DE641920C - Elektrische Lichtbogenschweisseinrichtung, bei der die zum Schweissen erforderliche Gleichstromspannung einem Wechselstromnetz entnommen wird - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lichtbogenschweißeinrichtung, bei der der zum Schweißen erforderliche Gleichstrom einem Wechselstromnetz über einen Gleichrichter entnommen wird. Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht es auf einfache Weise, Spannung und Stromstärke des ' Schweißstromes stets selbsttätig den Betriebsbedingungen entsprechend zu regeln, insbesondere also stets eine bestimmte Durchschnittsspannung einzuhalten. Auch wird erreicht, daß die Schweißspannung selbst bei Kurzschluß einen bestimmten Höchstwert nicht überschreitet,

Es ist bereits vorgeschlagen worden, in den Schweißstromkreis strombegrenzende Ohmsche oder induktive Widerstände oder auch Widerstände beider Art einzuschalten, um die zum Schweißen erforderliche Strom-Spannungscharakteristik zu erhalten.

Solche -Widerstände verursachen jedoch naturgemäß einen beträchtlichen Leistungsverlust, der den Gesamtwirkungsgrad der Anlage erheblich herabsetzt. Ferner ist vorgeschlagen worden, den von einem Dampfentladungsgefäß gleichgerichteten Strom selbsttätig in Abhängigkeit von den beim Schweißen auftretenden Betriebsgrößen durch zeitliche Verschiebung des Zündpunktes des Entladungsgefäßes in seiner' Spannung zu regeln. Zur Verschiebung des Zündpunktes ist bei dieser Anordnung im Steuerstromkreis des Entladungsgefäßes ein mit Gleichstrom erregter, in Abhängigkeit vom Schweiß strom verstellbarer Spannungsteiler vorgesehen.

Gemäß der Erfindung dient zur Regelung der Schweißstromstärke eine mehrschenklige Drosselspule mit zwei auf einem gemeinsamen Schenkel aufgebrachten, einander magnetisch entgegenwirkenden Wicklungen, von denen die eine konstant erregt ist und die andere von dem Schweißstrom durchflossen wird. In dem Stromkreis der konstant erregten Wicklung der Drosselspule wird die von der schweißstromdurchflossenen Wicklung induzierte Spannung durch eine zusätzliche Gegenspannung aufgehoben. Die Anordnung von zwei Wicklungen auf der Drosselspule, von denen die eine vom Schweißstrom, die andere von einem konstanten Strom erregt ist, hat den Vorteil, daß die Genauigkeit der Regelung wesentlich erhöht wird. Dadurch, daß in die vom Schweißstrom nicht durchflossene Wicklung noch eine vom Schweißstrom abhängige Zusatzspannung geschaltet wird, wird zudem

erreicht, daß die von der erstgenannten Wicklung erzeugten Amperewindungen auch tatsächlich bei jeder Größe des Schweißstromes konstant bleiben.

Im einzelnen soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels in den Fig. ι bis 4 erläutert werden. Fig. ι zeigt die Gesamtschaltung der Anordnung, Fig. 2 bis 4 zeigen einige Schaulinien über die Spannungs- bzw. Stromänderungen.

In Fig. ι werden die beiden Gleichrichtergefäße 17 und 18, beispielsweise Quecksilberdampfgleichrichter, über einen Haupttransformator 10 von einer beliebigen Wechselstromquelle 12 gespeist. Die Anoden 19 und 20 der beiden Gleichrichtergefäße sind an die beiden Enden der Sekundärwicklung 13 des Transformators angeschlossen.

Die Quecksilberkathoden 21 und 22 der ao beiden Gleichrichtergefäße sind miteinander verbunden und über eine Drosselspule 27, die Leitung 28, eine Wicklung 29, die Leitung 30, die Schweißanode 31, das Werkstück 16 und die Leitung 15 mit der Mittelpunktanzapfung 14 der Transformator-Sekundärwicklung 13 verbunden. Die Bedeutung der Drosselspule 27 und der Wicklung 29 wird noch später erläutert. Die beiden Gleichrichtergefäße 17 und 18 sind somit in einer solchen Weise geschaltet, daß beide Halbwellen des Wechselstromes nutzbar gemacht werden. Ferner sind in den beiden Gleichrichtergefäßen je eine Steuerelektrode 23 bzw. 24 angebracht, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Zündelektroden verwendet sind. Solange diese Zündelektroden erregt sind, sind auch die beiden Gleichrichtergefäße stromleitend.

Jedem der beiden Gleichrichtergefäße 17 und 18 ist ein gittergesteuertes Hilfsentladungsgefäß 37 bzw. 38 zugeordnet. Die Anoden 39 und 40 dieser beiden Hilfsentladungsgefäße sind über einen Hilfstransformator 53 unmittelbar an dieWechselstromquelle 12 angeschlossen. Die Glühkathoden 41 und 42 der beiden Hilfsentladungsgefäße werden über die beiden Heiztransformatoren 47 bzw. 48 unmittelbar von der Wechselstromquelle 12 gespeist. Der Mittelpunkt der beiden Heiztransformatoren 47 und 48 ist mit der Zündelektrode 23 bzw. 24 der Gleichrichtergefäße verbunden. Ferner sind die beiden Hilfsentladungsgefäße mit je einem Steuergitter43 bzw.'44 versehen. Je nach der Höhe der S teuer spannung der beiden Gitter 43 und 44 sind die Hilfsentladungsgefäße stromdurchlässig oder stromundurchlässig, so daß durch die Gitterspannung auch der Zündpunkt der Zündelektroden 23 und 24 und somit auch die Durchlässigkeit .der beiden Gleichrichtergefäße bestimmt werden kann. Wird der Zündpunkt der Steuergitter 43 und 44 in der Phase verschoben, so läßt sich hierdurch auch der Durchlaßbeginn der beiden Gleichrichtergefäße für jede Spannungshalbwelle "eitlich verschieben und somit die Durchschnittsgleichspannung der Gleichrichteranordnung in ihrer Größe verändern. Zu dieser Phasenverschiebung der Gitterspannung für die beiden Gitter 43 und 44 ist eine dreischenklige Sättigungsdrossel 58 vorgesehen. Die beiden äußeren Schenkel dieser Sättigungsdrossel sind mit je einer Wicklung 59 bzw. 60 versehen, die in Reihenschaltung zueinander liegen und an die beiden Enden der Sekundärwicklung 52 des Hilfstransformators 53 angeschlossen sind. Außerdem ist in diesem Stromkreis noch ein regelbarer Widerstand 61 eingefügt. Zur Steuerung der beiden Gitter 43 und 44 sind diese an die Sekundärwicklung 68 eines Gittertransformators 67 angeschlossen, dessen Primärwicklung 71 einerseits an die Mittelanzapfung 72 der Sekundärwicklung 52 des Hilfstransformators 53 angeschlossen und andererseits mit dem Punkt 73 des die beiden Wicklungen 59 und 60 enthaltenden Stromkreises verbunden ist. Die Mittelanzapfung 69 der Sekundärwicklung 68 des Gittertransformators ist über die Leitung 70 mit den Kathoden der beiden Gleichrichtergefäße verbunden. Zur Sättigung der Sättigungsdrossel 58 dient die auf deren mittleren Schenkel aufgebrachte Wicklung 63, die über einen Gleichrichter 64, beispielsweise einen Trockengleichrichter, sowie einen einstellbaren Widerstand 65 unmittelbar von der Wechselstromquelle 12 erregt wird. Auf den mittleren Schenkel der Sättigungsdrossel 58 ist ferner die bereits erwähnte vom Schweißstrom durchflossene Wicklung 29 aufgesetzt. Die beiden Wicklungen 29 und 63 sind so angeordnet, daß die von ihnen erzeugten Magnetflüsse einander entgegengerichtet sind. Fließt kein Strom durch die Schweißstromwicklung 29, so kommt der durch die Wicklung 63 erzeugte Magnetfluß voll zur Wirkung. Die Größe dieses Magnetflusses ist so bemessen, daß die Sättigungsdrossel voll gesättigt ist.

Von besonderer Wichtigkeit ist, daß der Sättigungsfluß der Wicklung 63 stets gleich groß bleibt. Da jedoch die Wicklung 29 beim Stromdurchfluß in der Wicklung 63 einen zusätzlichen Strom induziert, so ist in dem Stromkreis der Wicklung 63 noch die Sekundärwicklung 75 der Drossel 27 eingefügt. Der Wicklungssinn der Sekundärwicklung 75 ist so gewählt, daß der in ihr induzierte Strom dem in der Wicklung 63 auftretenden Störstrom entgegengerichtet ist und diesen aufhebt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Gesamtanordnung sei auf die Schaubilder in Fig. 2 bis 4 hingewiesen.

In dem Schaubild der Fig". 2 ist der Verlauf verschiedener Spannungen in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die diesen Spannungen entsprechenden Ströme sind in das Schaubild nicht mit eingezeichnet, da sie im wesentlichen den gleichen Verlauf aufweisen wie die Spannungen, wobei sich ihre Schaulinien entweder völlig ,.mit den Schaulinien der Spannungen decken oder im Vergleich zu diesen um einen bestimmten Wert verschoben sind. Die Schaulinie e_v stellt die Wechselspannung dar, die von dem Transformator 10 den beiden Gleichrichtergefäßen IJ und 18 zugeführt wird. Wurden die Zündelektroden 23 bzw. 24 ständig erregt sein, so würde beispielsweise beim Durchgang der Kurve e_v durch den Nullpunkt in positiver Richtung, d. h. also im Punkt 85, ein Stromfluß in dem Gleichrichtergefäß einsetzen und so lange bestehen bleiben, bis die Spannungslinie e_v wieder unter die Abszisse herabsinkt. Da die Erregung der Zündelektroden 23 bzw. 24 jedoch von der Durchlässigkeit der Hilfsentladungsgefäße 37 bzw. 38 abhängig ist, so ist infolge der durch die Sättigungsdrossel 58 bewirkten Phasenver-Schiebung der Gitterspannung auch der Zündpunkt der Erregerelektroden 23 und 24 mehr oder minder verschoben. Hat die Gitterspannung e_g der beiden Steuergitter beispielsweise die in der Fig. 2 gezeigte Phasenver-Schiebung gegenüber der Spannung e_v, so verschiebt sich der Zündpunkt der Gleichrichtergefäße von dem Punkt 85 bis zum Punkt 86, nämlich bis zu der Stelle, wo die Gitterspannung e_s die Linie e_c der Zündspannung schneidet. Der Strom in den Gleichrichtergefäßen fließt also nur noch während eines Bruchteiles der Halbwelle und ist in dem Schaubild durch die schraffierte Fläche zwischen der Ordinate 87 und der Spannungslinie e_v dargestellt.

Die Größe der Phasenverschiebung der Gitterspannung e_g gegenüber der Gleichrichterspannung e_v hängt von dem Sättigungsgrad der Sättigungsdrossel 58 ab. Ist beispielsweise der Schweißlichtbogen unterbrochen, so fließt kein Strom durch die Wicklung 29, so daß die Drossel 58 unter dem alleinigen Einfluß der Wicklung 63 voll gesättigt ist. Hierdurch ist die Impedanz der beiden Wicklungen 59 und 60 verhältnismäßig gering, und der Punkt 73 der Schaltung, der das eine Ende der Primärwicklung 71 des Gittertransformators 67 darstellt, hat etwa das gleiche Spannungspotential wie die Klemme 88 der Sekundärwicklung 52 des Hilfstransformators 53. Die Schaulinie e_g fällt daher mit der Schaulinie e_v zusammen, so daß die beiden Gleichrichtergefäße bereits zu Beginn der Halbwelle stromleitend werden. Die Schweißstromspannung nimmt in diesem Falle ihren Höchstwert ein, entsprechend dem Punkt 90 der in Fig. 3 gezeigten Schaulinie, die den Verlauf der Spannung in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung der Gitterspannung zeigt. Diesem Falle entspricht auch der Punkt 93 der Schaulinie in Fig. 4, die die Schweißbogenspannung in Abhängigkeit von dem Magnetfluß' der Sättigungsdrossel 58 zeigt.

Wird jetzt der Schweißbogen zur Zündung gebracht, so wird die Wicklung 29 von einem Strom durchflossen und durch diesen in dem mittleren Schenkel der Drossel 58 ein Magnetfluß erzeugt, der dem von der Wicklung· 63 erzeugten gleichbleibenden Magnetfluß entgegengerichtet ist. In dem Schaubildder Fig. 4 ist der von der Wicklung 63 erzeugte gleichbleibende Magnetfluß durch den Pfeil 94 dargestellt und der diesem entgegengerichtete Magnetfluß der Wicklung 29 durch den Pfeil 95. Wie aus dem Schaubild ersichtlich, bleibt jetzt nur noch ein verhältnismäßig geringer, durch den Pfeil 96 dargestellter Kraftfluß wirksam. Infolge der geringen Sättigung steigt die Impedanz der Wicklungen 59 und 60, die Gitterspannung e_g erhält eine erhebliche Phasenverschiebung, der Zündpunkt der Gleichrichtergefäße verschiebt sich ebenfalls, und die Schweißspannung wird stark vermindert.

Durch entsprechende Einstellung der Widerstände 61 und 65 kann jedes gewünschte Verhältnis von Strom und Spannung des Schweißbogens erzielt werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   - ι Elektrische Lichtbogenschweiß einrichtung, bei der die zum Schweißen erforderliche Gleichstrom'spannung einem Wechselstromnetz über einen Gleichrichter entnommen und durch Phasenverschiebung des Zündpunktes des Gleichrichters in Abhängigkeit von der Schweißstromstärke geregelt wird, wobei zur Verschiebung des Zündpunktes die Impedanzveränderung einer vom Schweißstrom beeinflußten Sättigungsdrossel verwendet wird, gekennzeichnet durch eine mehrschenklige Drossel (58) mit zwei auf einem gemeinsamen Schenkel aufgebrachten, einander magnetisch entgegenwirkenden Wicklungen, von denen die eine (63) konstant erregt ist und die andere (29) von dem Schweißstrom durchflossen wird, wobei in dem Stromkreis der konstant erregten Wicklung (63) der Sättigungsdrossel die von der schweißstromdurchflossenen Wick-

   lung (29) induzierte Spannung durch eine zusätzliche Gegenspannung aufgehoben wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Gegenspannung durch eine schweiß stromabhängige Hilfsdrossel (27) induziert wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerelektrode (23, 24) des Gleichrichters je ein als Schalter dienendes gittergesteuertes Entladungsgefäß (37, 38) zugeordnet ist, dessen Gitterspannung von der veränderlichen Impedanz der Sättigungsdrossel (58) abhängig ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen