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Verfahren zum Stabilisieren des Lichtbogens beim elektrischen Schweißen
mit Wechselstrom Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren des Lichtbogens
beim elektrischen Schweißen mit Wechselstrom, insbesondere unter Schutzgasatmosphäre.
Es ist bekannt, den Lichtbogen durch Überlagern mit einem Hochfrequenzstrom zu stabilisieren.
Dies ist erforderlich, da der Lichtbogen bei Beginn jeder Halbwelle des Wechselstromes
erneut gezündet werden muß. Die Zündung ist besonders dann erschwert, wenn das zu
schweißende Metall Kathode ist.
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Es ist üblich, den Hochfrequenzstrom mit einem Funkenstreckenoszillator
zu erzeugen, der über einen Niederfrequenztransformator von demselben Wechselstrom
erregt wird, der auch den Schweißtransformator speist. Jede Halbwelle des Wechselstromes
erzeugt einen aus einzelnen gedämpften Schwingungen bestehenden Hochfrequenzstrom,
der gerade in den Augenblicken nicht fließt, in denen der Schweißstrom verschwindet.
Das eigentliche Ziel, nämlich den Lichtbogen zu stabilisieren, wird auf die geschilderte
bekannte Art also nur unvollkommen erreicht.
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Man hat die Wirkung des Hochfrequenzstromes dadurch verbessert, daß
zum Erregen des Oszillators nicht der Speisestrom des Schweißtransformators, sondern
ein gegen diesen Strom phasenverschobener Wechselstrom aus dem gleichen Drehstromnetz
benutzt wird, das auch den Schweiß-
Strom liefert. Durch Ausprobieren
läßt sich zumeist eine Phase herausfinden, durch die der Lichtbogen hinlänglich
stabilisiert wird.
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Es wurde auch schon vorgeschlagen; die beim Nulldurchgang des Schweißstromes
auftretende Spannungsspitze zum Auslösen des Hochfrequenzimpulses zu verwenden.
Indessen tritt diese Spannungsspitze gerade dann auf, wenfi der Bogen für einen
Augenblick erloschen war und noch nicht wieder brennt. Würde der Bogen nicht erlöschen,
so könnte sich auch keine zum Auslösen des Hochfrequenzimpulses verwendbare Spannungsspitze
ausbilden. Das Ziel der Überlagerung des Schweißstromes mit einem Hochfrequenzstrom,
nämlich die Stabilisierung des Lichtbogens, kann also auf diese Art nur unvollkommen
erreicht werden. Der in diesem Zusammenhang gemachte Vorschlag, den Hochfrequenzerzeuger
nicht durch den Schweißstrom selbst, sondern durch einen gegen den Schweißstrom
phasenverschobenen Wechselstrom zu erregen, bringt gegenüber der in der Praxis üblichen
Arbeitsweise, durch Ausprobieren eine zum Erregen des Hochfrequenzoszillators günstige
Phase des Drehstromnetzes herauszufinden, keine entscheidende Verbesserung.
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Es ist weiterhin bekannt, mit Hilfe von Röhrengeneratoren einen ununterbrochenen
und daher von der Phasenlage des Schweißstromes unabhängigen Hochfrequenzstrom zu
erzeugen. Die Wirkung derartiger Geräte ist vorzüglich. Jedoch sind sie teuer und
empfindlich und haben sich deshalb nur spärlich in die Praxis einführen können.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren erlaubt auch bei der
Verwendung von Funkenstreckenoszillatoren den Lichtbogen einwandfrei zu stabilisieren.
Dieses Verfahren zum Stabilisieren des Lichtbogens beim elektrischen Schweißen mit
Wechselstrom, insbesondere unter Schutzgasatmosphäre durch einen dem Schweißstrom
überlagerten und mit Funkenstreckenoszillatoren erzeugten Hochfrequenzstrom ist
dadurch gekennzeichnet, daß der dem Schweißstrom überlagerte Hochfrequenzstrom ununterbrochen
von zwei Oszillatoren erzeugt wird, die von zwei um go bis i2o° gegeneinander phasenverschobenen
niederfrequenten Wechselströmen erregt werden. Für dieses Verfahren sind zwei Funkenstreckenoszillatoren
erforderlich. Derartige Geräte sind in der Praxis verbreitet und bestehen im Prinzip
aus einem Niederfrequenztransformator, durch den die verfügbare Netzspannung von
beispielsweise 220 Volt auf eine zwischen 2ooo und 4000 Volt liegende niederfrequente
Wechselspannung transformiert wird. Letztere Spannung erregt in einem aus Kondensator,
Selbstinduktion und Funkenstrecke bestehenden Schwingungskreis gedämpfte hochfrequente
Schwingungen mit zwischen 2ooo und 4000 Volt liegender Spannung. Diese Schwingungen
werden dem Schweißstrom überlagert.
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In Fig. i ist die sekundäre Leerlaufspannung L'L eines Niederfrequenztransformators,
wie er zum Speisen der Funkenstreckenoszillatoren verwendet wird, dargestellt. Fig.2
zeigt strichpunktiert die niederfrequente Spannungskurve UL; in Form senkrechter
Striche, deren Dichte die Stärke des Hochfrequenzstromes andeutet, ist die Hochfrequenzspannung
UHF eingezeichnet. Der Hochfrequenzstrom beginnt erst dann zu fließen, wenn die
überschlagsspannung UZ für die Funkenstrecke im Oszillatorkreis überschritten ist.
Verläuft der erregende Niederfrequenzstrom phasengleich mit dem Schweißstrom, so
fließt gerade dann im Lichtbogen kein hochfrequenter Strom, wenn er am nötigsten
wäre, nämlich wenn der Schweißstrom verschwindet. Die dichteste Impulsfolge liegt
dort, wo der Lichtbogen auch ohne Hochfrequenzüberlagerung brennen würde.
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In Fig. 3 ist ein Diagramm wiedergegeben für den Fall, daß die Phasenverschiebung
zwischen Schweißstrom IS und Erregerspannung UL des F unkenstreckenoszillators falsch
gewählt wurde. Der Schweißstrom eilt in diesem Falle der Erregungsspannung UL voraus.
Der Lichtbogen kann nicht sofort nach dem Nulldurchgang des Schweißstromes, sondern
erst später gezündet werden. Beim Schweißen unter Schutzgasatmosphäre bedingt die
gleichrichtende Wirkung des zwischen zwei verschiedenen Metallen von verschiedenen
Temperaturen brennenden Lichtbogens, daß die Kurvenform des Schweißstromes stark
verzerrt wird. Hierbei wirkt sich die Phasenverschiebung scheinbar nicht derart
ungünstig aus wie bei dem in Fig. 3 dargestellten Fall. Jedoch ist gerade die unter
dem Nullstrich liegende größere Halbwelle für die Schweißung ungünstiger; es ist
die Halbwelle, bei der das zu schweißende Material Anode ist. Die günstigere, aber
kleinere obere Halbwelle wird kaum ausgenutzt, da die Zündung zu spät erfolgt (vgl.
Fig. q.). Unter besonders ungünstigen Umständen kann sogar der Fall eintreten, daß
während der oberen Halbwelle überhaupt kein Strom fließt. Der Lichtbogen richtet
dann den Schweißstrom vollständig gleich; sehr schlechte Schweißungen sind die Folge.
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In Fig. 5 wird noch deutlicher, was bereits auch aus Fig. q. erkennbar
ist, daß nicht nur die Höhe der Halbwellen verschieden ist, sondern daß auch ihre
Breite sehr ungleich ist. Es ist offensichtlich, daß das Verfahren nach der Erfindung,
nämlich dem Schweißstrom einen ununterbrochenen Hochfrequenzstrom zu überlagern,
ganz wesentliche Vorteile für die Stabilisierung des Lichtbogens bringt.
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Fig.6 zeigt übereinander angeordnet zwei um go° phasenverschobene
niederfrequente Wechselspannungen, wobei jede der beiden Spannungen einen Funkenstreckenoszillator
erregt.
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Aus Fig. 7 erkennt man, daß mit zwei um go° phasenverschobenen Wechselströmen
ein ununterbrochener Hochfrequenzstrom erzeugt werden kann, der den Schweißstrom
in vorzüglicher Weise zu stabilisieren geeignet ist. Man erkennt auch unschwer,
daß die Phasenverschiebung von go° den Bestwert darstellt. Auf einfache Weise läßt
sich go° Phasenverschiebung erreichen, wenn der eine der beiden Oszillatoren an
zwei Außenleiter eines
Drehstromnetzes mit 380 Volt und der
zweite an den dritten Außenleiter und den Nulleiter (Sternpunkt) mit 220 Volt Spannungsdifferenz
angeschlossen wird. Werden zwei in der geschilderten Art angeschlossene Oszillatoren
benutzt, so erübrigt sich das bisher in der Praxis gebräuchliche und eingangs erwähnte
Verfahren, die günstigste Phase für die Erregung des einzigen bisher verwendeten
Oszillators durch Probieren auszusuchen.
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Mit drei Hochfrequenzoszillatoren, die von drei um je 12o° gegeneinander
phasenverschobenen niederfrequenten Wechselströmen erregt werden, kann ein ununterbrochener
Hochfrequenzstrom erzeugt werden, der noch stetiger fließt als ein Strom, der nur
von zwei Oszillatoren geliefert wird. Die drei Oszillatoren werden an je zwei Außenleiter
oder an je einen Außenleiter und den Nulleiter eines Drehstromnetzes angeschlossen.
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Ein für das Verfahren nach der Erfindung geeigneter, mit zwei Funkenstreckenoszillatoren
arbeitender Hochfrequenzerzeuger weist als wesentliche Teile zwei Niederfrequenz-Einphasentransformatoren
oder einen Niederfrequenz-Zweiphasentransformator und zwei Funkenstreckenoszillatoren
auf.
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Fig. 8 zeigt das Schaltschema eines solchen Gerätes. R, S, T
und O bezeichnen die Leiter des Drehstromnetzes. i und 2 sind zwei Niederfrequenz-Einphasentransformatoren.
Transformator i liegt primärseitig an 22o-Volt-Spannung, Transformator 2 an 38o
Volt. Diese beiden Spannungen zwischen R und S bzw. T und O sind um 9o° gegeneinander
phasenverschoben. Der Aufbau der beiden Oszillatorkreise unterscheidet sich nicht
vom Bekannten. 3 und q. bezeichnen Funkenstrecken, 5 und 6 Kombinationen aus Selbstinduktionen
und Kondensatoren. Die von den beiden Oszillatoren gelieferten Hochfrequenzströme
werden gemeinsam dem Lichtbogen in der gleichen Art zugeführt, wie es bisher schon
beim Arbeiten mit einem Hochfrequenzerzeuger üblich ist. Zur Erzeugung eines ununterbrochenen
Hochfrequenzstromes mit drei Oszillatoren dienen drei Niederfrequenz-Einphasentransformatoren
oder ein Dreiphasentransformator sowie drei Funkenstrekkenoszillatoren. Die einzelnen
Elemente sind die gleichen wie in Fig. 8 angegeben.