DE2855662A1

DE2855662A1 - Stromquelle fuer das lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE2855662A1
Application number: DE19782855662
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Roehm
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1980-07-03
Also published as: FR2444527B3; IT7927944A0; GB2039167A; JPS5586686A; SE7909924L; FR2444527A1; IT1126529B; ATA710479A; BR7908326A

Description

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MESSER GRIESHEIM GMBH MG 11 66

Kennwort: LEW 2-4 EM 865

Erfinder: Röhm Ordner: VII

Stromquelle für das Lichtbogenschweißen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromquelle für das Lichtbogenschweißen mit einem Transformator und diesem zugeordneten steuerbaren Gleichrichtern zur Erzeugung eines Einphasenschweißwechselstromes mit einer Schweißstromfrequenz der eineinhalbfachen bzw. dreifachen Netzfrequenz.

Mit diesem Oberbegriff wird auf einen Stand der Technik Bezug genommen, wie er beispielsweise aus der DT-OS 26 56 9 bekannt geworden ist. In dieser DT-OS ist eine Stromquelle zum Lichtbogenschweißen beschrieben, mit der ein Einphasen-Schweißwechselstrom erzeugt werden kann, dessen Frequenz wahlweise den dreifachen oder den eineinhalbfachen Wert der Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) aufweist, wobei gleichzeitig das Drehstromnetz symmetrisch belastet wird. Dies wird durch einfache Ansteuerung der vorgesehenen Gleich-

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— "Z ~

richter möglich, so daß zu vorbestimmten Zeiten gewisse Gleich.rich.ter derart offen bzw. geschlossen sind, daß sich, die obengenannte Frequenz des E inpha sen-Schweiß-Wechselstromes ergibt.
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Durch die höhere Frequenz werden bessere Schweißeigenschaften bezüglich Zündung, Stabilität des Lichtbogens sowie Qualität der Schweißung durch intensivere Badbewegung erreicht, was insbesondere zu besseren Schweißergebnissen beim Wechselstromschweißen von Aluminium führt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die einphasige Belastung durch den Schweißlichtbogen symmetrisch auf das Drehstromnetz verteilt wird, und zwar in gleicher Weise wie bei einem Schweißgleichrichter mit Drehstromanschluß bisher üblicher Bauart.

Ferner verringert sich bei dieser Stromquelle die Baugröße der einzelnen Induktivitäten CEisenkerndrosseln, Luftdrosseln, Transduktoren), die für die schweißverfahrensbedingte Neigung der Strom-Spannungskennlinien oder zur Stromeinstellung erforderlich sind, bei gleicher Wirkung auf ein Drittel.

Bei der bekannten Stromquelle sind zwölf steuerbare Gleichrichter zur Erzeugung der vorteilhaften Schweißstromfrequenz notwendig, was im Hinblick auf die Raumform und auch den Herstellungsaufwand nicht günstig ist. Darüber hinaus sind die Gleichrichter sekundärseitig an einen Drehstromtransformator angeschlossen, wodurch dieser Transformator eine erhebliche Baugröße aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromquelle der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die obengenannten Nachteile vermieden werden, insbesondere in be-

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zug auf die Baugröße des Schweißtransformators sowie die Anzahl der steuerbaren Gleich.rich.ter.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß eine Stromquelle nach dem Oberbegriff dadurch gekennzeichnet ist, daß

die Sekundärwicklung des Transformators an Werkstück

und Schweißbrenner angeschlossen ist, 10

- die Primärwicklung des Transformators drei wicklungsgleiche Teilspulen aufweist;

~. das eine Ende jeder Primärteilspule mit einer Mittel-IS anzapfung von drei Glättungsdrosseln verbunden ist,

-c· das andere Ende jeder Primärteilspule mit einer Phase eines Drehstromnetzes sowie dem einen Pol von zwei antiparallel geschalteten Gleichrichtern verbunden ist, 20

- die anderen Pole der Gleichrichter mit dem Anfang und Ende der Glättungsdrossel in Verbindung stehen.

Durch diese Schaltungsanordnung wird unter Beibehaltung der oben beschriebenen günstigen Schweißstromfrequenz und sammetrischer Drehstromnetzbelastung der Vorteil erreicht, daß die 3augröße des Schweißtransformators nunmehr um etwa ein Drittel der Baugröße eines Netzfrequenz-Drehstromtransformators beträgt und damit ferner die gesamte Sekundärverdrahtung nun einphasig und damit zeit- und materialsparend ausgeführt werden kann. Darüber hinaus sind bei der vorgeschlagenen Schaltung nur noch sechs steuerbare Gleichrichter zur Erzeugung eines Einphasenschweißwechselstromes mit einer Schwaißstromfrequenz der eineinhalbfachen bzw. dreifachen Netzfrequenz erforderlich, wodurch einerseits in Verbindung

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mit der vorteilhaften Transformatorauslegung eine kleinere Bauforra und ein kleinereg Gewicht der Schweißanlage erreicht wird. Andererseits wird der Ansteuerungsaufwand geringer, was für Hersteilung/Fertigung und auch Wartung vorteilhaft ist.

Die steuerbaren Gleichrichter dienen gleichzeitig zur Schweißstromeinstellung durch Phasenanschnitt, so daß aufwendige Bauteile hierfür, wie Streukerne, Transduktoren, Umschaltwicklungen mit Stufenschalter entfallen.

Ferner wird durch die Erfindung der Vorteil erreicht, daß bei einer evtl. falschen Ansteuerung der steuerbaren Gleichrichter (infolge innerer oder äußerer Störeinflüsse) kein Phasenkurzschluß mit dadurch erfolgendem Abschalten/Ausfall der gesamten Stromquelle auftreten kann, da im betroffenen Stromkreis immer eine Transformatorwicklung liegt.

Im nachfolgenden wird die erfindungsgemäße Stromquelle unter Bezugnahme auf die Zeichnungen sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher beschrieben. Es veranschaulicht:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Stromquelle zum Lichtbobenschweißen,

Fig. 2 bis 5

Strom/Spannungsdiagram-Tie.

Die Stromquelle nach Fig. 1 weist einen Transformator 10 auf, dessen Sekundärwicklung 11 an ein Werkstück 12 und einen Schweißbrenner 13 angeschlossen ist.

Die Primärwicklung 14 des Transformators 10 weist drei wicklungsgleiche Teilspulen 15,16,17 in Dreieckschaltung

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auf. Das eine Ende (.15a, 16a_f 17a) jeder Primärteilspula 15, 16, 17 ist mit einer Hittelanzapfung M von drei Glättungsdrosseln 18, 19, 20 verbunden. Das andere Ende (15b, 16b, 17b) jeder Primärteilspule 15, 16, 17 steht mit einer der Phase R, S, T eines Drehstromversorgungsnetzes sowie mit dem einen Pol 21 bzw. 23 von zwei antiparallel geschalteten steuerbaren Gleichrichtern 24/25 bzw. 26/27 bzw. 23/29 in Verbindung.
Die anderen Pole 30/31 bzw. 32/33 bzw. 34/35 der Gleichrichter 24 bis 29 sind an den Anfang 18a, 19a, 20a und das Ende 18b, 19b, 20b der Glättungsdrosseln 18, 19, 20 angeschlossen. Es ist besonders günstig, wenn die steuerbaren Gleichrichter 24 - 29 als Thyristoren ausgebildet sind. Die Thyristoren 24-29 werden über eine Steuereinrichtung 36 angesteuert, die einen Programmgeber 37 aufweist, der den Steuerelektroden der Thyristoren zugeordnet ist und mit dem die Öffnungs- bzw. Schließzeiten der Thyristoren 24 bis 29 einstellbar (programmierbar) sind, und zwar derart, daß entsprechend der Erfindung der Schweißstrom einphasig ist und eine Frequenz der dreifachen bzw. eineinhalbfachen Netzfrequenz aufweist. Dabei werden im Falle der dreifachen Netzfrequenz die Thyristoren entsprechend Fig. 2 (Ausschnitte aus den Drehstromversorgungsspannungen R, S, T) und Fig.3 (Sekundäre Leerlaufspannung am Transformator 11 bei voller Aussteuerung der Thyristoren) geöffnet, wobei die in den Halbwellen der Fig. 2 bzw. 3 angegebenen Zahlen die durchgeschalteten Thyristoren kennzeichnen. Bevorzugt ist der , Programmgeber 37 als an sich bekannter Taktgeber zur Ansteuerung von Thyristorschaltungen ausgebildet.

In den Fig. 2 und 3 sind die positiven bzw. negativen Halbwellen des Einphasenwechselstromes flächengleich. Es ist selbstverständlich aber auch vorteilhaft möglich, durch verschieden große Ansteuerung der Thyristoren (Phasenanschnitt) die Flächen unterschiedlich groß einzustellen,

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was insbesondere beim Schweißen von Leichtmetallen beispielsweise zur Beeinflussung des Gleichrichtereffektes von Vorteil ist. über die Phasenanschnittsteuerung ist darüber hinaus vorteilhaft eine Strom- bzw. Spannungseinstellung erreichbar.

In Fig. 4 sind die Primärströme in den einzelnen Primärtrafoteilspulen 15, 16 und 17 veranschaulicht, und zwar schematisiert ohne Berücksichtigung der Glättungswirkung die Drosseln 18, 19 und 20. Die Zahlen kennzeichnen die an- bzw. durchgesteuerten Thyristoren.

Der sich auf der Sekundärseite des Transformators 10 ergebende Schweißstromverlauf ist in Fig. 5 dargestellt. Wie aus dieser Fig. 5 zu ersehen ist, ergeben sich für jede Wechselstromhalbwelle steile Nulldurchgänge, was für gute Schweißeigenschaften der Stromquelle vorteilhaft ist. Diese steilen Nulldurchgänge werden insbesondere durch die vorgesehenen Glättungsdrosseln 18, 19, 20 erreicht, die beim Betrieb von den Primärströmen (Fig. 4) stets in der gleichen Richtung magnetisiert werden; die Drosseln werden also mit einer Gleichstromdurchflutung beaufschlagt.

Mit der beschriebenen Einrichtung ist es auch vorteilhaft möglich, im Leerlauf durch entsprechenden Phasenanschnitt die Leerlaufspannung auf den für den Schweißbetrieb unter erhöhter elektrischer Gefährdung, z.B. in engen Räumen, vorgeschriebenen herabgesetzten Leerlaufspannungswert herunterzuschalten. Nach dem Zünden wird dann in bekann-0 ter Weise in Abhängigkeit von den bei Leerlauf und Last unterschiedlichen Strom- und Spannungsbedingungen im primären und sekundären Leistungs-Stromkreis der Stromquelle selbsttätig auf den eingestellten Stromwert umgeschaltet.

Bevorzugt wird die beschriebene Stromquelle zum Wolfram-

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Inertgas-Lichtbogenschweißen (WIG-Schweißen) verwendet. Selbstverständlich ist jedoch auch eine Verwendung in Verbindung mit ünterpulver-Schweißanlagen mit hohen Schweißwechselströmen/ mit 'Vletall-Schutzgasschweißanlagen mit abschmelzender Elektrode sowie bei artverwandten Verfahren möglich.

Anstelle der als steuerbare Schalter und Gleichrichter dienenden Thyristoren können selbstverständlich auch andere .JQ äquivalente elektrische bzw. elektronische Bauelemente verwendet werden. _;\uch ist der Einsatz von zwei verschiedenen, je eine der genannten Funktionen (Schalten bzw. Gleichrichten) ausübenden Bauteile, wie beispielsweise Diode und Schalttransistor in Reihenschaltung, möglich.

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Ffru., den 29. 11 . 1978 Be/Ack

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Claims

Patentansprüche:

, 1. Stromquelle für das Lichtbogenschweißen mit einem Transformator und mit steuerbaren Gleichrichtern zur Erzeugung eines Einphasen-Schweißwechselstromes mit einer Schweißstromfrequenz der eineinhalbfachen bzw. dreifachen Netzfrequenz,
dadurch gekennzeichnet, daß

- die Sekundärwicklung (11) des Transformators

(10) an Werkstück (12) und Schweißbrenner (13) angeschlossen ist,

die Primärwicklung (14) des Transformators (10) drei wicklungsgleiche Teilspulpn (15, 16, 17)

in Dreieckschaltung aufweist,

das eine Ende (15a, 16a, 17a) jeder Primärteilspule (15, 16, 17) mit einer Mittelanzapfung (M) von drei Glättungsdrosseln (18, 19, 20) verbun

den ist.

das andere Ende (15b, 16b, 17b) jeder Primärteilspule (15, 16, 17) mit einer Phase (R, S, T) eines Drehstromnetzes sowie dem einen Pol (21,

22, 23) von zwei antiparallel geschalteten Gleichrichtern (24/25, 26/27, 28/29) verbunden ist,

- die anderen Pole (30/31, 32/33, 34, 35) der Gleichrichter (24 bis 29) mit dem Anfang (18a, 19a, 20a) zum Ende (18b, 19b, 20b) der Glättungsdrossel (18,19, 20) in Verbindung stehen (Fig. 1).

ORIGINAL INSPECTED

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2. Stromquelle nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Gleichrichter (24 bis 29) als Thyristoren ausgebildet sind.
3. Stromquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansteuern der Thyristoren (24 bis 29) eine Steuereinrichtung (36) vorgesehen ist, die einen als Taktgeber ausgebildeten Programmgeber (37) zum Einstellen der Öffnungs- bzw. Schließzeit der Thyristoren (24 bis 29) aufweist.
4. Stromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Wolfram-Inertgas-Lichtbogenschweißen.
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Ffm., 29. 11. 19 78
Be/Ack

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