der Dioden mit anschließendem Zerstören
der Schalttransistoren in der transistorisierten Stromquelle hervorrufen kann.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine Einrichtung zum Zünden der eingangs genannten Art zu schaffen, mit
welcher in ihrer Höhe einstellbare sowie reproduzierbare Zündhochspannungsimpulse
erzeugt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Einrichtung
vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch einen Zündtransformator, dessen Primärwicklung
eine Impulsspannungsbegrenzungsstufe zugeordnet ist und mit einer Gleichspannungsquelle
sowie einer Schaltervorrichtung und dessen Sekundärwicklung mit dem Werkstück bzw.
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der Elektrode verbunden ist und die ferner dadurch gekennzeichnet
ist, daß mittels der Scha Itervorr ichtungdie vom Gleichstrom durchflossene Primärwicklung
zur Impulserzeugung abschaltbar ist.
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Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird mit Abschalten der vom
Gleichstrom durchflossenen Primärwicklung in Folge des sich ändernden magnetischen
Flusses in der Primärwicklung eine Induktion -erzeugtldie ein Spannungsimpuls auf
der Sekundärseite des Transformators hervorruft. In Folge der Übersetzung der Primärwicklung
zur. Sekundärwicklung des Transformators entsteht ein Hochspannungsimpuls in der
Größenordnung von 3000-4000 Volt, wobei das Übersetzungsverhältnis des Transformators
vorzugsweise 1 : 20 beträgt.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Impulsspannungsbegrenzungstufe
wird verhindert, daß in der Primärwicklung eine Spannung induziert wird welche höher
als ein vorgegebener Wert ist, wobei sich herausgestellt hat,daß eine Primärspannung
von 150 bis 200 Volt im Hinblick auf die Dimensionierung des Gerätes besonders günstig
ist.
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Die Erfindung ist für Einrichtungen mit Gleich- oder Wechselstromschweißstromquellen
geeignet und hat sich als besonders vorteilhaft bei Schweißstromquellen herausgestellt,
bei denen die Verstellvorrichtungen für Schweißstrom und/oder Schweiß spannung nahezu
vollständig aus Halbleiterbauelementen ,insbesondere Transistoren aufgebaut sind.
Die Erfindung ist außer bei Lichtbogenschweißeinrichtungen selbstverständlich auch
bei Plasma-Schnejdund Schweißstromquellen zur Zündung des Plasmabogens besonders
günstig anwendbar.
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Im Nachfolgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert.
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Es veranschaulicht: Fig. 1 ein Zündgerät nach der Erfindung Fig. 2
u. 3 das Zündgerät gemäß Fig. 1 mit anderen Impulsspannungsbegrenzungsstufen.
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Das Zündgerät gemäß Fig. 1 ist in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet
und weist einen Zündtransformator 11 auf, dessen Primärwicklung 11a eine Impulsspannungsbegrenzungsstufe
12 zugeordnet ist.
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Die Primärwicklung 11a ist ferner mit dem Pluspol 13 einer Gleichspannungsquelle
sowie über einen Widerstand 14 mit dem Kollektor eines, in einer Schaltvorrichtung
15 vorgesehenen Schalttransistors 16 verbunden. Die Sekundärwicklung 11b des Transformators
11 ist über einer Schutzdiode 17 mit der Brennerelektrode 18 sowie dem Werkstück
19 verbunden.
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Die Elektrode 18 und das Werkstück 19 stehen ferner mit einer nicht
näher dargestellten elektronischen ( transistorisierten) Stromquelle 20 in Verbindung,
wobei der Anschluß der Stromquelle über eine Schutzdiode 21 vorgenommen ist.
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Der Schalttransistor 16 derSchaltervorrichtung1Sst an seiner Basis
über einen Basiswiderstand 22 mit dem Kollektor eines Steuertransistors 23 verbunden.
Dieser Steuertransistor 23 wird mittels eines in seiner Gesamtheit mit 24 bezeichneten
Taktgenerator getriggert. Der Taktgenerator ist dabei vorzugsweise als Rechteckgenerator
mit an sich bekanntem Aufbau ausgebildet.Die Taktfrequenz ist bevorzugt synchron
zur Frequenz des Schweißstromes, was insbesondere beim Stabilisieren von Wechselstromschweißlichtbögen
vorteilhaft ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weist die Impulsspannungsbegrenzungsstufe
12 eine Zenerdiode 25 auf, welche die Kollektor-Basis- Strecke C- B des Schalttransisors
16 überbrückt. Die Kollektor- Emitter- Strecke des Schalttransistors 16 ist von
einem Kondensator 26 überbrückt, dessen Größe die. Impulsanstiegsgeschwindigkeit
bestimmt. Beim Einschalten des erfindungsgemäßen Zündgerätes ( Anlegen einer Spannung
an Pluspol 13 und Minu-spol 27) fließt ein Strom über den Widerstand 28 sowie den
Widerstand 22 zur Basis des Schalttransistors 16. Der Transistor 16 wird dadurch
leitend und über die Primärwicklung 11a des Hochspannungstransformators 11 sowie
den Widerstand 14 fließt ebenfalls ein Strom.
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Durch einen Impuls aus dem Taktgenerator 24, der den Zündzeitpunkt,
also den Anfang des Zündimpulses bestimmt, wird der Steuertransistor 23 durchgeschaltet
und gleichzeitig der Schalttransistor 16 gesperrt. Infolge des sich plötzlich ändernden
Stromflusses in der Primärwicklung 11a des Hochspannungstransformators wird ein
Induktionsstrom erzeugt, der übersetzt auf die Sekundärseite lib eine Hochspannung
liefert. Die Höhe der in der Primärwicklung 11a induzierten Spannung wird durch
die Impulsspannungsbegrenzungsstufe 12, also die Zenerdiode 25/vorzugsweise auf
einen Wert zwischen 150 und 200 Volt begrenzt, wobei beim Überschreiten dieser vorgegebenen
Spannung die Zenerdiode durchschaltet und die Primärwicklung über den Widerstand
14, die Zenerdiode 25 sowie den Widerstand
22 - und den Widerstand
28 kurzgeschlossen wird. Bei dieser Zündimpulserzeugung wird die Impulsanstiegsgeschwindigkeit
durch den Kondensator 26 auf einen Wert begrenzt, der dem Schalttransistor 16 nicht
schaden kann.
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Durch den Widerstand 14 wird der maximale Strom im Transformator auf
einen günstigen und optimalen Wert begrenzt.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Impulsstrombegrenzungsdiode
25 parallel zur Kollektor- Basis- Strecke des Transistors 16 geschaltet. Durch die
Stromverstärkung des Transistors 16 kann eine in bezug auf die Leistung kleinere
Zenerdiode verwendet werden. Es ist selbstverständlich auch möglich und liegt im
Rahmen der vorliegenden Erfindung andere Anordnungen als Impulsspannungsbegrenzungsstufe
vorzusehen. Beispielsweise ist eine Anordnung der Diode 25 parallel zum Kondensator
26 möglich. Diese Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt.
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Auch ist eine Ausführung einer Impulsspannungsbegrenzungsstufe gemäß
Fig. 3, insbesondere auf Grund der Begrenzungsgenauigkeit vorteilhaft.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird anstelle der Diode 25 ein Spannungsteiler
aus den Widerständen 30, 31 vorgesehen. Damit wird die Spannungsbegrenzung durch
das Teilerverhältnis dieses Spannungsteilers 30, 31 zwischen Kollektor C und Emitter
E des Schalttransistors 16 in Verbindung mit dem in seiner Gesamtheit mit 32 bezeichneten
Regelbaustein eingestellt. Dieser Regelbaustein 32 besteht im wesentlichen aus einem
Steuertransistor 33, dessen Basis über eine Zenerdiode 34 mit dem Widerstand 30
verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 33 ist über einen Widerstand 35 mit
dem Pluspol 13 und damit mit der Primärwicklung 11a des Hochspannungstransformators
11 verbunden. Der Emitter des Steuertransistors 33 ist mit der Basis des Schalttransistors
16 elektrisch verbunden. Der übrige Aufbau der Zündeinrichtung gemäß den Figuren
2 und 3 entspricht dem Aufbau von Fig. 1, so daß dieser nicht näher dargestellt
und beschrieben wird.
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Bei den oben genannten Ausführungsbeispielen sind Schalttransistor
16 und Steuertransistor 23 als getrennte Bauelemente ausgebildet. Es ist jedoch
auch vorteilhaft möglich beide in Form einer Darlingtonstufe auszubilden.