DE3836633A1 - Einrichtung zur schweissbogenzuendung und -stabilisierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schweißbogen­ zündung und -stabilisierung und ist zum Einsatz als Oszil­ lator in Speiseschaltkreisen zum Schweißen und Schneiden sowie zum Schweißbogenzünden ohne Schließen der Licht­ bogenstrecke bestimmt.

Es ist eine Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -sta­ bilisierung (B.E. Paton et al "Elektrooborudovanie dlja dugovoi i shlakovoi svarki" ("Elektroausrüstung zum Licht­ bogen- und Schlacke-Schweißen"), 1966, Verlag "Mashino­ stroenie" (Moskau), S. 24) bekannt, die einen Schweiß­ transformator enthält, bei dem Drosselspulen in Reihe mit der Sekundärwicklung und parallel zu den Drosselspulen ein zweiseitiger Halbleiterschalter und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind.

Am Anfang jeder Schweißstrom-Halbperiode vor dem Zünden des Schweißbogens wird die Induktivität der Drosselspulen durch den betätigten Halbleiterschalter über die Kondensa­ torkapazität überbrückt. Infolgedessen wird über die Lichtbogenstrecke ein Stromimpuls geschickt, was die An­ stiegsgeschwindigkeit des Schweißstroms bei dessen Um­ polung erhöht und damit die Lichtbogenstabilität vergrö­ ßert. Dieser Effekt ist jedoch nur bei der Existenz einer Restleitung in der Lichtbogenstrecke "Elektrode - Werk­ stück" möglich. Bei Elektroden mit einer fluorhaltigen Umhüllung ergibt sich eine Deionisierung der Lichtbogen­ strecke und eine Verringerung deren Restleitung nach dem Erlöschen des Schweißbogens, wobei die Zündspannungsspitze einige 100 Volt übertreffen kann. Die verminderte Zünd­ sicherheit ist auf eine unzureichende Spannung in der Lichtbogenstrecke zurückzuführen.

Darüber hinaus gewährleistet diese bekannte Einrichtung kein Schweißbogen-Neuzünden am Anfang der Schweißstrom- Halbperiode, wenn die Kathode am Werkstück geformt bzw. mit einer nicht abschmelzenden Elektrode unter Inertgas geschweißt wird, denn in diesem Fall muß die Zündspan­ nungsspitze einige 100 Volt übersteigen. Außerdem ist ein Schweißbetrieb mit einem modulierten Schweißstrom nicht zu verwirklichen, was die technologischen Möglichkeiten der Einrichtung und deren Anwendungsbereich beschränkt, so daß eine umfangreiche Klasse von Werkstücken nicht mit unbe­ grenzten Längen der Lichtbogenstrecken geschweißt werden können.

Aus der SU-A-4 90 592 ist eine Einrichtung zur Schweißbo­ genzündung bekannt, die einen Schweißtransformator, einen Halbleiterschalter mit einer Steuereinheit, einen Impuls­ transformator, einen Kondensator und eine Wechselstrom­ quelle enthält. Ein Anschluß der Sekundärwicklung des Schweißtransformators ist an eine zur Anschaltung an ein Schweißstück bestimmte Klemme, der andere Anschluß der Sekundärwicklung des Schweißtransformators an einen An­ schluß des Halbleiterschalters unmittelbar und über die Primärwicklung des Impulstransformators und den Kondensa­ tor an eine Klemme der Wechselstromquelle angeschaltet. Die Klemme zur Anschaltung an die Schweißelektrode ist mit der Sekundärwicklung des Impulstransformators verbunden.

Beim Lichtbogenschweißen mit einem Wechselstrom wird die Sekundärwicklung des Impulstransformators der Einrichtung in Reihe mit der Sekundärwicklung des Schweißtransforma­ tors geschaltet, die durch den Kondensator geshuntet wird. Das Schweißbogen-Neuzünden wird dadurch gesichert, daß bei der Umpolung des Schweißstroms vor der Zündung des Licht­ bogens ein Impuls höherer Spannung zugeführt wird, dessen Amplitudenwert die höchstwahrscheinliche Zündspannungs­ spitze um einiges übertrifft. Dies ermöglicht ein stabiles Schweißbogenbrennen sowohl beim Schweißen mit Elektroden, deren fluorhaltige Ummantelung ein hohes Ionisationspoten­ tial enthält und eine Elektronenaffinität aufweist, als auch mit nicht abschmelzenden Elektroden unter Inertgas. Ein Schweißbetrieb mit moduliertem Strom ist jedoch eben­ falls nicht ohne weiteres möglich, weil sich dabei die Stromdichte durch die Schweißelektrode erniedrigt. Außer­ dem kann ein stabiles Schweißbogenbrennen nicht durch in die Lichtbogenstrecke beim Polaritätswechsel eingespeiste Impulse höherer Spannung gefördert werden, weil die An­ stiegsgeschwindigkeit des Schweißstroms unzureichend ist. Dadurch wird der Strombereich für ein stabiles Schweiß­ bogenbrennen eingeengt, was die technologischen Möglich­ keiten dieser bekannten Einrichtung beschränkt. Auch eine schnelle Schweißstromregelung ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -stabilisierung zu schaffen, die ein stabiles Schweißbogenbrennen auch bei geringen Stromdichten durch seine automatische Regelung bei der Zunahme seiner Anstiegsgeschwindigkeit sichert, was eine Schweißung im Betrieb mit einem modulierten Strom unter Benutzung von Elektroden mit einer beliebigen Art der Um­ hüllung (darunter auch von nicht abschmelzenden Elektro­ den) ermöglicht, wodurch die technologischen Möglichkeiten der Einrichtung erweitert werden.

Gegenstand der Erfindung, mit dem diese Aufgabe gelöst wird, ist somit eine Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -stabilisierung, die einen Schweißtransformator, einen an eine Steuereinheit angeschlossenen Halbleiterschalter, einen Impulstransformator, einen Schaltkondensator und eine Wechselstromquelle enthält, wobei der erste Anschluß der Sekundärwicklung des Schweißtransformators an eine zur Anschaltung eines Werkstücks vorgesehene Klemme der Ein­ richtung, der zweite an einen Anschluß des Halbleiter­ schalters und über die Primärwicklung des Impulstransfor­ mators und über den Schaltkondensator an die erste Klemme der Wechselstromquelle angelegt ist, deren andere Klemme an den anderen Anschluß des Halbleiterschalters angekop­ pelt ist, während ein Anschluß der Sekundärwicklung des Impulstransformators an eine zur Anschaltung einer Elek­ trode vorgesehene andere Klemme der Einrichtung angelegt ist, wobei erfindungsgemäß ein Strombegrenzer, ein Zusatz­ kondensator und eine Gleichstrombrücke vorgesehen ist und der Halbleiterschalter einen Zusatzanschluß aufweist, wo­ bei der zweite Anschluß der Sekundärwicklung des Schweiß­ transformators über den Strombegrenzer an den anderen An­ schluß der Sekundärwicklung des Impulstransformators und über den Zusatzkondensator an einen Wechselstromanschluß der Gleichrichterbrücke gelegt ist, bei der der andere Wechselstromanschluß an die zweite Klemme der Wechsel­ stromquelle angekoppelt ist, während die Gleichstroman­ schlüsse der Gleichrichterbrücke an den Zusatzanschluß des Halbleiterschalters bzw. an dessen Hauptanschluß angelegt sind, der an die Klemme der Wechselstromquelle angeschlos­ sen ist.

Es ist zweckmäßig, daß in der erfindungsgemäßen Einrich­ tung der Halbleiterschalter aus zwei Thyristoren aufgebaut ist, wobei die Anode des einen Thyristors und die Kathode des anderen Thyristors an einen gemeinsamen Punkt ange­ schaltet sind, der als ein Anschluß des Halbleiterschal­ ters fungiert, als dessen andere Anschlüsse die Kathode des einen Thyristors bzw. die Anode des anderen Thyristors auftreten. Der Halbleiterschalter kann auch aus Transisto­ ren aufgebaut sein, wobei der Emitter des einen Transi­ stors und der Kollektor des anderen Transistors in einem gemeinsamen Punkt zusammengeschaltet sind, der als ein Anschluß des Halbleiterschalters wirkt, als dessen andere Anschlüsse der Kollektor des einen Transistors bzw. der Emitter des anderen Transistors fungieren.

Der Strombegrenzer kann als regelbare Drossel oder als veränderlicher Widerstand ausgeführt sein.

Zweckmäßig ist ein Schweißstromregler parallel zum Strom­ begrenzer geschaltet, wobei dessen Eingänge mit dem Aus­ gang der Steuereinheit verbunden sind. Der Schweißstrom­ regler kann ein Paar gegenparallel geschaltete Thyristoren oder ein Paar gegenparallel geschaltete Transistoren, ei­ nen symmetrischen Thyristor oder eine Diodenbrücke ent­ halten, in deren Diagonale ein Transistor liegt.

Die Erfindung gewährleistet ein stabiles Schweißbogen­ brennen selbst bei geringen Schweißstromdichten durch Ein­ führung einer automatischen Regelung seines Wertes und seiner Anstiegsgeschwindigkeit. Dies ermöglicht Schweißun­ gen mit einem modulierten Strom bei beliebigen Elektroden­ typen, was die technologischen Möglichkeiten der Schweiß­ einrichtung erweitert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Funktionsschaltung einer erfindungs­ gemäßen Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -stabilisierung;

Fig. 2 eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -stabilisierung mit einem Halbleiterschalter in Form von Thyristoren und mit einem Strom­ begrenzer in Form eines veränderlichen Widerstandes;

Fig. 3 eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -stabilisierung mit einem Halbleiterschalter in Form von Transistoren und mit einem Strom­ begrenzer in Form einer regelbaren Drossel;

Fig. 4 eine Funktionsschaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -stabilisierung mit einem Schweißstromregler;

Fig. 5 eine Schaltung eines Schweißstromreglers in Form eines Symistors;

Fig. 6 eine Schaltung des Schweißstromreglers in Form von Transistoren;

Fig. 7 eine Schaltung des Schweißstromreglers in Form einer Diodenbrücke;

Fig. 8 eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -stabilisierung mit einer Steuereinheit;

Fig. 9 bis 13 grafische Darstellungen der zeitlichen Schweißstromverläufe für verschiedene Aus­ führungen der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung enthält einen Schweißtransformator 1, bei dem die Primärwicklung 2 an das Netz angeschlossen und die Sekundärwicklung 3 über deren einen Anschluß mit einer an ein Schweißstück (in Fig. 1 nicht gezeigt) angeschalteten Klemme 4 verbunden ist. Der andere Anschluß der Sekundärwicklung 3 ist an einen Anschluß 5 eines Halbleiterschalters 6 angelegt. Ein Impulstransformator 7 ist mit seiner Primärwicklung 8 einerseits mit der Sekundärwicklung 3 des Schweißtransfor­ mators 1 und andererseits über einen Schaltkondensator 9 an eine Klemme 10 einer Wechselstromquelle 11 angeschlos­ sen.

Der zweite Anschluß 12 der Wechselstromquelle 11 ist über eine Gleichrichterbrücke 13 an einen Belag eines Zusatz­ kondensators 14 angeschaltet. Ein Anschluß der Sekundärwicklung 15 des Impulstransformators 7 ist eine zur Anschaltung des Halters einer (nicht dargestellten) Schweißelektrode vorgesehene Klemme 16 der Einrichtung angelegt. Ihr anderer Anschluß ist an den anderen Belag des Zusatzkondensators 14 angeschlossen. Im Stromkreis zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung 3 des Schweißtransformators 1 und der Sekundärwicklung 15 des Impulstransformators 7 ist ein Strombegrenzer 17 vorge­ sehen. Zwischen dem Verbindungspunkt der Sekundärwicklung 15 des Impulstransformators 7 mit dem Strombegrenzer 17 und der Klemme 4 ist ein Schutzkondensator 18 geschaltet. Der Halbleiterschalter 6 weist drei Anschlüsse auf, wobei der erste Anschluß 5 in der oben beschriebenen Weise und die restlichen Anschlüsse 19 und 20 an die Gleichstroman­ schlüsse der Diodenbrücke 13, d. h. zwischen den jeweili­ gen Anoden 21, 22 und Kathoden von Dioden 23, 24, geschal­ tet sind.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein Wechselstromanschluß der Diodenbrücke 13, d. h. der Verbindungspunkt der Anode der Diode 23 mit der Kathode der Diode 21, an die Klemme 12 der Wechselstromquelle 11 und der andere Wechselstrom­ anschluß der Diodenbrücke 13, d.h. der Verbindungspunkt der Anode der Diode 24 mit der Kathode der Diode 22, über den Zusatzkondensator 14 an den zweiten Anschluß der Se­ kundärwicklung 15 des Impulstransformators 7 angelegt.

Der Schweißtransformator 1 weist gegeneinander fest ange­ ordnete Wicklungen 2 und 3 auf, wodurch der Höchstwert des Schweißstroms gewährleistet wird. Der Strombegrenzer 17 kann den wirksamen Schweißstrom gegenüber dem Höchstwert vermindern, was beim Schweißen mit Elektroden unterschied­ lichen Durchmessers erforderlich ist. Der Strombegrenzer 17 gewährleistet die Kontinuität des Schweißstroms bei vereinfachter Konstruktion des Schweißtransformators 1.

Der Halbleiterschalter 6 und die Gleichrichterbrücke 13 dienen der Kommutierung von Stromkreisen, die am Anfang jeder Schweißstrom-Halbperiode von der Bogenzündung einen Impuls höherer Spannung erzeugen, der einen Durchbruch und Ionisierung der Strecke "Elektrode - Werkstück" bewirkt. Durch Überbrückung des Strombegrenzers 17 wird ein Strom­ impuls geformt, der die Anstiegsgeschwindigkeit des Schweißstroms über die genannte Strecke sprunghaft erhöht, die durch den Impuls höherer Spannung ionisiert wird.

Die Einrichtung enthält auch eine Steuereinheit 25, deren Ausgänge an die Steuersignaleingänge 26 des Halbleiter­ schalters 6 und deren Eingänge an die Sekundärwicklung 3 des Schweißtransformators 1 und an die Primärwicklung 8 des Impulstransformators 7 angeschlossen sind.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung ist der Halb­ leiterschalter 6 aus zwei Thyristoren 27, 28 aufgebaut, wobei die Anode des einen Thyristors 27 und die Kathode des anderen Thyristors 28 an einen gegmeinsamen Punkt angeschaltet sind, der als ein Anschluß 5 des Halbleiter­ schalters 6 dient. Die Kathode des Thyristors 27 und die Anode des Thyristors 28 sind an die jeweiligen anderen Anschlüsse 19, 20 des Halbleiterschalters 6 angelegt, dessen Steuersignaleingänge 26 in diesem Fall an die Kathoden der Thyristoren 27 und 28 angekoppelt sind. Der Strombegrenzer 17 (Fig. 1) ist in Form eines veränder­ lichen Widerstandes 29 ausgeführt.

In der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung ist der Halbleiterschalter 6 mit Transistoren 30, 31 aufgebaut, wobei der Emitter des Transistors 30 und der Kollektor des Transistors 31 an den Anschluß 5 des Halbleiterschalters 6 angelegt sind und als dessen Anschlüsse 19 und 20 der Emitter des Transistors 31 bzw. der Kollektor des Transi­ stors 30 auftreten. Der Strombegrenzer 17 ist in Form einer regelbaren Drossel 32 ausgeführt. Die Verwendung der regelbaren Drossel 32 als Strombegrenzer 17 gestattet es, der dem veränderlichen Widerstand 29 eigenen Wärmeentwick­ lung entgegenzuwirken und auf solche Weise einer Über­ hitzung auszuweichen. Darüber hinaus gestattet es die regelbare Drossel 32, die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung im Schweißstromkreis zu vergrößern, wodurch eine höhere Spannung in der Lichtbogenstrecke "Elektrode - Werkstück" in dem Augenblick des Nulldurch­ ganges der Sinusoide des Schweiß-Wechselstroms erzeugt wird, was seinerseits die Schweißbogenzündung beim Polari­ tätswechsel erleichtert.

Die Ausführung des Halbleiterschalters 6 gemäß Fig. 1, 2, 3 gestattet es, dessen Funktionsmöglichkeiten zu erweitern.

Der Halbleiterschalter 6 mit den Transistoren 30, 31 kann wegen der schnellen Wirkung von der Sekundärwicklung 15 des Impulstransformators 7 einen Spannungsmpuls mit einer gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Ausführung steileren Vorderflanke abzunehmen und den Wert der zum Durchschlag der Lichtbogenstrecke "Elektrode-Werkstück" erforderlichen Impulsspannung zu senken sowie die Geschwindigkeit der Ionisierung der Lichtbogenstrecke zu erhöhen, wodurch die Dauer des Stadiums vor der Bogenzündung verkürzt wird. Als Steuersignaleingänge 26 des Halbleiterschalters 6 dienen die Basen der Transistoren 30 und 31.

Die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung umfaßt im Unter­ schied zu den in Fig. 1, 2, 3 dargestellten Ausführungen einen Schweißstromregler 33, der parallel zum Strombegren­ zer 17 geschaltet ist. Die Einführung des auch an die anderen Ausgänge der Steuereinheit 25 angeschlossenen Schweißstromreglers 33 erlaubt es, den Strombegrenzer 17 konstruktiv zu vereinfachen, indem er für den Mindestwert des Schweißstroms ausgelegt wird, d. h. den Strombegrenzer 17 nicht regelbar, beispielsweise in Form einer nicht regelbaren Drossel, auszubilden.

Mit dem Schweißstromregler 33 kann der Schweißstrom von dem durch den Strombegrenzer 17 vorgegebenen Mindestwert bis zu dem durch den Innenwiderstand des Schweißtransfor­ mators 1 begrenzten Höchstwert praktisch trägheitslos geändert werden.

In Fig. 5, 6, 7 sind Ausführungen des Schweißstromreglers 33 wiedergegeben. So ist in Fig. 5 der Schweißstromregler 33 in Form eines symmetrischen Thyristors, d. h. eines Symistors 34, in Fig. 6 in Form zweier gegenparallel ge­ schalteter Transistoren 35, 36 und in Fig. 7 in Form einer Diodenbrücke mit Dioden 37, 38, 39, 40 in deren Diagonale ein Transistor 41 liegt, dessen Basis an den Ausgang der Steuereinheit 25 (Fig. 4) angeschaltet wird, ausgeführt. Die bevorzugte Ausführungsform ist der Symistor 34, weil die Anzahl der Halbleiterelemente im Stromregler 33 gering ist.

Nach Fig. 6 ist der Regler 33 mit Transistoren 35, 36 auf­ gebaut, wobei der Kollektor des Transistors 35 und der Emitter des Transistors 36 an einen Anschluß des Strombe­ grenzers 17 (Fig. 4) angelegt sind, während der Emitter des Transistors 35 (Fig. 6) und der Kollektor des Transi­ stors 36 an den anderen Anschluß des Strombegrenzers 17 (Fig. 4) angekoppelt sind.

In Fig. 8 ist eine vervollständigte Prinzipschaltung einer Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -stabilisierung dargestellt. Hier ist der Strombegrenzer 17 (Fig. 1) in Form des veränderlichen Widerstandes 29 (Fig. 8) ausge­ führt. Der Regler 33 ist aus zwei gegenparallel geschalte­ ten Thyristoren 42 und 43 aufgebaut, wobei die Kathode des Thyristors 42 und die Anode des Thyristors 43 an einen Be­ lag des Schutzkondensators 18 angeschaltet, während die Anode des Thyristors 42 und die Kathode des Thyristors 43 an die Sekundärwicklung 3 des Schweißtransformators 1 ge­ legt sind.

Es sei bemerkt, daß die Anwendung der Transistoren 35, 36 (Fig. 6) im Schweißstromregler 33 es gestattet, einen den in Fig. 5 und 8 aufgeführten Schweißstromreglern 33 eige­ nen Mangel zu beheben. Dieser Mangel besteht darin, daß die Thyristoren 42, 43 oder der Symistor 34 (Fig. 5) in dem Bereich, wo sie, angefangen vom Augenblick des Ein­ schaltens, leiten, nicht steuerbar sind. Der Einsatz der Transistoren 35 (Fig. 6), 36 im Schweißstromregler 33 er­ möglicht aber eine totale programmgemäße Steuerung des Schweißstroms während dessen jeder Halbperiode, was die technologischen Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Ein­ richtung erweitert, beispielsweise wird es möglich, eine nachgiebigere Steuerung von Schiefstellungen des Metalls beim Schweißen mit einer abschmelzenden Elektrode vorzu­ nehmen.

Der Halbleiterschalter 6 (Fig. 8) ist, wie in Fig. 2 gezeigt, d. h. in Form der zwei Thyristoren 27 und 28 aus­ geführt.

In Fig. 8 ist auch die Ausführung der Steuereinheit 25 im Detail und deren Anschaltung an den Halbleiterschalter 6 und den Regler 33 gezeigt. Die Steuereinheit 25 enthält einen Transistor 44, dessen Basis, Kollektor und Emitter jeweils an die Anode einer Diode 45 und einen Widerstand 45′, an die Primärwicklung eines durch eine Diode 47 über­ brückten Ausgangstransformators 46 und über einen Wider­ stand 48 an die Anode einer Diode 49 gekoppelt sind, deren Kathode an einen gemeinsamen Verbindungspunkt eines Wider­ standes 50 mit der Basis eines Transistors 51 geschaltet ist. Der Kollektor und der Emitter des Transistors 51 sind an eine Speisequelle 52 angeschlossen, wobei der Kollektor über die Primärwicklung eines Ausgangstransformators 53 angeschaltet ist, zu welcher parallel eine Diode 54 liegt. Die Kathode der Diode 45 und die Anode der Diode 49 sind an eine RC-Differenzierkette aus einem Widerstand 55 und einem Kondensator 56 bzw. an einen Kondensator 57 ange­ schlossen, die an die Sekundärwicklung 3 des Schweißtrans­ formators 1 gelegt sind. Die Steuereinheit 25 enthält auch Unÿunction-Transistoren 58 und 59. Die Anschlüsse des Unÿunction-Transistors 58 sind jeweils an die durch eine Diode 61 überbrückte Primärwicklung eines Ausgangstrans­ formators 60, an eine RC-Differenzierkette aus einem Widerstand 62 und einem Kondensator 63 und an die Speise­ quelle 52 gekoppelt. Die Anschlüsse des Unÿunction-Tran­ sistors 59 sind jeweils an die durch eine Diode 65 über­ brückte Primärwicklung eines Ausgangstransformators 64, an eine RC-Differenzierkette aus einem Widerstand 66 und ei­ nem Kondensator 67 und an die Speisequelle 52 geschaltet.

Die Einheit 25 umfaßt auch Transistoren 68, 69. Die Basis des Transistors 68 ist über einen Spannungsteiler aus Widerständen 70 und 71 an eine an die Sekundärwicklung 3 des Schweißtransformators 1 geschaltete Diode 72 und die Basis des Transistors 69 über einen Spannungsteiler aus Widerständen 73 und 74 an eine auch an die Sekundärwick­ lung 3 des Schweißtransformators 1 gekoppelte Diode 75 angeschlossen. Die Widerstände 62 und 66 sind über Dioden 76 und 77 an veränderliche Widerstände 78 bzw. 79 ange­ legt. Der veränderliche Widerstand 78 ist mit dessen einem Anschluß an einen Anschluß eines Impulsgenerators 80 und mit dessen anderem Anschluß an die Speisequelle 52, den Emitter des Transistors 51, die Widerstände 50, 48, 55 und 45′ und an den Emitter des Transistors 44 gekoppelt. Der Widerstand 79 ist mit dessen einem Anschluß an einen An­ schluß des Impulsgenerators 80 und mit dessen anderem An­ schluß an die Diode 65, den Emitter des Transistors 69, den Widerstand 74, die Diode 61, die Kondensatoren 67 und 63, den Emitter des Transistors 68 und an den Widerstand 71 geschaltet.

Die Sekundärwicklungen der Ausgangstransformatoren 46 und 53 sind an die Kathoden der Thyristoren 28 bzw. 27 des Halbleiterschalters 6 angeschlossen. Die Sekundärwicklun­ gen der Ausgangstransformatoren 60 und 64 sind an die Kathoden der Thyristoren 42 bzw. 43 des Schweißstromreg­ lers 33 angelegt.

In Fig. 9 ist ein Stromverlauf in der Lichtbogenstrecke bei einem Minimalstrom im Strombegrenzer 17 dargestellt.

In Fig. 10 ist ein Stromverlauf in der Lichtbogenstrecke bei einem Maximalstrom im Strombegrenzer 17 dargestellt.

Die Fig. 11, 12 zeigen Stromverläufe in der Lichtbogen­ strecke im Falle der Ausführung der Schaltung der Ein­ richtung mit dem in Fig. 5, 8 für den minimalen (Fig. 11) und maximalen Schweißstrom (Fig. 12) dargestellten Schweißstromregler 33.

In Fig. 13 ist ein Stromverlauf in der Lichtbogenstrecke im Falle der Ausführung der Einrichtung mit dem in Fig. 6 und 7 dargestellten Schweißstromregler 33 wiedergegeben. Hier ist in Richtung der Ordinatenachse der Stromwert I und in Richtung der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen.

Die Arbeit der Einrichtung am Beispiel ihrer in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform vollzieht sich wie folgt:

Beim Netzanschluß der Primärwicklung 2 des Schweißtrans­ formators 1 wird die an dessen an den Impulstransformator 7 angeschlossener Sekundärwicklung anliegende positive Spannung über den Kondensator 57 und den Widerstand 48 der RC-Differenzierkette der Steuereinheit 25 und die Diode 49 an die Basis des Transistors 51 der Steuereinheit 25 ange­ legt. Der Transistor 51 wird leitend, und in der Primär­ wicklung des Ausgangstransformators 52 wird ein Spannungs­ impuls induziert, der über dessen Sekundärwicklung an die Kathode des Thyristors 27 des Halbleiterschalters 6 ge­ langt, wodurch dieser geöffnet wird. Beim Zünden des Thy­ ristors 27 beginnt von der Wechselstromquelle 11 über den Thyristor 27, die Primärwicklung 8 des Impulstransforma­ tors 7 und die Diode 21 der Gleichrichterbrücke 13 ein Umladestrom des Schaltkondensators 9 zu fließen, weshalb ein in der Sekundärwicklung 15 des Impulstransformators 7 induzierter Spannungsimpuls über den Schutzkondensator 18 an die Lichtbogenstrecke "Elektrode - Werkstück", d. h. an die Klemmen 16, 4, angelegt wird, wodurch diese durchge­ schlagen wird (im Prototyp fehlt dieses Stadium). Beim Durchschlag der Lichtbogenstrecke "Elektrode - Werkstück" beginnt über diese ein Umladestrom des Zusatzkondensators 14 zu fließen, d.h. es liegt ein Stromstoß (s. Position "a" in Fig. 9 bis 13) im folgenden Stromkreis: Sekundär­ wicklung 3 des Schweißtransformators 1, Thyristor 27, Diode 22, Zusatzkondensator 14, Sekundärwicklung 15 des Impulstransformators 7, Klemmen 16 und 4 vor.

Zwischen der an die Klemme 16 angeschlossenen Elektrode und dem an die Klemme 4 angeschlossenen Werkstück zündet ein Schweißbogen, dessen Schweißstrom (s. die Position "b" in Fig. 9, 10) durch den Innenwiderstand des Schweißtrans­ formators 1 und den Wirkwiderstandswert des veränderlichen Widerstandes 29 des Strombegrenzers 17 begrenzt ist, weil der Thyristor 27 nach der Umladung der Kondensatoren 9 und 14 sperrt.

In der beschriebenen Weise geht die Arbeit der Einrichtung vor sich, deren Funktionsschaltung in Fig. 1 bis 3 darge­ stellt ist. Bei der Anordnung des Schweißstromreglers 33 (Fig. 4) wird die Einrichtung befähigt, den Schweißstrom­ wert in weiten Grenzen zu regeln. Dieser Prozeß geht wie folgt vonstatten:

Bei der gleichen Polarität der Spannung am Schweißtrans­ formator 1 sperrt der Transistor 68, und der Kondensator 63 lädt sich über die Diode 76 und den Widerstand 62 vom Impulsgenerator 80 auf. Sobald die Spannung am Kondensator 63 den Schwellenwert erreicht hat, schaltet der Uni­ junction-Transistor 58 durch, und der Kondensator 63 ent­ lädt sich auf die Primärwicklung des Ausgangstransformators 60. Ein Spannungsimpuls von seiner Sekundärwicklung wird an die Kathode des Thyristors 42 des Schweißstromreglers 33 angelegt, wodurch der Thyristor ge­ zündet wird. Der gezündete Thyristor 42 überbrückt den veränderlichen Widerstand 29 des Strombegrenzers 17, wo­ rauf der Schweißstrom vom Minimalwert (Position "c" in Fig. 11) bis zum Maximalwert (Position "c" in Fig. 12) in Abhängigkeit von den Parametern des Thyristors 42 an­ steigt. Der Schweißstrom ist nun lediglich durch den Innenwiderstand des Schweißtransformators 1 begrenzt. Auf solche Weise wird der Schweißstromwert geregelt.

Bei der Umpolung der Spannung an der Sekundärwicklung 3 des Schweißtransformators 1 hört der Strom im Schweiß­ stromkreis auf, der Thyristor 42 sperrt, der Transistor 68 wird leitend und überbrückt den Kondensator 63.

Von der Sekundärwicklung 3 des Schweißtransformators 1 wird die Spannung über die Differenzierkette aus dem Kon­ densator 56 und dem Widerstand 55 und über die Diode 45 an die Basis des Transistors 44 gegeben. Der Transistor 44 wird leitend, wobei eine Spannung in der Primärwicklung des Ausgangstransformtors 46 induziert wird, weshalb ein Spannungsimpuls in seiner Sekundärwicklung auftritt, der an die Kathode des Thyristors 28 gelangt, wodurch dieser gezündet wird. Beim Zünden des Thyristors 28 fließt von der Wechselstromquelle 11 über die Primärwicklung 8 des Impulstransformators 7, den Thyristor 28 und die Diode 23 ein Umladestrom des Schaltkondensators 9. Ein in der Se­ kundärwicklung 15 des Impulstransformators 7 induzierter Spannungsimpuls wird über den Schutzkondensator 18 an die Lichtbogenstrecke "Elektrode - Werkstück" (Klemmen 16 und 4) angelegt, wodurch diese (Position "a" in Fig. 9 bis 13) durchgeschlagen wird. Beim Durchschlag der Lichtbogen­ strecke "Elektrode - Werkstück" beginnt über diese ein Um­ ladestrom des Zusatzkondensators 14 im folgenden Strom­ kreis: Sekundärwicklung 3 des Schweißtransformators 7, Lichtbogenstrecke "Elektrode - Werkstück", Sekundärwick­ lung 15 des Impulstransformators 7, Zusatzkondensator 14, Diode 24, Thyristor 28, Sekundärwicklung 3 des Schweiß­ transformators 1 zu fließen. Zwischen der Elektrode (Klemme 16) und dem Werkstück (Klemme 4) zündet ein Schweißbogen. Der Schweißstrom (s. die die Positon "b" in Fig. 9 bis 13) ist hierbei durch den Innenwiderstand des Schweißtransformators 1 und den Widerstandswert des ver­ änderlichen Widerstandes 29 des Strombegrenzers 17 be­ schränkt.

Bei der gleichen Umpolung der Spannung an der Sekundär­ wicklung 3 des Schweißtransformators 1 sperrt der Transi­ stor 69, und vom Generator 80 wird der Kondensator 67 über die Diode 77 und den Widerstand 66 aufgeladen.

Sobald die Spannung am Kondensator 67 den Schwellenwert erreicht hat, schaltet der Unÿunction-Transistor 59 durch, über den sich der Kondensator 67 auf die Primär­ wicklung des Ausgangstransformators 64 entlädt, weshalb ein Spannungsimpuls an seiner Sekundärwicklung erscheint. Dieser Spannungsimpuls wird an die Kathode des Thyristors 43 angelegt, worauf der letztere zündet. Der Thyristor 43 überbrückt den veränderlichen Widerstand 29 des Begrenzers 17, und der Schweißstrom (Position "c" in Fig. 11, 12) wächst an, weil er nun lediglich durch den Innenwiderstand des Schweißtransformators 1 begrenzt ist. In dieser Weise wird der Schweißstrom in einem weiten Bereich geregelt.

Bei der Umpolung der Spannung an der Sekundärwicklung 3 des Schweißtransformators 1 wird der Strom im Schweiß­ stromkreis unterbrochen, der Thyristor 43 sperrt, und der Prozeß wiederholt sich in Analogie zum oben Beschriebenen.

Bei der Arbeit im Betrieb mit einem modulierten Schweiß­ strom liefert der Impulsgenerator 80 die Spannung abwech­ selnd auf die veränderlichen Widerstände 79 und 79. Auf solche Weise übernimmt die Bedienungskraft die Steuerung des Schweißstromwertes in Abhängigkeit von den Forderungen des technologischen Prozesses. Vom Wert der an den verän­ derlichen Widerständen 78 und 79 abgenommenen Spannung ist der Augenblick der Zündung der Thyristoren 42 und 43, d.h. der Schweißstromwert während der Impuls- und Pausenzeit, abhängig.

Die Auführung des Schweißstromreglers 33, wie er in Fig. 6 und 7 dargestellt ist, gestattet es, eine kompliziertere Modulationsart für den Schweißstrom (Fig. 13) zu realisie­ ren.

Dank der geschilderten Ausführung des Halbleiterschalters 6 kann man einen Durchbruch, d. h. eine Ionisierung der Strecke "Elektrode - Werkstück", und eine Umladung des Zusatzkondensators 14 vornehmen, indem man den Stroman­ stieg in der Strecke "Elektrode - Werkstück" beschleunigt, d. h. einen Stromstoß verwirklicht, was eine sichere Zündung des Schweißbogens und dessen Stabilität im Zünd- und Brennvorgang selbst bei geringen Schweißstromdichten gewährleistet.

Der Regler 33 gestattet es, den Schweißstromwert in weiten Grenzen zu regeln. Dadurch wird es möglich, die Einrich­ tung im Betrieb mit einem modulierten Schweißstrom arbei­ ten zu lassen, was es gestattet, die technologischen Mög­ lichkeiten der Einrichtung unter Benutzung von Elektroden mit einer beliebigen Art von Umhüllungen, darunter auch von nicht abschmelzenden Elektroden, zu erweitern.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Schweißbogenzündung und -stabilisie­ rung, die einen Schweißtransformator (1), einen an eine Steuereinheit (25) angeschlossenen Halbleiterschalter (6), einen Impulstransformator (7), einen Schaltkonden­ sator (9) und eine Wechselstromquelle (11) enthält, wo­ bei die Sekundärwicklung (3) des Schweißtransformators (1) einerseits an eine Elektroden-Klemme (4) und ande­ rerseits an den Halbleiterschalter (6) sowie über die Primärwicklung (8) des Impulstransformators (7) und den Schaltkondensator (9) an die Wechselstromquelle (11) angeschlossen ist und wobei die Wechselstromquelle (11) mit dem Halbleiterschalter (6) verschaltet ist, während die Sekundärwicklung (15) des Impulstransformators (7) an die zweite Elektroden-Klemme (16) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Strombegrenzer (17), ein Zusatzkondensator (14) und eine Gleichrichterbrücke (13) vorgesehen sind,
daß der zweite Anschluß der Sekundärwicklung (3) des Schweißtransformators (1) über den Strombegrenzer (17) an einen Anschluß der Sekundärwicklung (15) des Impulstransformators (7) und über den Zusatz­ kondensator (14) an einen Wechselstromanschluß der Gleichrichterbrücke (13) gelegt ist,
daß der andere Wechselstromanschluß der Gleichrichter­ brücke (13) an die zweite Klemme (12) der Wechsel­ stromquelle (11) angekoppelt ist und
daß die Gleichstromanschlüsse der Gleichstrombrücke (13) an einen Zusatzanschluß (20) des Halbleiter­ schalters (6) bzw. an dessen Hauptanschluß (19) gelegt sind, der an die Klemme (12) der Wechsel­ stromquelle (11) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (6) aus zwei Thyristoren (27, 28) aufgebaut ist, wobei die Anode des einen Thyristors (27) und die Kathode des anderen Thyristors (28) in einem gemeinsamen Punkt zusammengeschaltet sind, der einen Anschluß (5) des Halbleiterschalters (6) bildet, und die Kathode des einen Thyristors (27) und die Anode des anderen Thyristors (28) die jeweils anderen Anschlüsse (20, 19) des Halbleiterschalters (6) darstellen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (6) aus Transistoren (30, 31) aufgebaut ist, wobei der Emitter des einen Tran­ sistors (30) und der Kollektor des anderen Transistors (31) in einem gemeinsamen Punkt zusammengeschaltet sind, der als ein Anschluß (5) des Halbleiterschalters (6) wirkt, und als andere Anschlüsse (20, 19) des Halb­ leiterschalters (6) der Kollektor des einen Transistors (30) bzw. der Emitter des anderen Transistors (31) fungieren.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzer (17) als regelbare Drossel (32) ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzer (17) ein veränderlicher Wider­ stand (29) ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißstromregler (33) parallel zum Strombe­ grenzer (17) geschaltet ist, dessen Eingänge mit dem Ausgang der Steuereinheit (25) verbunden sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstromregler (33) in Form eines Paares gegenparallel geschalteter Thyristoren (42, 43) ausge­ führt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstromregler (33) in Form eines Paares gegenparallel geschalteter Transistoren ausgeführt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstromregler (33) in Form eines symmetri­ schen Thyristors (34) ausgeführt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstromregler (33) in Form einer Dioden­ brücke ausgeführt ist, in deren Diagonale ein Transi­ stor (41) liegt.