DE3247433C1 - Vorrichtung zum Zünden eines Lichtbogens, insbesondere Plasmalichtbogens - Google Patents

Description

• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß die sich bei automatischen Plas- ma-Pluspol-Schweißanlagen mit Kaltdrahtzuführung ergebenden großen Luft- bzw. Schutzgasstrecken zwischen Elektrode und Werkstück sicher überbrückt und der Plasmalichtbogen sicher gezündet wird. Der jeweilige kurzzeitige Zündimpuls verhindert den Werkstoffübergang zwischen Düse und Elektrode und ermöglicht neben einer sicheren Zündung bei großen Luft- bzw.
• Schutzgasstrecken, die Verwendung eines handelsüblichen Zündgerätes. Zusätzliche sichheits- bzw. funktechnische Maßnahmen sind nicht erforderlich.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Prinzipzeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben.
• In der Zeichnung ist mit 10 eine Gleichstromquelle bezeichnet, deren Plus- bzw. Minuspol mit 11 und 12 gekennzeichnet ist Der Pluspol 11 der Gleichspannungsquelle 10 ist über Leitung 13 mit einer nichtabschmelzenden Elektrode 14 vorzugsweise mit einer Wolframelektrode und der Minuspol 12 der Gleichstromquelle 10 über Leitung 15 mit dem Werkstück 16, das vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff besteht, verbunden.
• In dem aus Gleichstromquelle 10, Leitung 13, Elektrode 14, Lichtbogen 17, Werkstück 16 und Leitung 15 geschlossenen Schweißstromkreis sind vorzugsweise zwei Zündgeräte 18, 19 zum berührungslosen Zünden der Luft- bzw. Schutzgasstrecke 20 angeordnet. Die Zündgeräte 18, 19 sind bevorzugt als lmpulsgeneratoren ausgebildet. Eingangsseitig sind die in Reihe geschalteten Zündgeräte 18, 19 über die Versorgungsleitungen 22, 23 mit der Wechselstromversorgung 21 verbunden.
• Zur Unterbrechung bzw. Schaltung der Wechselstromversorgung 21 und damit der Zündgeräte 18, 19 ist in der Versorgungsleitung 22 ein Schalter 47 vorgesehen, der über ein parallel zu den Zündgeräten 18, 19 angeschlossenes Zeitrelais 48 geschaltet wird. Die Ansprechzeit des Zeitrelais 48 ist von 0 bis 20 Sekunden einstellbar.
• Wahlweise ist auch der Anschluß von nur einem Zündgerät 24 an Elektrode 14 und Werkstück 16, wie die strichpunktierte schematische Darstellung zeigt, möglich. Die nicht dargestellte Schaltung erfolgt hierbei ebenfalls über eine Schalter-/Zeitrelaisanordnung. Die Wechselstromversorgung 21 beträgt bei Anschluß der beiden Zündgeräte 18, 19 vorzugsweise 42 Volt Wcchselspannung und bei Anschluß von einem Zündgerät 24 vorzugsweise 220 Volt Wechselspannung.
• Ausgangsseitig ist das Zündgerät 19 über Leitung 25 mit der Elektrode 14 und über Leitung 26 mit der Plasmadüse 27 und das Zündgerät 18 über Leitung 29 mit dem Werkstück 16 und über Leitung 26 ebenfalls mit der Plasmadüse 27 des Schweißbrenners 28 verbunden.
• Der nur schematisch dargestellte Schweißbrenner 28 ist als Plasmabrenner ausgebildet und besteht aus Plasmadüse 27, Schutzgasdüse 30, Elektrode 14 und Wasserkühlung 31.
• Über den durch Schutzgasdüse 30 und Plasmadüse 27 gebildeten Kanal 32 wird der Schweißzone 33 Schutzgas wie Argon, Helium oder ein Gemisch aus Argon und Helium zugeführt. Plasmadüse 27 und Elektrode 14 bilden den Kanal, über den das den Lichtbogen 17 bildende Plasmagas zugeführt wird. Der aus Gleichstromquelle 10, Wechselstromversorgung 21, Leitungen 22, 23, Zündgeräte 18, 19, Werkstück 16, Schutzgasstrecke 20, Plasmadüse 27 und Elektrode 14 gebildete Zündstromkreis ermöglicht eine sichere Zündung des Plasmalichtbogens 17 bis zu einem Abstand zwischen Elektrode 14 und Werkstück 16 bzw. bis zu einer Schutzgasstrecke 20 von ca. 6 mm.
• Dabei wird die Luft- bzw. Schutzgasstrecke 20 zwischen Elektrode 14 und Werkstück 16 durch die von Elektrode 14, Plasmadüse 27 auf Werkstück 16 überschlagende Impulshochspannung überbrückt. Die Funkenstrecke bewirkt l eine lonisation der Luft- bzw.
• Schutzgasstrecke und damit ein Schließen des vorher offenen Stromkreises.
• Vergrößert sich die Schutzgasstrecke 20, ist mit den Zündgeräten ja 19 bzw. dem Zündgerät 24 eine ausreichende Ionisation der Schutzgasstrecke 20 und damit eine Zündung des Plasmalichtbogens 17 nicht sichergestellt.
• Zur Zündung größerer Schutzgasstrecken von 20 bis ca. 30 mm ist die Elektrode 14 und Plasmadüse 27 mit einer Hilfszündvorrichtung 34 verbunden.
• Die Hilfszündvorrichtung 34 weist einen Lade- 35 und einen Hilfszündkreis 36 auf. Der vom Hilfszündkreis 36 galvanisch entkoppelte Ladestromkreis 35 ist an der Gleichstromversorgung 37 von 310 Volt angeschlossen.
• In dem Ladestromkreis 35 ist ein Kondensator 39 mit einer Kapazität von vorzugsweise 22,uF angeordnet.
• Der Kondensator 39 ist über den Ladewiderstand 38 von vorzugsweise 100 Q an die Gleichstromversorgung 37 angeschlossen. Parallel zu dem Kondensator 39 ist ein Widerstand 40 von vorzugsweise 15 kl mit dem Ladestromkreis 35 verbunden. Der Widerstand 40 dient der Entladung nach Abschalten der Maschine (r 40 s).
• Weiterhin ist in dem Ladestromkreis ein Wechselschalter 41 zwischen Kondensator 39 und Ladewiderstand 38 vorgesehen.
• Nach Betätigen des parallel zu den Zündgeräten 18, 19 mit den Leitungen 22, 23 verbundenen Schützes 46 wird der Wechselschalter 41 geschaltet, so daß der Kondensator 39 mit dem Widerstand 40 an den Hilfszündkreis 36 angeschlossen ist. In der Leitung 42 des Hilfszündkreises 36 ist der Widerstand 43 von vorzugsweise 30 11 zur Strombegrenzung auf ca. 10 A und ein Parallelresonanzkreis 44 zur Trennung des Schweißstromkreises vom Hilfsstromkreis angeordnet.
• Zur Stromversorgung der Gleichstromquelle 10. der Zündgeräte 18, 19 und der Hilfszündvorrichtung 34 wird der Hauptschalter 45 geschlossen. Die Zündung des Plasmalichtbogens 17 wird durch Schalten des Schützes 46 bzw. durch die Entladung des Kondensators 39 eingeleitet. Die Kondensatorspannung in Höhe von ca. 310 V (220 V x wird an Elektrode und Düse angelegt. Nach einer Zeitdifferenz von ca. 0,5 s nach Schaltung des Schützes 46 schließt das Zeitrelais 48 den Zündkreis mit den Zündgeräten 18, 19. Dadurch wird zwischen Elektrode 14 und Plasmadüse 27 ein kurzzeitiger Lichtbogen 17 erzeugt; (Entladung von Kondensator 39), der die Gasstrecke 49 vorionisiert und damit zu einer Ionisation der Schutzgasstrecke 20 führt. Die Zeitdifferenz von ca.
• 0,5 s ist nötig, damit die Leerlaufspannung der Maschine aufgebaut werden kann, die Zündeinrichtung umgeschaltet werden kann, das Schutzgas linear strömen kann (Einschaltstoß) und die Gasstrecke durch Vorströmen von Schutzgas gereinigt (sauerstofffrei) werden kann. Die Strecke 20 wird durch das Zündgerät 18 weiter ionisiert, bis die Leerlaufspannung zwischen 13, 15 den Lichtbogen zündet.
• - Leerseite -

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Zünden eines Lichtbogens, insbesondere Plasmalichtbogens, mit einer Gleichstromquelle, mindestens einem Zündgerät und einem Schweißbrenner mit nichtabsehmelzender Elektrode und einer Düse, bei dem an Elektrode und Düse eine Hilfszündvorrichtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet. daß die lSilfszündvorrichtung (34) einen Kondensator (39) aufweist, der über ein Schütz (46) wahlweise entweder unter Zwischenschaltung eines Ladewiderstandes (38) an eine Gleichstromversorgung (37) oder unter Zwischenschaltung eines Parallclresonanzkreises (44) an Elektrode (14) und Düse (27) anschließbar ist, wobei in an sich bekannter Weise die Elektrode (14) mit dem Pluspol der Gleichstromquelle (10) und der Minuspol der Gleichstromquelle mit dem Werkstück (16) verbunden ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als von einem Zeitrelais (48) gesteuerte Zündgeräte (18, 9) ein erster Impulsgenerator (19) parallel zur Hilfszündvorrichtung (34) an Elektrode (14) und Düse (27) und ein zweiter Impulsgenerator (18) an Düse (27) und Werkstück (16) angeschlossen ist Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden eines Lichtbogens, insbesondere Plasmalichtbogens, mit einer Gleichstromquelle. mindestens einem Zündgerät und einem Schweißbrenner mit nichtabschmelzender Elektrode und einer Düse, bei dem an Elektrode und Düse eine Hilfszündvorrichtung angeschlossen ist.

   Beim Zünden eines Gleichstrom lichtbogens zwischen einer am Pluspol einer Gleichstromquelle angeschlossenen Elektrode und einem am Minuspol der Gleichstromquelle angeschlossenen Werkstück, nachfolgend Pluspol-Schweißverfahren genannt, wird die Luft- bzw.

   Schutzgasstrecke zwischen Elektrode bzw. Düse und Werkstück durch eine überschlagende Impulshochspannung überbrückt. Die Zündung des Lichtbogens muß bei unterschiedlichen Abständen zwischen Düse und Werkstück bzw. bei unterschiedlichen Luft- bzw.

   Schutzgasstrecken, über die der Lichtbogen zu zünden ist, sichergestellt sein.

   Es ist ein Plasmaschweißverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs bekannt (MGG-Broschüre 30.0007, »Schutzgasschweißen«, 4. überarbeitete Anlage, Seite 105 und 106) bei dem die Elektrode mit dem Pluspol und das Werkstück mit dem Minuspol der Gleichstromquelle verbunden ist. Um insbesondere beim Plasma-Pluspol-Schweißen von Werkstoffen aus Aluminium mit Gleichstromquellen ein berührungsloses Zünden des Hauptlichtbogens zu erreichen, ist es ferner bekannt, die Luft- bzw. Schutzgasstrecke zwischen Elektrode und Werkstück durch eine überschlagende lmpulshochspannung zu überbrücken (MGG-Prospekt 61.1010 8031/111 C.A.). Zur Erzeugung dieses Impulses ist ein Impulsgenerator mit einer Impulshochspannung von 3.5 KV an Elektrode und Werkstück angeschlossen.

   Mit einer derartigen Vorrichtung sind Luft bzw.

   Schutzgasstrecken bis ca. 2 mm zu zünden.

   Die sich insbesondere bei Plasma-Pluspolschweißanlagen mit Kaltdrahtzufuhr, durch die seitliche Zuführung des Drahtes ergebenden größeren Luft- bzw.

   Schutzgasstrecken, sind mit einem Impulsgenerator nicht sicher zu überbrücken.

   Zur Behebung dieser Nachteile wurde schon versucht, die Wirkung der Zündgeräte zu verstärken. Dabei konnten jedoch infolge der auftretenden Sekundärwirkungen, wie beispielsweise funktechnischen Störungen des Rundfunks und sicherheitstechnischen Isolationsproblemen, keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden, ganz abgesehen davon, daß auch gesetzliche Bestimmungen betreffend Funkstörung, einer beliebigen Verstärkung der lmpulsgeneratoren im Wege stehen.

   Nach einem weiteren Vorschlag kann auch als Maßnahme zur Überwindung der beschriebenen Nachteile das Anlegen der Impulshochspannung zwischen Elektrode und Düse über einen längeren Zeitraum vorgesehen werden. Hiermit konnten jedoch ebenfalls keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden, da neben den verstärkt auftretenden Funkstörungen ein Werkstoffübergang von der Kupferdüse zur Elektrode erfolgt.

   Die so entstandene Elektrodenlegierung hat einen wesentlich niedrigeren Schmelzpunkt, der den Abbrand der Elektrode vergrößert bzw. die Standzeit der Elektrode verkleinert. Aus der DE-AS 21 61 896 ist eine Schaltanordnung zum Zünden eines übertragenen Lichtbogens bekannt geworden, bei der zwischen Düse und Elektrode ein Hilfslichtbogen mittels eines Zündgerätes gezündet und durch eine Hilfslichtbogenstromquelle während der gesamten Schweißperiode aufrechterhalten wird. Mit einer derartigen Einrichtung können einerseits nur Schutzgasstrecken bis ca. 5 mm sicher gezündet werden und andererseits erfolgt insbesondere bei der Zündung eines Pluspollichtbogens ein Werkstoffübergang von der Kupferdüse zur Elektrode.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden. daß mit ihr bei einer Plasma-Pluspol-Schweißanlagc mit Kaltdrahtzuführung eine sichere Zündung bei größeren Luft- bzw. Schutzgasstrecken zwischen Elektrode und Werkstück sichergestellt ist.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hilfszündvorrichtung einen Kondensator aufweist, der über ein Schütz wahlweise entweder unter Zwischenschaltung eines Ladewiderstandes an eine Gleichstromversorgung oder unter Zwischenschaltung eines Parallelresonanzkreiscs an Elektrode und Düse anschließbar ist, wobei in an sich bekannter Weise die Elektrode mit dem Pluspol der Gleichstromquelle und der Minuspol der Gleichstromquelle mit dem Werkstück verbunden ist.

   Um bei einer solchen Vorrichtung eine Zündhochspannung jeweils nur kurzfristig und mit geringerer Energie wirksam werden zu lassen und somit einen Werkstoffübergang zwischen Düse und Elektrode zu vermeiden, wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß als von einem Zeitrelais gesteuerte Zündgeräte ein erster Impulsgenerator parallel zur Hilfszündvorrichtung an Elektrode und Düse und ein zweiter Impulsgenerator an Düse und Werkstück angeschlossen ist. Durch die Reihenschaltung müssen die Zündgeräte nur für entsprechend geringe Zündhochspannungen ausgelegt werden, so daß neben einer kostengünstigeren und einfacheren Bauweise auch eine Erhöhung der Lebensdauer, insbesondere der elektronischen Bauteile der Zündgeräte, erzielt wird.