DE2746945B2

DE2746945B2 - Verfahren zum Lichtbogenschweißen mit einem hochfrequenten Impuls-Gleichstrom sowie Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahren

Info

Publication number: DE2746945B2
Application number: DE2746945A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Obata Mie Hayashi; Kiyoshi Ise Mie Ikemura; Hitoshi Kawano
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1976-11-01
Filing date: 1977-10-19
Publication date: 1981-04-02
Also published as: JPS5421298B2; FR2369050B1; JPS5356139A; GB1574880A; US4192987A; FR2369050A1; DE2746945C3; DE2746945A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen mit einem hochfrequenten Impuls-Gleichstrom, sowie eine Schaltungsanordnung zur

jo Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, daß die Festigkeit und die Stabilität des Bogens in einem Gleichspannungs-Bogenschweißgerät wesentlich verbessert wird, wenn dem Schweißstrom eine hochfrequente Impulskomponente von IO kHz bis 100 kHz überlagert wird Diese Verbesserung gegenüber Geräten, in denen die hochfrequente Impulskomponente nicht vorhanden ist, ist unabhängig von der Verwendung sich nicht verbrauchender oder sich verbrauchender Elektroden. Dabei i/irn die Schweißge schwindigkeit extrem heraufgesetzt werden, wobei der pulsierende Schweißstrom zu perlcnförmigen Schweißnähten führt und die Schweißeigenschaften metallurgisch verbessert Der Zusammenhang zwischen dem hochfrequenten Bogenstrom und den Schweißeigen schäften ist durch die folgenden beiden Bedingungen charakterisiert: Erstens sind die Schweißeigenschaften um so besser, je höher die Frequenz des hochfrequenten Impulsstroms ist Zweitens sind die Schweißeigenschaften auch um so besser, je größer die Welligkeit des

w hochfrequenten Impulsstromes ist, wobei der Mittelwert des hochfrequenten Bogenschweißstroms gleich gehalten wird.

Eine bekannte Schaltungsanordnung zur Durchführung eines hochfrequenten Bogenschweißveirfahrens ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, wobei die Fig. 1 und 3

Schattbilder bekannter Schaltungen und die F i g. 2 bis 4 Schweißstrom-Diagramme für die Schaltungen nach

den F i g< 1 und 3 zeigern

Wird bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2

ein Schälter S^geschlossen, so Hießt ein Schweißstrom /von einer Gleichspannungsquelle füber den Schalter SW, eine durch das Schweißgerät und das Zuleitungskabel gebildete Induktivität L sowie über einen Widerstand R, welcher der Bogenlast des Schweißgerätes äquivalent ist, zur Gleichspannungsquelle E zurück. Gemäß F i g. 2 steigt der Schweißstrom ; von einem Punkt 0 über einen Zwischenzeitpunkt h bis zu einem Wert in einem Zeitpunkt t\. Nach Ablauf einer

des Schalters SW, welche erforderlich ist, um den Schweißstrom auf einem vorgegebenen Mittelwert zu halten, wird der Schalter SW im Zeitpunkt t\ geöffnet Sodann fließt der Schweißstrom / in einem Kreis, der durch die unvermeidliche Induktivität L, den Bogenwiderstand R und eine Diode D gemäß Fig. 1 gebildet wird, wobei der Schweißstrom / vom Wert im Zeitpunkt t\ auf einen Wert in einem Zeitpunkt fe abfällt Dieser Stromabfall ist durch eine Zeitkonstante LJR festgelegt Im Zeitpunkt h nach einer Periode 7J, welche durch die vorgegebene Frequenz des hochfrequenten Impulsstroms festgelegt ist, wird der Schalter SWeraeut geschlossen. Das öffnen und Schließen des Schalters SiP wiederholt sichin einen?,zyklischen Vorgang. Daher läuft der Schweißvorgang gemäß dem Verlauf des Schweißstroms nach F i g. 2 ab.

Ist unter diesen Bedingungen die Zeitkonstante LJR der Dämpfung groß, so ist eine lange Zeitdauer zur vollständigen Dämpfung des Schweißstroms erforderlich, d. h. die Welligkeit des Schweißstroms wird gemäß der Kurve nach Fig.2 gering. Bei einem derartigen Stromverlauf tritt daher der Nachteil auf, dtu die durch die Hochfrequenzkomponente und die große WeDigkeit erzielbaren besseren Schweißbedingungen nicht realisierbar sind, auch wenn die Verluste klein gehalten werden.

In der Schaltungsanordnung nach Fig.3 ist in den Dämpfungskreis für den Schweißstrom ein Widerstand Ro eingefügt, um die durch die Schaltung nach Fig. 1 erreichbaren Schweißeigenschaften zu verbessern. In der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 wird die Dämpfungszeitkonstante durch den Ausdruck LJ(R + R₀) definiert, welche gegenüber der Zeitkonstante in der Schaltung nach F i g. 1 kleiner ist Wie F i g. 4 zeigt wird gegenüber dem Stromverlauf nach Fig.2 damit auch die Welligkeit des Schweißstroms größen Aufgrund der größeren Welligkeit ist daher der Vorteil besserer Schweißeigenschaften realisierbar. Bei dieser Schaltung tritt jedoch ein den Schweißvorgang nachteilig beeinflussender Lifekt auf, weil der Wirkungsgrad durch den Energieverbrauch im Widerstand A₀ verschlechtert wird. Wenn die Impulsfrequenz des Schweißstroms 25 kHz, der Spitzenwert des Schweißstroms 1000 A und der Wert der unvermeidbaren Induktivität L5μH beträgt so übersteigt der Energieverbrauch im Widerstand Ra im Falle von F i g. 4 den Weit von 60 kW.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochfrequenz-Lichtbogenschweißverfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Hochfrequenz-Lichtbogenschweißverfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst daß elektrische Energie temporär in einer Induktivität gespeichert wird, daß die gespeicherte elektrische Energie in einer Gleichspannungsquelle regeneriert wird, daß die regenerierte elektrische Energie Ober eine weitere Induktivität entladen wird und daß die entladene elektrische Energie in einer weiteren Gleichspannungsquelle für den Schweißvorgang regeneriert wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des vorstehend definierten Verfahrens durch folgende Merkmale gekennzeichnet: eine Reihenschaltung einer ersten Gleichspannungsquelle und einer zweiten Regenerations-Gleichspannungsquelle toter einei äquivalenten Kapazität zwischen zwei Sdhaltu'igspunkten, wobei die erste GleichspannungsqtieUe zwischen einem ersten Scbaltungspunktund einem gemeinsamen Schaltungspunkt untf die zweite Gleichspannungsquelle bzw, die äquivalente Kapazität zwischen dem gemeinsamen Schaltungspunkt und einem zweiten Schaltungspunkt derart liegen, daß sich ihre Spannungen addieren, ein erstes variables Impedanzejement das vom ersten Schaltungspunkt über einen die Bogenlast repräsentierenden Widerstand und eine durch das Schweißgerät und ein Zuleitungskabei gebildete Induktivität an den gemeinsamen Schaltungspunkt geschaltet ist ein zweites variables Impedanzelement das vom zweiten Schaltungspünkt über eine Regenerationsinduktivität an den gemeinsamen Schaltungspunkt geschaltet ist eine ersten Gleichrichter, der zwischen den Verbindungspunkt des ersten variablen Impedanzelementes und des Lastzweiges aus Widerstand und Induktivität sowie den zweiten Schaltungspunkt geschaltet ist einen zweiten Gleichrichter, der zwischen den Verbindungspunkt des zweiten variablen Impedanzelemep -*s und der Regenerationsinduktivität sowie den ersteu Schaltungspunkt geschaltet ist eine temporäre Speicherung elektrischer Energie in der Induktivität bei kleiner Impedanz des ersten Impedanzelementes und zunehmendem Schweißstrom, eine Regeneration der gespeicherten elektrischen Energie in der zweiten Gleichspannungsquelle bzw. der äquivalenten Kapazität bei großer Impedanz des ersten Impedanzelementes, eine darauf folgende Entladung der regenerierten elektrischen Energie in die Regenerationsinduktivität über das zweite Impedanzelement bei kleiner Impedanz und eine Regeneration der elektrischen Energie in der ersten Gleichspannungsquelle bei großer Impedanz des zweiten Impedanzelementes.

Erfindungsgemäß dient also eine Gleichspannungsquelle für den Schweißvorgang und entweder eine weitere Gleichspannungsquelle oder eine äquivalente Kapazität zur Regeneration der in der unvermeidbaren Induktivität gespeicherten elektrischen Energie, weiche durch das Bogenschweißgerät und das Zuleitungskabel gebildet wird* wobei die gespeicherte elektrische Energie in der für den Schweißvorgang vorgesehenen Gleichspannungsquelle durch geeignete Einstellung der Spannung der Gleichspannungsquelle bzw. der äquivalenten Kapazität für den Regenerationsvorgang regeneriert wird.

Der elektrische Schweißvorgang wird mittels eines hochfrequenten Schweißstroms mit dreieckförmigem Verlauf durchgeführt, wobei ein Schaltelement 5VVi für so den Ablauf des Schweißvorgangs bei hoher Frequenz vorgesehen ist Die elektrische Energie in einer durch das Schweißgerät und das Zuleitungskabel gebildeten Induktivität L₁ wird temporär entweder in einer Gleichspannungsquelle E₁ oder einer äquivalenten Kapazität C₁ gespeichert, wobei diese Elemente für den Regenerationsvorgang vorgesehen sind. Die gespeicherte elektrische Energie wird sodann in einer für den Schweißvorgang vorgesehenen Gleichspannungsquelle E\ regeneriert wobei ein Schaltelement SW₁ sowie eine Induktivität Lq für diesen Regenerationsvorgang vorgesehen sind. Gleichzeitig wird die Spannung der Gleichspannungsquelle E₂ bzw. die Spannung an der äquivalenten Kapazität so eingestellt, daß sie an die Schaltperiode des Schaltelementes SW\ angepaßt ist, so daß der Schweißvorgang mit einem Mittelwert und einem Spitzenwert des Schweißstroms abläuft, die unabhängig von der Impulsfrequenz proportional zu einem konstant gehaltenen Mittelwert sind.

Daher ist der Energieverlust in vViderstandskomponenten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nicht größer als in bekannten Schaltungsanordnungen, wobei gleichzeitig auch die Welligkeit des Schweißstroms nicht nachteilig beeinflußt wird. Erfindungsgemäß sind daher bessere Schweißeigenschaften realisierbar.

Darüber hinaus kann die Schweißfrequenz bei Konstanthalten des Spitzenwertes des Schweißstromes bei festem Mittelwert variiert werden, so daß der Aufwand bei der Auslegung des Schweißgerätes im Hinblick auf die Stromfestigkeit der Schaltelemente und der Betriebsspannung des gesamten Schweißkreises gering gehalten wird. Damit werden die Schweißeigenschaften weiter verbessert.

Wird die Induktivität L₂ größer als die unvermeidbare Induktivität L\ gemacht, so ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die Betriebsfrequenz des Schaltelementes SWi kleiner als die Betriebsfrequenz des Schaltelementes 5Wi gemacht werden kann. Dies ist unabhängig vom tatsächlichen Wert der Betriebsfrequenz des Schaltelementes SW\ bis zu einem Wert von 400 Hz oder weniger.

Wird die maximale Betriebsfrequenz des Schaltelementes SW2 auf etwa 400 Hz oder weniger eingestellt, so kann für dieses Schaltelement SW? ein Thyristor verwendet werden.

Damit wird der Aufwand für das Schweißgerät gegenüber bekannten Schweißgeräten, in denen für die Durchführung des Schweißvorgangs zwei oder mehr hochfrequente Schaltelemente erforderlich sind, noch weiter verringert. Darüber hinaus werden die beim Schließen der Schalter auftretende Spannung und der der Schaltfrequenz proportionale Schaitleistungsverlust kleiner, so daß der Wirkungsgraü des gesamten Schweißgerätes verbessert werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den F i g. 5 bis 9 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 5 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Hochfrequenz-Lichtbogenschweißverfahrens,

F i g. 6 den Verlauf des Schweißstroms in der Schaltung nach F i g. 5,

F i g. 7 den Verlauf des Schweißstroms in der Schaltungsanordnung nach Fi g. 5 unter der Voraussetzung, daß die Spannung der für den Regenerationsvorgang verwendeten Gleichspannungsouelle gleich der Spannung der für den Schweißvorgang verwendeten Gleichspannungsqueiie bei sich ändernder Frequenz des Schweißstroms ist,

Fig.8 den Verlauf des Schweißstroms in der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 unter der Annahme, daß der Spitzenwert und der Mittelwert des Schweißstroms dadurch konstant gehalten werden, daß die regenerierende Spannung im erfindungsgemäßen Sinne eingestellt wird und

F i g. 9(A), F i g 9( B) und F i g. 9(C) jeweils den Verlauf des Regenerationsstroms bzw. der Regenerationsspannung.

In der in F i g. 5 dargestellten erhndungsgemäßen Schaltungsanordnung ist ein insbesondere als Schaltelement SVV₁ ausgebildetes variables Impedanzelement in Serie zu einer GSeichspannungsqueUe £·, einem der 3ogenlast der Schweißmaschine äquivalenten Widerstand R] und einer durch das Schweißgerät und ein Zuleitungskabe! gebildeten Induktivität L\ geschaltet

Der Widerstand R\ und die Induktivität L\ liegen ihrerseits in Serie zu einem durch eine Diode D\ gebildeten Gleichrichter und einer weiteren Gleichspannungsquelle E₂. Diese weitere Gleichspannungsquelle Ei ist wiederum in Serie zu einer für den Regenerationsvorgang vorgesehenen Induktivität L₂ und einem insbesondere durch ein Schaltelement 5W₂ gebildeten Impedanzelement geschaltet Ein durch eine Diode Di gebildeter Gleichrichter liegt in Serie zur Gleichspannungsquelle E\ und zur Induktivität L₂, Die Gleichspannungsquelle £Ί ist für den Schweißvorgang vorgesehen, während die Gleichspannungsquelle E₂ für den Regenerationsvorgang vorgesehen ist.

In der dargestellten Schaltung kann die Gleichspannungsquelle Ei auch durch eine äquivalente Kapazität C₂ ersetzt werden. Die Gleichspannungsquellen £Ί und Ei können die gleiche Spannung ee haben, wobei parallel zu ihnen Kapazitäten vorgesehen sind, welche groß genug sind, um als Gleichspannungsquellen angesehen zu werden, wenn sie zur Vollweggleichrichtung der Spannung einer Wechselspannungsquelle beitragen und wenn der Bogenspannungsabfall im Vergleich zur Spannung &, der Gleichspannungsquellen klein genug ist

Die Wirkungsweise der in Fig.5 dargestellten Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand von Fi g. 6 erläutert: Wird das Schaltelement 5Wi in einem Zeitpunkt * geschlossen und das Schaltelement 5W₂ offen gehalten, so ergibt sich ein geschlossener Kreis von der Gleichspannungsquelle E\ über das Schaltelement 5Wi, die unvermeidbare Induktivität L\ und den Widerstand R\ zur Gleichspannungsquelle E\ zurück. Daher fließt in diesem geschlossenen Kreis ein Schweißstrom /Lt, welcher gemäß Fig.6 vom Zeitpunkt to bis zu einem Zeitpunkt U mit einer Steigung zunimmt die durch den Faktor eo/Lt definiert ist Im Zeitpunkt ii wird das Schaltelement 5Wi nach einer Schließdauer TA₀ geöffnet. Der Mittelwert des Schweißstroms /Li nimmt damit einen vorgegebenen Wert Jb an. Nach Öffnen des Schaltelementes 5Wi bildet sich ein weiterer geschlossener Kreis zwischen der unvermeidbaren Induktivität Li, dem Widerstand R\, der Gleichspannungsquelle Ei, der Diode D\ und zurück zur Induktivität L₁. Damit nimmt der Schweißstrom /L₁ mit einer Steigung ab, welche für eine Öffnungsdauer TBo zwischen dem Zeitpunkt fi und einem Zeitpunkt f₂ gemäß F i g. 6 durch einen Faktor — od/Li definiert ist Im Zeitpunkt f₂ nach einer Dauer To, welche der Summe der Zeitdauern TA₀ und 7Bb entspricht (entsprechend der Zeit vom Zeitpunkt to bis zum Zeitpunkt f₂) wird d's Schaltelement 5Wi erneut geschlossen. Der Schweißvorgang läuft dabei mit einem dreieckförmigen Schweißstrom ab.

Unter diesen Bedingungen arbeitet das Schweißgerät mit der maximalen Arbeitsfrequenz /0, welche bei einem maximalen mittleren Schweißstrom

'Po 2

einem Wert 1/ 7Ό entspricht

Um den Mittelwert des Schweißstroms zu verringern, kann es generell ausreichen, die Schließdauer des Schaltelementes 5Wi zu verkürzen, wodurch der Schweißstrom gemäß einer gestrichelten Kurve in Fig.6 kleiner wird. Arbeitet das Schweißgerät mit maximaler Frequenz und maximalem mittlerem Strom, so ist der in F i g. 6 durch eine doppelt gestrichelte Linie

dargestellte Mittelwert *> gleich dem halben Maximalwert ipo, d. h. es ist k> = ipo/2, wobei die Dauer T₀, welche der Größe l//o entspricht, gleich der Summe der Dauern TA₀ und TB₀ ist. Die Größe TA₀ ist dabei durch die Zeitpunkte ft und fi festgelegt, während die Dauer TB₀ durch die Zeitpunkte t_x und h festgelegt ist. Es gilt also To - TA₀ + TBo, was lediglich erreicht wird, wenn das Genii mit voller Frequenz arbeitet und die Dauer TA₀ gleich der Dauer TB₀ (d. h. TA₀ - TBo) ist. Der Absolutwert der Neigung der ansteigenden Kurvenzüge ist dabei gleich dem Absolutwert der Neigung der abfallenden Kurvenzüge.

Ein Betrieb der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 mit abgesenkter Arbeitsfrequenz des Schweißstroms wird anhand der Kurve nach F i g. 7 erläutert.

Bei dieser Kurve nach Fig. 7 ist angenommen, daß der Schweißvorgang mit einer kleineren Arbeitsfrequenz /i = Mn mit η > 1 durchgeführt wird. Unter

dieser Bedingung wird eine Dauer T_x gleich nTo (Γι - nTa), wobei die Schließ- und die Öffnungsdauer des Schaltelementes SW_x gleich TA₁ bzw. TB, sind. Wird der Spitzenwert des Schweißstroms bei abgesenkter Frequenz mit ip bezeichnet, so ergeben sich die folgenden Beziehungen:

TA_x = Up/ipo) TA_n, TB₁ = (ip/ip„) TB₁, TA_x + TB_x = (//)/;/;„)(/Μ»+ 7B₁₁) = Up-Ip_n) 7,",

Um die Bedingung fa = /pb/2 im obengenannten Sinne zu erfüllen, ergibt sich der Spitzenwert ip des Schweißstroms bei abgesenkter Frequenz aus den folgenden Beziehungen:

TA_x + 7B₁

= dp)^:/iPu ■ —.
η

η(ίργ = (//>)- ip = -/η i,

'Pi

Das bedeutet, daß der Spitzenwert ip des Schweißstroms bei abgesenkter Frequenz mit einer Arbeitsfrequenz von 1//7-mal der maximalen Arbeitsfrequenz /o /^mal höher als der Spitzenwert ipo des Anfangsschweißstroms ist Die Schaltkapazität des Schaltelementes SW_x muß daher erhöht werden, um an den Mittelwert des Schweißstroms angepaßt zu werden, wenn die Frequenz mit dem Mittelwert des Anfangsschweißstroms abgesenkt wird. Dies ist jedoch absolut unökonomisch und aus Gründen des Wirkungsgrades nicht wünschenswert

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist erfindungsgemäß eine Möglichkeit zur Konstanthaltung des Mittelwertes des Schweißstromes /Li vorgesehen, wobei der Spitzenwert des Gleichstroms auch bei Absenken der Arbeitsfrequenz im wesentlichen konstant gehalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Regenerationsspannung der Gleichspannungsquelle E₂ einstellbar ist Speziell wird die Regenerationsspannung gemäß der Kurve nach Fig.8 so eingestellt, daß der gleiche Spitzenwert und der gleiche Mittelwert des Schweißstroms wie in den Kurven nach F i g. 6 erhalten wird.

Gemäß F i g. 8 wird die Regenerationsspannung der Gleichspannungsquelle Ei unter der Bedingung erhalten, daß die Arbeitsfrequenz f₂ gleich 1/0-mal der maximalen Arbeitsfrequenz /0 ist (f₂ = k/n). Dabei gelten folgende Beziehungen: Es sei angenommen, daß die Summe einer Dauer TAi und einer Dauer TBi gleich der Dauer T\ ist (TAi + TB₂ = T_x), was auch gleich nT₀ ist (Γι = nT₀\ Weiterhin sei die Dauer TA₂ gleich der Dauer TA₀(TA₂ = TA₀). Daher ist die Dauer TB₂ gleich der Differenz der Dauer TA2 oder der Dauer TAo und der Dauer T\ oder der Dauer IiTo(TB₂ = nTo— TA₀). Da die Dauer TA₀ gemäß F i g. 6 gleich der Dauer TBo ist, gelten folgende Beziehungen:

7S₂ = nT₀ -TA₀= H(TA₀ + TB₀) - TA₀ = 2ηΤΒ₀-TB₀ = (In- 1) 7B₀

W-.

Da die Dauer TB₂ umgekehrt proportional zur Regenerationsspannung V_c der Gleichspannungsquelle Ei ist, gelten folgende Beziehungen:

IB₂ _ c₀

~TB~o~y,

V =

_ TB₀ TB₂

2/1-1

Ist also die Regenerationsspannung V₀ der Gleichspannungsquelle E₂ gleich

2n-l

wenn das Schweißgerät bei einer Arbeitsfrequenz I₂ gleich fo/n arbeitet, so können der Mittelwert und der Spitzenwert des Schweißstroms gemäß Fig.8 gleich den entsprechenden Größen des Anfangsschweißstroms gemäß F i g. 6 gemacht werden, d. h. mit anderen Worten, daß die Ströme io und ipo konstant gehalten werden.

Im dargestellten Beispiel liegt die obere Grenze des Frequenzbereiches in der Größenordnung von 25 kHz, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle E\ in der Größenordnung von 250 V liegt, die durch das Schweißgerät und das Zuleitungskabel gebildete Induk tivität L_x in der Größenordnung von 5 μΗ liegt und der Mittelwert k des Schweißstroms einen Maximalwert von 500A besitzt Frequenzen oberhalb von 15 kHz kommen aus Rauschgründen in Betracht Der tatsächlich verwendete Frequenzbereich liegt vorzugsweise in einer Größenordnung von wenigstens 1 :2. Dies bedeutet, daß die Regenerationsspannung der Gleichspannungsquelle E_x in Übereinstimmung mit der Änderung der Arbeitsfrequenz in einem Bereich von 1 :3 eingestellt werden kann. Wie oben bereits ausgeführt kann für den Regenerationsvorgang an Stefie der Gleichspannungsquelle F₂ auch eine äquivalente Kapazität C₂ als ekektrische Quelle verwendet werden. Eine solche Kapazität kann beim anfänglichen

Schließen des Schaltelementes SWi auf die gleiche Spannung e& aufgeladen werden, wie sie die Gleichspannungsquelle Ei hat.

In diesem Zusammenhang ist ein Kreis zur Entladung der elektrischen Energie erforderlich, welche in der durch die Gleich*pannungsquelle E₂ bzw. der äquivalenten Kapazität C₂ gebildeten Quelle für die Regenerationsspannung regeneriert wird. Die elektrische Energie kommt dabei von der Gleichspannungsquelle £Ί, da die Regenerationsspannung jedes Mal graduell zunimmt, wenn das Schaltelement SWl geschlossen und geöffnet wird. Der Kreis zur Entladung der elektrischen Energie wird in der Schaltungsanordnung nach Fig.5 von der Gleichspannungsquelle E₂ über die Induktivität L₂, das Schaltelement SW₂ und zur Gleichspannungsquelle E₂ zurück gebildet. Speziell wird die in der Induktivität U gespeicherte elektrische Energie in der Gleichspannungsquelle £2 bzw. in der äquivalenten Kapazität C₂ durch vjffficfi iic» Sci'iäiiciciViciiieS 3Vr'\ regeneriert, wobei die regenerierte elektrische Energie über einen Regenerationsstrom /L₂ entladen wird, welcher durch Schließen des Schaltelementes SW₂ im Entladekreis fließt. Die in der Induktivität Li gespeicherte und in der Gleichspannungsquelle £2 bzw. der äquivalenten Kapazität Ci regenerierte elektrische Energie wird temporär in der Induktivität L₂ gespeichert. Diese in der Induktivität L₂ gespeicherte elektrische Energie wird in dem Zeitpunkt in der Gleichspannungsquelle £1 regeneriert, in dem das Schaltelement SW₂ geöffnet wird. Dabei ergibt sich in der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 ein Kreis von der Induktivität Li über die Diode D₂ und die Gleichspannungsquelle £1 zur Induktivität L₂ zurück.

Die Strom- bzw. Spannungsverläufe des Regenerationsvorgangs sind in Fig. 9(A), 9(B) und 9(C) dargestellt. F i g. 9(A) zeigt den Verlauf des Schweißstroms /Li, während Fig.9(B)den Regenerationsstrom 1'L₂ zeigt, wobei der Spitzenwert des Schweißstroms in diesen beiden Figuren den gleichen Wert besitzt. Die in F i g. 9(A) schraffierten Teile geben die in die Gleich-Spannungsquelle E₂ bzw. die äquivalente Kapazität C₂ fließende Energiemenge an, während die in Fig.9(B) schraffierten Teile die aus der Gleichspannungsquelle Ej bzw. der äquivalenten Kapazität C₂ abfließende Energiemenge angeben. Dies gilt für die jeweiligen Zeitpunkte der Betätigung des Schaltelementes SW₂.

Wird in diesen beiden Figuren angenommen, daß der Spitzenwert des Schweißstroms /Li gleich dem Spitzenwert des Regenerationsstroms /L₂ ist und daß diese beiden Größen dem Spitzenwert des Anfangsschweiß-Stroms ipo entsprechen, so ist die in die Gleichspannungsquelle E₂ bzw. in die äquivalente Kapazität C₂ fließende Energiemenge gleich der aus der Gleichspannungsquelle E₂ bzw. der äquivalenten Kapazität C₂ abfließenden Energiemenge, da die in den beiden Figuren schraffierten Bereiche im gleichen Zeitintervall den gleichen Wert besitzen. Tatsächlich ist jedoch die zufließende Energiemenge kleiner als die abfließende Energiemenge, da ein Bogenwiderstand und die Diode A praktisch in Serie im Kreis liegen. Ist daher der Strom im Schaltelement SW₂ gleich dem Strom im Schaltelement SW₁, so kann die elektrische Energie in der Gleichspannungsquelle E\ bzw. in der äquivalenten Kapazität C₂ durch die Betätigung des Schaltelementes 5W₂VoIl abfließen.

Die Änderung des Signalverlaufs der Glcichspannungsquelle E₂ bzw. der äquivalenten Kapazität C₂ wird anhand von Fig.9(C) erläutert Es sei angenommen, daß die Spannung V_rder Gleichspannungsquelle E₂ bzw. die Spannung an der äquivalenten Kapazität C₂ durch die voreingestellte Frequenz des Schweißstromes festgelegt ist und daß der Bezugswert der Spannung V_c als eine Spannung Vb definiert ist. Damit kann eine obere Spannungsgrenze V₀ + Δ V und eine untere Spannungsgrenze Vo-Δ Vfestgelegt werden, ohne daß die Schweißeigenschaften nachteilig beeinflußt werden. Die Spannung V ist dabei als Differenz von der

ίο Spannung V₀ definiert Wird mittels einer in der Figur nicht dargestellten Einrichtung der Augenblick festgestellt, in dem die Spannung V_c die obere Spannungsgrenze V₀ + Δ V übersteigt, so öffnet und schließt das Schaltelement SW₂ den Kreis. Die Änderung der Spannung V_c ist in F i g. 9(C) durch eine »Arbeitsperiode des Schaltelementes SW₂K dargestellt. Es sei bemerki, daß die Zeiteinteilung in den Fig. 9(A) und 9(B) einerseits und in F i g. 9(C) andererseits nicht gleich ist.

Speziei! nimmt beim Schließen des Schaiteiementes

2(i SW₂ die Spannung V_c ab, wenn die elektrische Energie aus der Gleichspannungsquelle E₂ bzw. aus der äquivalenten Kapazität C₂ abfließt, während die Spannung V_c zunimmt, wenn das Schaltelement SW₂ geöffnet ist. Wenn die Abnahme der Spannung V_c

>i größer als die Zunahme dieser Spannung ist, so nimmt sie graduell insgesamt ab, wobei die die untere Spannungsgrenze V₀-Δ Verreicht. Der Augenblick, in dem die Spannung V_c die untere Spannungsgrenze V₀-Δ V unterschreitet, wird durch die obengenannte

in Einrichtung festgestellt, um den Vorgang des öffnens und Schließens des Schaltelementes SW₂ in eine offene Stellung dieses Schaltelementes zu überführen. Damit fließt nur mehr eine Energiemenge in die Gleichspannungsquelle E₂, um die Spannung V_cin einer in F i g. 9(C)

j) mit »Halteperiode des Schaltelementes SW₂V. bezeichneten Periode zu erhöhen, bis diese Spannung V_c die obere Spannungsgrenze V₀ + Δ V erreicht. In dem Augenblick, in dem die Spannung V_c die obere Spannungsgrenze überschreitet, wird das Schaltelement

w SW2 wieder im Sinne des öffnens und Schließens betätigt, um die Spannung V_c abzusenken. V .mit ergibt sich eine wiederholte automatische Betätigung des Schaltelementes SW₂, um die Spannung V_c in dem durch die obere und die untere Spannungsgrenze definierten Bereich zu halten.

Die Frequenz für die Betätigung des Schaltelementes SW2 kann gleich der Frequenz für die Betätigung des Schaltelementes SW\ sein. Andererseits ist es auch möglich, die Frequenz für die Betätigung des Schaltelementes SW₂ durch Vergrößern der Induktivität L₂ zu verringern.

Bei den vorstehenden Erläuterungen wurde die Gleichspannungsquelle Ei als Quelle für den Schweißvorgang und die Gleichspannungsquelle E₂ bzw. die äquivalente Kapazität C₂ als Quelle für den Regenerationsvorgang betrachtet Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jedoch auch die Gleichspannungsquelle Ei bzw. eine äquivalente Kapazität Ci als Quelle für den Regenerationsvorgang und die Gleichspannungsquelle E₂ als Quelle für den Schweißvorgang betrachtet werden, durch welche der Anstieg des Schweißstroms festgelegt wird. In diesem Fall ist jedoch der Wirkungsgrad des Schweißgerätes im Vergleich zu der oben eingehend erläuterten Ausfüh- ; ungsform schlechter, wobei auch ein steiler Anstieg des Schweißstroms schwer zu realisieren ist Die oben eingehend erläuterte Ausführungsform ist daher bevorzugt

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lichtbogenschweißen mit einem hochfrequenten Impuls-Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Energie temporär in einer Induktivität (L_t) gespeichert wird, daß die gespeicherte elektrische Energie in einer Gleichspannungsquelle (E₁ oder C₂) regeneriert wird, daß die gespeicherte elektrische Energie in einer Gleichspannungsquelle (Ei oder C₂) regeneriert wird, daß die regenerierte elektrische Energie über eine weitere Induktivität (Lz) entladen wird und daß die entladene elektrische Energie in einer weiteren Gleichspannungsquelle (JSl) für den Schweißvorgang regeneriert wird.

2. Hochfrequenz-Bogenschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Induktivität (Li) durch die Induktivität eines Schweißgeiätes und eines Zuleitungskabels gebildet wird undedß die weitere Induktivität (Lj) für die Regeneration verwendet wird.

3. Hochfrequenz-Bogenschweißverfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquellen (Eu E₂ oder C₂) so in Reihe geschaltet sind, daß sich deren Spannungen addieren.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung einer ersten Schr.-eiB-Gleichspannungsquelle (£i) und einer zweiten Regenerations-GIeichspannungsquel-Ie(U) ode; einer äquivalenten Kapazität (C₂) zwischen zwei Schaltpunkten (a. b), wobei die erste Gleichspannungsquelle (E\) zwischen einem ersten Schaltungspunkt (a) und einem gemeinsamen Schaltungspunkt (e) und die zweite Gleichspannungsquelle (E₂) bzw. die äquivalente Kapazität (C₂) zwischen dem gemeinsamen Schaltungspunkt (e) und einem zweiten Schaltungspunkt (b) derart liegen, daß sich ihre Spannungen addieren, durch ein erstes variables Impedanzelement (SW₁), das vom ersten Schaltungspunkt (ajüber einen die Bogenlast repräsentierenden Widerstand (R\) und eine durch das Schweißgerät und das Zuleitungskabel gebildete Induktivität (L,) an den gemeinsamen Schaltungspunkt (e) geschaltet ist, durch ein zweites variables Impedanzelement (SWi), das vom zweiten Schaltungspunkt (b) Ober eine Regenerationsinduktivität (Li) an den gemeinsamen Schaltungspunkt (e) geschaltet ist, durch einen ersten Gleichrichter (D₁), der zwischen den Verbindungspunkt des ersten variablen Impedanzelementes (SW)) und des Lastzweiges aus Widerstand (Ri) und Induktivität (Li) sowie den zweiten Schaltungspunkt (b) geschaltet ist, durch einen zweiten Gleichrichter (Dt), der zwischen den Verbindungspunkt des zweiten variablen Impedanzelementes (SWj) und der Regenerationsinduktivität (Li) sowie den ersten Schaltungspunkt (a) geschaltet ist, durch eine temporäne Speicherung elektrischer Energie in der Induktivität (Li) bei kleiner Impedanz des ersten Impedanzelementes (SWi) und zunehmendem Schweißstrom, durch eine Regeneration der gespeicherten elektrischen Energie in der zweiten Gleichspannungsquelle (Et) bzw. der äquivalenten Kapazität (Q) bei großer Impedanz des ersten Impedanzelementes (51Vi), durch eine darauf folgende Entladung der regenerierten elektrischen Energie in die Regeneratjonsinduktivitftt (L₂) über da/ zweite Impedanzelement (SW2) bei kleiner Impedanz und durch eine Regeneration der elektrischen Energie in der ersten Gleichspannungsquelle (J?₍) bei großer Impedanz des zweitealmpedanzelementes (SW?)*

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Impedanzelemente (SWu SW2) Schalter und die Gleichrichtei^D,, D₁)

Dioden sind,

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des ersten Schaltungspunktes (a) positiv gegenüber der Polarität des gemeinsamen Schal tungspunktes fe/und die Polarität des gemeinsamen Schaltungspunktes (e) positiv gegenüber der Polarität des zweiten Schaltungspunktes (b)\SL

7. Schaltungsanordnung nach einem dei Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer, während der die Impedanz des ersten und zweiten Schaltelementes (SW_h SW₂) klein oder groß ist, einstellbar ist