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Die Erfindung betrifft eine Schweißstromquelle zum Lichtbogenschweißen, insbesondere zum Schweißen unter erhöhter elektrischer Gefährdung, z. B. in engen Räumen, mit einem Schweißstromtransformator und steuerbaren Gleichrichtern im Schweißstromkreis, von denen im Schweißstromkreis wenigstes einer abschaltbar ist.
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Beim Wechselstromschweißen unter erhöhter elektrischer Gefährdung, beispielsweise in Kesseln, darf bei nichtbrennendem Lichtbogen eine Wechselspannung von 42 Volt Effektivwert nicht überschritten werden. Eine eventuell auftretende höhere Spannung muß in einem Zeitraum von 0,2 sec auf eine effektive Wechselspannung von 42 Volt herabgesetzt werden. Die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften ist einerseits zum Schutz des Schweißers unbedingt erforderlich, hat aber andererseits den Nachteil, daß ein sicheres Zünden des Lichtbogens nur schwer möglich ist. In besonders hohem Maße tritt dieser Nachteil beim WIG-Schweißen mit niedrigen Schweißströmen und/oder bei Verwendung von Filterkondensatoren im Schweißstromkreis auf.
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Es sind schon zur Vermeidung dieser Nachteile verschiedenartige Schweißstromquellen entwickelt worden, die aber immer noch nicht die gewünschte Zuverlässigkeit bei einem für eine billige Serienherstellung erforderlichen einfachen Aufbau aufweisen. So sind z. B. Schweißstromquellen bekannt, die eine Wechselspannung zum Schweißen und eine Gleichspannung zum Zünden liefern, wobei von einer Spannung auf die andere umgeschaltet werden muß. Beim Umschalten steht jedoch jedesmal für kurze Zeit keine Spannung an der Lichtbogenstrecke zur Verfügung und der Lichtbogen kann in dieser Zeit somit nicht brennen. Ein einwandfreies Schweißen ist daher nicht gewährleistet.
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Ferner ist aus dem US-Patent 35 26 747 eine Einrichtung zum Wechselstromschweißen bekannt, mit einem Schweißstromkreis, in dem zwei antiparallel geschaltete Gleichrichter angeordnet sind. Diese Einrichtung dient dazu, den beim Wechselstromschweißen u. U. auftretenden Gleichrichtereffekt durch Phasenanschnitt der Gleichrichter zu kompensieren. Auch ist aus der DE-OS 20 24 276 eine Stromquelle zum WIG-Schweißen bekanntgeworden, bei der sekundärseitig in Antiparallelschaltung zwei steuerbare Gleichrichter mit zugeordneter elektronischer netzsynchroner Steuerung vorgesehen sind.
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Neben diesem Stand der Technik ist aus der DE-PS 21 19 135 eine Einrichtung bekanntgeworden, bei welcher zwei antiparallelgeschaltete ein- und ausschaltbare Gleichrichter vorgesehen sind, von denen einer bei Leerlauf des Schweißstromkreises abschaltbar ist. Diese Einrichtung ist bei Schweißanlagen, bei denen zur Schweißstromeinstellung ein verstellbares Streujoch im Transformator oder eine Stelldrossel, oder ein Transduktor vorgesehen ist, in bezug auf das Zündverhalten besonders vorteilhaft, führt jedoch durch die erforderliche Zusatzeinrichtung zu einem aufwendigen Aufbau der Schweißanlage.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißstromquelle zu schaffen, bei welcher ein sicheres Zünden ohne Zusatzeinrichtung in einfachster Weise erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die steuerbaren Gleichrichter Teil einer Schaltung zur Beeinflussung des Schweißstromes sind.
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Durch die Erfindung können somit bereits vorhandene Schaltungselemente direkt als Schutzschaltung zur Erzeugung einer Gleichspannung im Leerlauf verwendet werden. Somit wird ermöglicht, das Zünden des Lichtbogens mit einer Gleichspannung bis zu einem Scheitelwert von 100 Volt durchzuführen, die einerseits beim Schweißen unter erhöhter elektrischer Gefährdung noch zugelassen ist, und andererseits gegenüber der dabei höchst zulässigen Leerlaufwechselspannung von 42 Volt bekanntermaßen erhebliche zündtechnische Vorteile mit sich bringt. Beim Verlöschen des Lichtbogens wird, da der Schweißstrom unterbrochen ist, somit der Schweißstromkreis dann leerläuft, durch einen entsprechenden Impuls mindestens einer der steuerbaren Gleichrichter weggeschaltet, so daß unmittelbar im Leerlauf und zum Zünden eine Gleichspannung entsteht, da nunmehr der andere z. B. zum Phasenanschnitt gehörende steuerbare Gleichrichter als Gleichrichterelement dient. Es ist selbstverständlich auch möglich, beide steuerbaren Gleichrichter der Phasenanschnittsteuerung abzuschalten und den Gleichstrom durch einen diese Phasenanschnittsteuerung überbrückenden Hilfsgleichrichter, der dann über Relais oder sonstige Schaltelemente in Eingriff gebracht wird, zu bilden.
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Nach dem Zünden, also mit Schweißbeginn, wird der abgeschaltete Gleichrichter ohne Schweißstromunterbrechung wieder in den Schweißstromkreis geschaltet. Der Übergang von der Gleichspannung zur Wechselspannung erfolgt kontinuierlich. Es gibt dabei keine Zeitspanne, in welcher keine Spannung von der Schweißstromquelle an die Lichtbogenstrecke geliefert wird.
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Der Erfindung wird nachstehend anhand der in den Fig. 1-4 schematisch dargestellten Schaltungsbeispiele von Schweißstromquellen für das Lichtbogenschweißen unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher beschrieben.
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Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung besteht aus einem Schweißstromtransformator 10, dessen Primärwicklung über einen zweipoligen, Netzschalter 11 mit den Polklemmen 12 und 13 eines Wechselstromnetzes verbunden ist. Dem Transformator 10 ist zur Einstellung der gewünschten Schweißstromstärke eine Phasenanschnittsteuerung 14 mit den steuerbaren Gleichrichtern 15, 16 (Thyristoren) zugeordnet. Dabei ist die Phasenanschnittsteuerung mit der Sekundärwicklung des Transformators 10 verbunden und ist somit im Schweißstromkreis, welcher mit 17 bezeichnet ist, angeordnet. Der Schweißstromkreis 17 ist ferner mit der Schweißelektrode 18 eines Elektrodenhalters oder eines Schweißbrenners sowie mit einem Werkstück 19 verbunden.
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Im Schweißbetrieb werden die beiden steuerbaren Gleichrichter 15, 16 in Gegentaktschaltung in wechselnder Folge und in Abstimmung mit der Netzfrequenz von einer mit 20 bezeichneten Impulssteuerung so angesteuert, daß sich ein Schweißwechselstrom in der gewünschten Höhe ergibt. Gemäß der Erfindung wird in den Leerlaufpausen auf Gleichstrom umgeschaltet, wobei durch einen nachstehend beschriebenen Umschaltimpuls die Impulssteuerung 20 derart beeinflußt wird, daß einer der beiden steuerbaren Gleichrichter 15 bzw. 16 nicht mehr angesteuert, also geschlossen wird. Der andere steuerbare Gleichrichter verbleibt in seinem Ansteuerzustand, so daß sich am Ausgang der Stromquelle eine Gleichspannung ergibt. Nach dem Einsetzen des Schweißstromes, also nach erfolgter Zündung wird durch den Umschaltimpuls der im Leerlauf geschlossene steuerbare Gleichrichter wieder angesteuert und damit unterbrechungslos auf Wechselstrom geschaltet. Gleichzeitig kann ein speziell für den Leerlauf und für den Zündgleichstrom veränderter Ansteuerzustand des offen gebliebenen steuerbaren Gleichrichters wieder auf den für den Schweißbetrieb erforderlichen Ansteuerzustand zurückgeschaltet werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist parallel zu den steuerbaren Gleichrichtern 15 und 16 ein Überbrückungszweig 21 vorgesehen, in welchem ein steuerbarer Gleichrichter 22 und ein Widerstand 23 in Reihe angeordnet sind. Damit wird erreicht, daß vor allem bei kleineren Strömen im Leerlauf die volle Halbwelle der Transformator-Sekundärspannung und damit die maximal erreichbare Spannungszeitfläche für die Zündung zur Verfügung steht, ohne, daß sich daraus der Höchststrom als zu großer Zündstrom ergibt. Im Leerlauf werden die steuerbaren Gleichrichter 15 und 16 abgeschaltet, also geschlossen und der steuerbare Gleichrichter 22 voll ausgesteuert. Es ergibt sich damit die maximal erreichbare Gleichspannung als Leerlaufspannung. Die Höhe des Zündgleichstromes wird durch den Widerstand 23 bestimmt, der entweder auf einen festen Wert eingestellt ist, oder von Außen auf harte oder weiche Zündung, d. h. auf einen größeren oder kleineren Zündgleichstrom eingestellt werden kann.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3a und b sind die steuerbaren Gleichrichter 15, 16 Teil einer sekundärseitig an den Schweißtransformator 10 angeschlossenen Brückenschaltung 24. Der Brückenschaltung ist eine Umschaltung zum wahlweisen Gleich- oder Wechselstromschweißbetrieb zugeordnet. Die Umschaltung besteht dabei aus den Schaltern 25 und 26, die um die Punkte 27 und 28 schwenkbar sind. Die nicht steuerbaren Gleichrichter der Brückenschaltung sind mit 29 und 30 bezeichnet und als herkömmliche nichtsteuerbare Gleichrichterbauelemente, beispielsweise Dioden ausgebildet.
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Die in Fig. 3a veranschaulichte Stellung der Schalter 25 und 26 ist beim Gleichstromschweißen vorhanden. Zum Wechselstromschweißen werden die steuerbaren Gleichrichter 15 und 16 der im Gleichstrombetrieb verwendeten Brückenschaltung 24 durch den Schalter 26 in Gegentaktbetrieb umgeschaltet, durch den Schalter 25 wird die Diode 29 abgeschaltet und die Diode 30 kurzgeschlossen (Fig. 3b). Im Leerlauf dieses Wechselstrombetriebes wird einer der beiden steuerbaren Gleichrichter 15 bzw. 16 abgeschaltet. Soll auf die Schalter 25, 26 verzichtet werden, z. B. um direkt vom Schweißplatz aus mit einer Fern-Umschalteinrichtung zwischen Gleichstrom und Wechselstrombetrieb umschalten zu können, so wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Schaltungsanordnung nach Fig. 4a vorgeschlagen. Bei dieser Ausführungsform weist die Brückenschaltung 24 einen ersten (32), einen zweiten (33) und einen dritten (34) Brückenzweig mit jeweils einem steuerbaren Gleichrichter 35 bzw. 36 bzw. 37 und einen vierten Zweig (38) mit einem nicht steuerbaren Gleichrichter 39 auf. Ferner ist in Antiparallelschaltung zum zweiten und vierten Brückenzweig 33 bzw. 38 jeweils ein steuerbarer Gleichrichter 40 bzw. 41 vorgesehen. Den steuerbaren Gleichrichter 35, 36, 37, 40 und 41 ist eine an sich bekannte Ansteuervorrichtung zugeordnet. Durch diese wird erreicht, daß beim Gleichstrombetrieb die steuerbaren Gleichrichter 40 und 41 abgeschaltet werden und sich damit die steuerbare Brückenschaltung 24 mit dem steuerbaren Gleichrichter 35, 36, 37 und der Diode 39 ergibt. Von den steuerbaren Gleichrichtern werden die Gleichrichter 37 bzw. 35 voll ausgesteuert und durch Ansteuerung der Gleichrichter 35 und 36 bzw. 36 und 37 die Höhe des Schweißstromes bestimmt. Für den Wechselstrombetrieb (Fig. 4b) werden die steuerbaren Gleichrichter 35 und 37 abgeschaltet und die steuerbaren Gleichrichter 40 und 41 eingeschaltet. Als wirksame Schaltung ergibt sich dann die Reihenschaltung der beiden Gegentaktschaltungen 36/40 und 41/39, von denen die Gegentaktschaltung 36/40 zur Schweißstromsteuerung verwendet wird. Im Leerlauf wird entweder durch Abschaltung der steuerbaren Gleichrichter 40 und 41 und gleichzeitiger Einschaltung der steuerbaren Gleichrichter 35 und 37 eine Gleichstrombrückenschaltung hergestellt oder in der Wechselstromschaltung einer der steuerbaren Gleichrichter 36, 40 oder 41 abgeschaltet.
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In beiden Fällen wird eine Leerlaufgleichspannung erhalten.