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Einrichtung zum Regeln des Schweißstromes und der Lichtbogenspannung
von an eine Stromquelle konstanter Spannung angeschlossenen Lichtbogenschweißstelleß
Die Spannung von einem Schweißstromnetz, an das mehrere Schweißstellen angeschlossen
sind, muß, um eine einwandfreie Zündung des Lichbogens bei allen vorkommenden. Schweißarbeiten
zu gewährleisten, etwa 50 bis 55 Volt betragen. Da, die Lichtbogenspannwng
je nach der Schweißstromstärke nur 18 bis 23 Volt beträgt, muß die übrige Spannung
in Widerständen gedrosselt werden. Der Verlauf der Spannung in; Abhängigkeit vom
Schweißstrom ist in Abb. i durch die Gerade U,1", die sog. statische Kennlinie,
graphisch dargestellt. Die Kurve Ca ist die Lichtbogenkennlämie bei einem bestimmten
Elektrodenabstand. Der untere Schnittpunkt So der beiden Kurven bestimmt diejenige.
Lichtbogenspannung, bei der der Lichtbogen, am ruhigsten steht. Infolge der dauernden
Tropfenübergänge und .der HandfÜhrung der Elektrode ist es jedoch rächt möglich,
dien Lichtbogen. gleichmäßig lang zu halten. Durch einen von der Elektrode fallenden
Tropfen ändert sich die Lichtbogenlänge, bis schließlich beine Tropfenübiergangskwrzschluß
der Lichtbogen völlig erlischt. Es, verschiebt sich also die Lichtbogenkennlinie
Co, wie @es jn Abb. i durch die Kurven Ci C2, C.3 angedeutet ist, und der
Punkt So wandert auf der statischen Kennlinie bis zum Punkt 1k, d. h. der Schweißstrom
ändert sich bei fallendem
Tropfen von dem Wert J, bis zum Kurzschlußstrom
JI,. Mit Rücksicht auf einen möglichst gleichmäßigen Schweißvorgang dürfen aber
die diesen Spannungsschwankungen entsprechenden Stromänderun gen nicht zu groß sein.
Bei zu hoher Stromstärke geht nämlich der Abbrand der Elektrode zu rasch vor sich,
und die übergroße Tropfenzahl in .der Zeite:nheit hat zur Folge, daß Sclziveßraupenvon
genügender Festigkeit und Einbrand nicht geschweißt werden können. Außerdem besteht
in diesem Fall die Gefahr der Überhitzung der Schweaße. Anderseits ergibt eine zu
geringe Stromstärke keinen genügenden, Einbrand. Es besteht daher die Forderung,
bei den unvermeidlichen Spannungsänderungen einen möglichst gleichbleibenden Strom
zu erhalten.
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Zur Erfüllung dieser Bedingung ist es bekannt, im Schweißsfromkreis
einen induktiv°n Widerstand in Form von eisenenthaltenden Drosselspulmen in Verbindung
mit Ohmschen Widerständen zu schalten. Dabei hat man beide Arten von Widerständen
in einem Bauelement zusammengefaßt und den, Widierstandsdraht in Spullenform auf
einen keramischen Zylinder gewickelt, der einen Eisenkern umschließt. Die Drosselspulen
bestehen .entsprechend den großen Stromstärken aus vielen Windungen dicken Kabels
oder Flachstähen und enthalten einein schweren Eisenkern. Bei Verwendung des Widerstandsmaterials
zur Spulenwicklung entsteht ein Widerstandselement von beträchtlichen Ausmaßen und-
äußerordentlich großem Gewicht. Außerdem weicht sein Aufbau von der üblichen Widerstandsausführung
ab und bedingt eine Sonderausführung.
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Die erwähnten Nachteile werden bei einer Einrichtung zum Regeln des
Schweißstromes und der Lichthogeuspanmung von: an eine Stromquelle konstanter Spannung
angeschlossenen Lichtbogenschweißstellien dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß
indem Schweißstromkreis die Primärwicklung eine:s Stromwandlers liegt, dessen Sekundärwicklung
in Reihe mit einem Kondensator parallel zu dem Schweißlichtbogen geschaltet ist.
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Es ergibt sich durch diese Anordnung aus der geometrischen Summe der
induktiven -Spannung des Wandlers und .der kapazitiven Spannung des Kondensators,
eine resulfierende Spannung an der Lichtbogenschweißstelle, die je nach Größe und
Phase im Augenblick von Stromänderungen der Lichtbogenspannung mehr oder weniger
stark entgegengerichtet ist. Auf diese Weise wird eine Begrenzung des Kurzschlußstromes
erreicht. In der graphischem Darstellung der Abb. i kommt dies dadurch zum Ausdruck,
daß die statische Kennlinie die Abszisse nicht im Punkt Jk,, sondern im Punkt Jo
schneidet. Durch Änderung des Kapazitätswertes des Kondensators kann der Kurzschlußpunkt
innerhalb der Gren zen J, und Jj, beliebig gewählt und somit bei verschiedenen Schweißarbeiten
die günstigste Charakteristik erzielt werden. Ist somit der Kondensator so eingestellt,
daß sich für einen bestimmten zu schweißenden Werkstoff die günstigsten Schweißeigenschaften
.ergeben, so kann mit dem so ,eingestellten Kondensator mit Hilfe des vorgeschalteten
Ohmschen Widerstandes über einen großen Bereichgerejelt «erden, ohne daß :eine Veränderung
des Kapazitätswertes des Kondensators erforderlich ist. Eine Regelung des Kondensators
ist also bloß zur Festlegung der richtigen Phasenlage zwischen Strom und Spannung
notwendig, die sich u.a. auch dann ergeben kann, wenn auf einen anderen, sich in
Größe und Zusammensetzuing unterscheidenden Werkstoff übergegangen wird.
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Bei der Regelung ist zu beachten, daß bei Annäherung des Stromes J,
sich die Tropfenübergangszahl in -einer Zeiteinhieit verringert und der Einbrand
schlechter wird, während beim Schweißstrom von der ungefähren Größe des Kurzschlußstrome
s das Schweißgut sehr flüssig ist und der Tropfenübergang so beschleunigt wird,
daß das Schweißen einer einwandfreien Schweißraupe nur sehr schwer möglich ist.
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Da der Wandler praktisch keine Leistung abzugeben hat, kann ein normaler
Wandler von geringen Abmessungen, z. B. ein Stromwandler, verwendet werden. Zur
Steuerung der zusätzlichen Spannung genügt ein Kandensator von wenigen MF. Dadurch
wird die Ausführung der gesamten Schweißanlage außerordentlich vereinfacht und verbilligt
und außerdem eine beträchtliche Ersparnis an wertvollen Werkstoffen !erzielt.
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In Abb.2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An
das Schweißstromnetz PN ist die aus der Elektrode 2 und dem Werkstück 3 bestehende
Schweißstelle i angeschlossen. Außer dem regelbaren Ohmschen Widerstand 4. liegt
im Schweißstromkreis der Wandler 5. Im Sekundärkreis des Wandlers ist der
veränderliche Kondensator 6 einge- i schaltet. Entsteht infolge Tropfenüberganges
oder bei Einleitung des Schweißvorganges ein Kurzschluß, so bedingt die Stromänderung
eine Kraftflußänderüng im Eisenkern des Wandlers, und in der Sekundärwicklung wird
infolgedessen eine zusätzliche Spannung induziert, die, -wie. bereits geschildert,
den Kurzschlußstrom mehr oder weniger begrenzt.