DE2706102C2 - Schaltvorrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstromschweißlichtbogens bzw. zum Zünden eines Gleich- oder Wechselstromschweißlichtbogens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstromschweißlichtbogcns bzw. zum Zünden eines Gleich- oder Wechselstromschweißlichtbogens. die an die Schweißstromquelle über die Sekundärwicklung eines Zündtransformators an die Schweißlichtbogenstrecke zwischen Elektrode und Werkstück geschaltet ist, dessen an eine Gleichstromquelle angeschlossene und in Reihe mit einem Halbleiterschalter liegende Primärwicklung ein spannungsbegrenzendes Bauelement zugeordnet ist. wobei durch den Halbleiterschalter, gesteuert von einem Taktgenerator, die Gleichstromquelle schaltbar is: und so periodisch Zünd- bzw. Stabiiisierungsimpulse an die .Schweißlichtbogenstrecke icgbar sind.

Mit diesem Oberbegriff wird auf einen Stand der Technik bei Zündgeraten bezug genommen, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 16 15 363 sowie der DE-AS 24 49 557 bekanntgeworden sind.

Bei den bekannten Zündgeriiten werden die Zünd- und Stabiiisierungsimpulse durch eine stoßartige Entladung eines Zündkondcnsalors erzeugt. Diese Zündimpulser/eugung hat sich bei Stromquellen mit Transduktor bzw. Thyristor als Strom und/oder Spanniingsvcrstellvorrichtung besonders bewahrt. Bei diesen Stromquellen sind im Schweißstromkreis Induktionsspulen vorgesehen, die verhindern, daß der Hnupttcil der Zündimpulscnergie über den .Schweißstromkreis abgeleitet wird. Diese Schutzmaßnahmen können jedoch bei Transisiorstromquellen, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 17 65 849 sowie der DH-OS 22 58 65b bekanntgeworden sind, nicht eingesetzt werden, weil durch die Schulzdrosseln bzw. auch durch .Schutzkondensatoren

Unstabilitäten im Regelkreis auftreten können.

Da es jedoch auch bei Transistorstromquellen notwendig ist, den Lichtbogen berührungslos zu zünden, also Zündgeräte einzusetzen, ist gemäß der DE-OS 24 59 289 eine Einrichtung bekanntgeworden, gemäß der ein Abfließen der Zündimpulsenergie in den Hauptstromkreis durch Sperrdioden ve; hindert wird.

Diese Dioden sind im Schweißstrotnkreis vorgesehen und lassen einerseits den maximalen Schweiß :trom

to 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. wenn Lei jedem Zünd- bzw. Stabilisicrungsimpuls 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I so auszubildpii, daß durch Schaltmaßnahmen im Primärkreis der auf der Sekundärseite erzeugte Zündimpuls in seiner Höhe begrenzt wird.

jo Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Halbleiterschalter den durch die Primärwicklung des Zündtransformators fließenden Gleichstrom abschaltet und die Höhe der dabei entstehenden Zündbzw. Stabilisierungsimpulse von dem spannungsbegrenzenden Bauelement begrenzt ist.

Um bei einer solchen Schaltvorrichtung einen einfachen Aufbau, einen hohen Wirkungsgrad, kleinere Steuerleistungen, geringe Baugröße und damit verbunden geringes Gewicht sowie eine kostengünstige Herstellung des Zündgerätes zu erzielen, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung als Halbleiterschalter ein Schalttransistor vorgesehen, dessen Basis über einen .Steuertransistor am Taktgenerator liegt und als spannungsbegrenzendes Bauelement eine Zentrdiode die

4j Kollcktor-Basis-Streckc oder die Ernitier-Kollektor-StreckedesSchalttransislors überbrückt.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird mil Abschalten der vom Gleichstrom durchflossenen Primärwicklung infolge d<\s sich ändernden magnetischen

so F'usses in der Primärwicklung eine Indtiktionsänderung erzeugt, die einen Spannungsimpuls auf der Sekundärseite des Transformators hervorruft. Infolge der Übersetzung der Primärwicklung zur Sekundärwicklung des Transformators entsteht ein Hochspannungsimpuls in

^r« der Größenordnung von 3000 — 4000 Volt, wobei das Übersetzungsverhältnis des Transformators vorzugsweise 1 :20 beträgt.

Durch die Impulsspannungsbegrenzung wird verhindert, daß in der Primärwicklung eine Spannung indu-

ao ziert wird, welche höher als ein vorgegebener Wert ist. wobei sich herausgestellt hai. daß eine Primäripannung von 150 bis 200 Voll im Hinblick auf die Dimensionierung des Gerätes besonders günstig ist.

Die Erfindung ist für Einrichtungen mit Gleich- oder

y> Wechsclsiromsehwcißstromquellen geeignet und hat sich als besonders vorteilhaft bei Schweißstromquellen herausgestellt, bei denen die Verstcllvorrichtungcn für Scliweißsirom und/oder .Schweißspannung nahezu voll-

ständig aus Halbleiterbauelementen, insbesondere Transistoren, aufgebaut sind Die Erfindung ist außer bei Lichtbogenschweißeinrichtungen selbstverständlich auch bei Plasma-Schneid- und -Schweißstromquellen zur Zündung des Plasmabogens besonders günstig anwendbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es veranschaulicht

F i g. 1 ein Zündgerät;

F i g. 2 und 3 das Zündgerät gemäß F i g. 1 mit anderen Impulsspannungsbegrenzungsstufen.

Das Zündgerät gemäß F i g. 1 ist in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet und weist einen Zündtransformator 11 auf, dessen Primärwicklung Ha eine Impulsspannungsbegrenzungsstufe 12 zugeordnet ist. Die Primärwicklung 1 la 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 11£> des Transformators It ist über einer Schutzdiode 17 mit der Brennerelektrode 18 sowie dem Werkstück 19 verbunden.

Die Elektrode 18 und das Werkstück 19 stehen ferner mit einer nicht näher dargestellten elektronischen (tränsistorisierten) Schweißstromquelle 20 in Verbindung, wobei der Anschluß der Stromquelle über eine Schutzdiode 21 vorgenommen ist.

Der Schalttransistor 16 der Schaltervorrichtung 15 ist 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 Taktgenerators 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.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fi g. 1 weist die Impulsspannungsbegrenzungsstufe 12 eine Zenerdiode 25 auf, welc'-e die Kollektor-Basis-Strecke C-B des Schalttransistors 15 überbrückt. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors 16 ist von einem Kondensator 26 überbrückt, dessen Größe die Impulsanstiegsgeschwindigkeit bestimmt. Beim Einschalten des Zündgerätes (Anlegen einer Spannung an Pluspol 13 und Minuspol 27) fließt ein Strom über d:n Widerstand 28 sowie den Widerstand 22 zur Basis des Schalttransisiors 16. Der Transistor 16 wird dadurch leitend und über die Primärwicklung Hades Hochspannungstransformators in 11 sowie den Widerstand *A fließt ebenfalls ein Strom. Durch einen Impuls aus dem Taktgenerator 24. der den Zündzeitpunkt, also den Anfang des Zündimpulses bestimmt, wird der Steuertransistor 23 durchgeschaitet 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 116 eine Hochspannung liefert. Die Höhe der in der Primärwicklung Ha induzierten Spannung t>o 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 Zenrrdiodc 25 sowie den Widerstand 22 und den Widerstand 28 kurzgeschlossen wird. Bei dieser Zündimpulser/.eugung ¹CTiI die Impuisansticgsgeschwindigkeit durch den Kondensator 26 auf einen Wert begrenzt, der dem Schalttransistor 16 nicht schaden kann. Durch den Widerstand 14 wird der maximale Strom im Transformator auf einen günstigen und optimalen Wert begrenzt.

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.

Beispielsweise ist aber auch eine Anordnung der Diode 25 parallel zum Kondensator 26 möglich. Diese Anordnung ist in F i g. 2 dargestellt.

Auch ist eine Ausführung einer Impulsspannungsbegrenzungsstufe gemäß Fig. 3. insbesondere aufgrund der Begrenzungsgenauigkeit, vorteilhaft. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist anstelle der Diode 25 ein Spannungsteiler aus den Widerständen 30, 31 vorgesehen. Damit wird die Spannungsbegrenzung durch das Teilerverhältnis dieses Spannungsteilers 30, ?1 zwischen Kollektor C und Emitter E des Schalttrartiistors 16 in Verbindung mit dem in seiner Gesamtheit mit 32 bezeichneten Regelbaustein eingestellt. Dieser Regelbaustein 32 besteht im wesentlichen aus einem Steuertransistur 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 Fig. 2 und 3 entspricht dem Aufbau von Fig. 1, so daß dieser nicht näher dargestellt und beschrieben wird.

Bei den obengenannten Ausführungsbeispielen sind Schalttransistor 16 und Steuertransistor 23 als getrennte Bauelemente ausgebildet. Es ist jedoch auch vorteilhaft möglich, beide in Form einer DarlingtonsU'fe auszubilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstromschweißlichtbogens bzw. zum Zünden eines Gleich- oder Wechselstromschweißlichtbogens, die an die Schweißstromquelle über die Sekundärwicklung eines Zündtransformators an die Schweißlichtbogenstrecke zwischen Elektrode und Werkstück geschaltet ist. dessen an eine Gleichstromquelle angeschlossene und in Reihe mit einem Halbleiterschalter liegende Primärwicklung ein spannungsbegrenzendes Bauelement zugeordnet ist, wobei durch den Halbleiterschalter, gesteuert von einem Taktgenerator, die Gleichstromquelle schaltbar ist und so periodisch Zünd- bzw. Stabilisierungsimpulse an die Schweißlichtbogenstrecke legbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (16) den durch die Primärwicklung (Wa) des Zündtransformators (11) fließenden Gleichstrom abschaltet und die Höhe der dabei entstehenden Zünd- bzw. Stabitisierutigsimpulse von dem spannungsbegrenzenden Bauelement (25, 34) begrenzt ist.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterschalter ein Schalttransistor (16) vorgesehen ist, dessen Basis (B) über einen Steuertransistor (23) am Taktgenerator (24) liegt und als spannungsbegrenzendes Bauelement eine Zenerdiode (12) die Kollektor-Basis-Strecke (C-B) oder die Emitter-Kollektor-Streckc (E-C)(Ie;, Schalt:. ansistors( 16) überbrückt.