DE831715C - Einrichtung zur Erzeugung einer der Schweissspannung ueberlagerten Hochfrequenzspannung - Google Patents

Einrichtung zur Erzeugung einer der Schweissspannung ueberlagerten Hochfrequenzspannung

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DE831715C
DE831715C DEF1374A DEF0001374A DE831715C DE 831715 C DE831715 C DE 831715C DE F1374 A DEF1374 A DE F1374A DE F0001374 A DEF0001374 A DE F0001374A DE 831715 C DE831715 C DE 831715C
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welding
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DE1625215U (de
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Dr Frank Fruengel
Dipl-Ing Helmut Langkau
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073Stabilising the arc
    • B23K9/0738Stabilising of the arc by automatic re-ignition means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Erzeugung einer der Schweißspannung überlagerten Hochfrequenzspannung Es ist bekannt, daß man beim Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom durch Verwendung von Zusatzgeräten, die einen Wechselstrom hoher Frequenz und Spannung erzeugen, die Stabilität und Zündung des Wechselstromlichtbogens wesentlich verbessern kann. Auch Einrichtungen zur Erzeugung von hierfür geeigneten Hochfrequenzspannungen sind an sich bekannt. Am einfachsten erfolgt (lies in einem Gerät, bestehend aus einem Ilochspannungstransformator in Verbindung mit einer Funkenstrecke, einem Kondensator, Selbstinduktion und Drosselspule.
  • Da die Ausführung solcher Einheiten au sich bekannt ist, sind dieselben im folgenden nicht im einzelnen dar-estellt, sondern lediglich mit Hf-G bezeichnet. Der Verlauf der zur Ionisierung dienenden Hochfrequenzspannung ist in Fig. i für vollständig geöffneten Schweißstromkreis dargestellt. @Es entsteht eine gedämpfte Schwingung mit bestimmter, durch die Induktivität L und die Kapazität C im Hochfrequenzteil bestimmter Frequenz. Die Spannungsamplitude der ersten Halbwelle wird so hoch gewählt, daß etwa 2 mm Luftweg zwischen den Elektroden durchschlagen werden. ti ist die Periodenfolge der einzelnen Funkenüberschläge. Je dichter diese Funkenfolge, also je kleiner t, ist, um so besser wird die Luftstrecke ionisiert.
  • Bei den meist verwendeten Geräten dieser Art wird der Hochfrequenzgenerator primärseitig mit einer Wechselspannung gespeist. Hierbei zeigt sich, daß die Funkenstrecke, welche ja den Hochfrequenzteil erst anregt, nicht kontinuierlich arbeitet, sondern nur, solange die Spannungskurve hinreichend hohe Werte durchläuft. In der. Nähe des Phasenwechsels, also während der Zeit t. in Fig. 2 a, setzt dagegen die Funkenfolge aus, sobald der Spannungswert U.;" (Fig. 2b) für die Überschlagsspannung nicht erreicht ist oder unterschritten wird.
  • Ein besonderes Ziel der Erfindung liegt nun darin, diese Pausenzeit, während (welcher keine Hochfrequenzspannung erzeugt wind, in eine solche Phase des Schweißvorganges zu legen, wo dieselbe nicht benötigt wird. Wenn nämlich die Hochfrequenzspannungserzeugung zeitlich nach Fig.2a und der Schweißstromverlauf nach Fig. 21) verläuft, so setzt gerade während des Stromnulldurchgangs (bei b) auch die Hochfrequenzerzeugung für die Dauer der Zeit t. aus; also gerade in der kritischen Zeit, wo dieselbe die Zündung verbessern soll, ist sie gar nicht vorhanden.
  • Aus diesem iGrunde soll erfindungsgemäß die Erzeugung der Hochfrequenzspannung entsprechend der Darstellung nach Fig. 3 b auf,die Zeit des Nulldurchgangs vom Schweißstrom (Fig. 3 a) zusaminengedrängt werden. Hiermit ist praktisch eine sichere Zündung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens gewährleistet, und ;während der Zeit der Stromamplitude kann eine längere Pause in der Hochfrequenzerzeugung eintreten. Dies ist aus dein Grunde erwünscht, weil dadurch der unverineidliche Verschleiß der Funkenstrecke erheblich herabgesetzt wird. Außerdem ist man dann in der Lage, während der Zeit des Phasenwechsels die Funkenfol-ge für kurze Zeit entsprechend intensiver zu gestalten. Entsprechend der intensiven Funkenstärke ist ein besonders wirksamer Hochfrequenzschutz für den Schweißtransformator nötig.
  • Die gewünschte Wirkung läßt sich dadurch erreichen, daß als Primärspannung für die Hochfrequenzerzeugung eine solche mit entsprechender Phasenverschiebung gegenüber dem Schweißstrom gewählt wird. iDies ist z. B. der Fall, wenn, wie in Fig. 5 dargestellt, der Hochfrequenzgenerator an der Phasenspannung, d.. h. zwischen Phase und Sternpunkt (Erde) liegt, .während der Schweißtransformator primärseitig zwischen die Phasen R und S, also an die verkettete Spannung geschaltet ist.
  • Bei den bisherigen Hochfrequenzgeräten wurde die Verwendung eines Parallelwiderstandes R zur Sekundärwicklung des Schweißtransformators gemäß Fig.4 vorgeschlagen. Trotz eines solchen hat sich jedoch gezeigt, daß im Laufe einer gewissen "Zeit Zerstörungen der Isolation d er Transformatorwicklungen auftreten. Dieselben werden nicht allein durch die hohen, während der Leerlaufzeiten an den Trans:fqrmatoranschlüssen liegenden Spannungswerte, sondern insbesondere durch die dielektrischen Einwirkungen der Hochfrequenz verursacht.
  • Zur Erzielung einer dauernden Betriebssicherheit der Schweißanlage wird daher erfindungsgemäß ein Sperrkreis gemäß Fig. 5 so in den Stromkreis gelegt, daß an die Transformatorspule S keine Hochspannung hingelangen kann. Ein solcher Sperrkreis besteht in an sich bekannter Weise aus einer Selbstinduktion L, und einer parallel geschalteten Kapazität Cs. Die Größenverhältnisse sind hierbei so gewählt, daß der Schweißstrom von der Netzfrequenz bequemhindurchfließen kann. DieParallelkapazität C, wird st) gewählt, daß die Scheinwiderstände und cu - L, für die Kreisfrequenz (= 2;Tf) des Hochfrequenzapparates abgestimmt sind. Das Verhältnis von L und C wird hierbei so gewählt, daß der resultierende Scheinwiderstand des Sperrkreises eine hinreichend hohe Bandbreite für das Sperrkreisglied ergibt, so daß die stark gedämpften Hochfrequenzentladungen mit Sicherheit abgesperrt werden. iDie durch solche Geräte unvermeidlichen Rundfunkstörungen lassen sich durch einen zur Wicklung parallel geschalteten Schutzkondensator C2 wirksam beseitigen.
  • Eine andere Möglichkeit, die Zerstörung der Wicklungen .durch die andauernde Einwirkung der Hochfrequenzspannungen iwährend der Schweißpausen zu vermeiden, liegt darin, daß bei längerer Pausenzeit, z. B. nach einer Sekunde, das Zündgerät -durch ein an sich bekanntes Verzögerungsrelais außer Betrieb gesetzt wird. Will der Schweißer nach einer längeren Pause, z. B. Elektrodenwechsel, wieder zünden, so wird durch einen Berührungskurzschluß automatisch das Gerät wieder in Betrieb gesetzt.
  • Das spezielle Ziel der Erfindung liegt jedoch darin, entsprechend Fig. 3 b die Hochfrequenzerzeugung auf die kritischen Phasen des Stromnulldurchgangs während des Schweißens zusammenzudrängen. Hierbei wird die Erscheinung ausgenutzt, daß gemäß Fig. 6,die Lichtbogenspannung keinen sinusförmigen Verlauf @wie der Strom a., sondern einen Verlauf nach Fig.6b bzw. 6c hat. Ist die Luftstrecke gut ionisiert, wie z. B. bei umhüllten Elektroden, so ist der Verlauf annähernd rechteckig, b; bei schlecht ionisierter Luftstrecke, wie sie auch während des Zündens besteht, also solange noch kein Schmelzbad da ist, treten nach jedem Stromnulldurchgang sog. Rückzündungsspitzen auf. Bei einem Schweißgerät, das zur Bereitstellung dieser Rückzündungsspannungen nicht in der Lage ist, erlischt der Lichtbogen, bzw. er zündet nicht. Die mit Rücksicht hierauf .relativ hohen Leerlaufspannung,-en der Schweißtransformatoren können erheblich gesenkt werden, wenn es gelingt, die kritischen Rückzündungen anderweitig durch die Hochfrequenzüberlagerung zuverlässig einzuleiten.
  • Die Erfindung geht nun davon aus, den plötzlichen Spannungsumsprung während des Nulldurchgangs .des Schweißstroms zur Auslösung einer hochfrequenten Spannungsüberlagerung auszunutzen. Wenn man die Spannungskurven b oder c nach der analytischen Methode von Fourier in Harmonische auflöst, so stellt sich der Umsprung der Spannung während des Phasenwechsels als Teil einer Sinusschwingung hoher Frequenz dar (vgl. Fig.7a), wo ,die Gesamtschwingung punktiert angezeigt ist. Bei der Analyse des Spannungsverlaufes nach Fig.6c wird auch die Rückzündungsspannungsspitze von diesem Oberwellenschwin= gungszug mit erfaßt (Fing. 7b); die ,Frequenz desselben liegt über 104 Hz. Erfindungsgemäß soll diese Oberwelle aus der iGrundwelle niedrüger Frequenz ausgesiebt und zu der Erzeugung von Hochfrequenzzündimpulsen ausgenutzt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel hierfür besteht in der Anordnung nach Fig.8. Dabei wird ein Hochspannungstransformator Hsp.-Tr mit seiner Primärwicklung unter Vorschaltung eines Kondensators C, parallel zu den Schweißelektroden gelegt. C, ist so bemessen, daß die Netzfrequenzspannung (SO I-Iz) nur stark abgeschwächt auf den Transformator Hsp.-Tr,wirkt, und infolgedessen wird in demselben sekundärseitig nur eine geringe ,Spannung von Netzfrequenz erzeugt.
  • Bei einem an dieselbe angeschlossenen Funkenstreckengenerator, der liochfrequenzseitig in bekannter Weise zu den Schweißelektroden parallel geschaltet ist, spricht daher, solange die sin.usffirmige Leerlaufspannung von 5o Hz primärseitig wirksam ist, die Funkenstrecke nicht an, und die Erzeugung von Hochfrequenzspannung bleibt aus.
  • Während des Schweißens bzw. des Zündvorgangs, wo der Spannungsverlauf gemäß Fig.7b bz-. 7 a auftritt, rieht beim Phasenwechsel der hochfrequente Schwingungszug durch den Kondensator C" und transformiert im Hochspannungstransformator eine hinreichende Spannung zur Betätigung der Funkenstrecke. Somit wird also erreicht, daß gerade in dem kritischen Augenblick, wo es nötig ist, die Hochfrequenzzündung arbeitet.
  • Dasselbe kann nach der Anordnung von Fig.9 erreicht werden. Hierbei ist der Hochspannungstransformator primärseitig andieSchweißklem,men, also zum Lichtbogen parallel geschaltet und sekundärseitig an eine Kapazität C3 und einen Widerstand U'1 angeschlossen. Dabei sind C3 und W1 so bemessen, daß während des gewöhnlichen., d. h. sinusförmigen Netzfrequenzspannungsverlaufes (bei Leerlauf) derGesamtwert der Sekundärspannung im wesentlichen am Kondensator liegt und nur ein kleines Potential am Widerstand W1 auftritt. Die zu W1 parallel geschaltete Funkenstrecke des Generators H-FG spricht hierbei nicht an. Treten dagegen während des Schweißens die schnellen Umkehrspannungsstöße auf (Fig.7), so werden dieselben im Hochspannungstransformator mit gleichem Verlauf transformiert und es entsteht am Widerstand W1 ein so hohes Potential, daßdieFunkenstrecke imiHochspannungsgerätHf-G anspricht und damit die Zündfrequenz erzeugt wird. Der Vorteil dieser Anordnung liegt .darin, claß nur während der Stromnulldurchgänge während kurzer ':Momente das Hochfrequenz,gerät arbeitet und daher eine außerordentliche Lebensdauer der Funkenstrecke gewährleistet ist. Für diese kann daher eine normale Zündkerze, wie sie für Automotoren in betriebssicherer Ausführung entwickelt ist .und allgemein iverwendet wird, benutzt werden. Außerdem ist es möglich, das Ansprechen der Hochfrequenzzündung auf ,das Eintreten der Spannungskurve nach Fig. 6c, wo die Rückzündungsspitzen auftreten, zu beschränken.; denn speziell in diesen Fällen wird die Zündung nötig, während bei igut ionisierter Luftstrecke, wo die Kurvenform b eintritt, dies im allgemeinen nicht erforderlich ist.
  • In die Zuleitung vom Schweißtransformator zu der Schweißelektrode 'kann bei den Anordnungen nach Fig. 8 ,und 9 ebenfalls der Sperrkreis nach Fig. 5 eingeschaltet @werden, welcher die hochfrequente Hochspannung von der Sekundärwicklung des Schweißtransformators und dem dieser Wicklung parallel geschalteten Eingangstransformator fernhält.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Erzeugung einer der Schweißspannung überlagerten Hochfrequenzspannung,dadurch gekennzeichnet, daß die W i rksamkeit d'es Hochf requenzgenerators gegenüber der Amplitude,des ,Schweißwechselistromes phasenverschoben ist und. bei Durchgang des Schweißwechselstromes durch Null ein hochfrequenter Funkenüberschlag zwischen den Schweißelektroden eintritt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator von einer gegenüber .dem Schweißwechselstrom in ihrer Phase verschobenen Spannung gespeist wird.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator und der Schweißtransformator an verschiedenen Phasen des gleichen Drehstromnetzes angeschlossen sind..
  4. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator und der Schweißtransformator, der eine zwischen Phase und Sternpunkt und der andere zwischen zwei Phrasen, also an die verkettete Spannung eines Drehstromnetzes, angeschaltet sind.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator unter Vorschaltugg eines Blindwiderstandes an die Sekundärseite des Schweißtransformators und damit an die Schweißelektroden angeschaltet wind.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch i, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Schweißelektroden verbundenen Prim@ärw,icklung des Eingangstransformators mit großem Übersetzungsverhältnis für den Hochfrequenzgenerator ein Kondensator vorgeschaltet ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch i, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sekundärwicklung des Eingangstransformators mit großem Übersetzungsverhältnis und dem Hochfrequenz,generatorein Kondensator und in Reihe ein Widerstand eingeschaltet sind und die Funkenstrecke des Hochfrequenzgenerators parallel zudem Widerstand liegt. g. Einrichtung nach Anspruch t und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schweißelektroden und der Sekundärwicklung des.Schweißtransformators sowie etwa weiteren, dieser parallel geschalteten Wicklungen ein Sperrkreis eingeschaltet ist, welcher die hochfrequente Hochspannung des Hochfrequenzgenenators von diesen Wicklungen fernhält.
DEF1374A 1950-05-03 1950-05-03 Einrichtung zur Erzeugung einer der Schweissspannung ueberlagerten Hochfrequenzspannung Expired DE831715C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1002097B (de) * 1956-02-25 1957-02-07 Linde Eismasch Ag Vorrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstrom-Schweisslichtbogens beim Strom-Nulldurchgang mittels eines Impulstransformators

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1002097B (de) * 1956-02-25 1957-02-07 Linde Eismasch Ag Vorrichtung zum Stabilisieren eines Wechselstrom-Schweisslichtbogens beim Strom-Nulldurchgang mittels eines Impulstransformators

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