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Anordnung zum Stabilisieren des Schweißlichtbogens Bei der Wechselstromlichtbogenschweißung
müssen bekanntlich die Schweißumspanner für einen sehr schlechten Leistungsfaktor
(cos 9p = 0,3) und für eine verhältnismäßig große Leerlaufspannung (etwa dreifache
Lichtbogenspannung) ausgelegt werden, um einen stabilen Lichtbogen und damit einen
gleichmäßigen Einbrand und eine gute Schweißraupe zu erzielen. Ein normaler Schweißumspanner
belastet also das speisende Netz sehr ungünstig und weist auch eine Leerlaufspannung
auf; deren Höhe gerade im Schweißbetriebe sehr unangenehm empfunden wird, denn hier
ist die Gefahr eines guten Kontaktes zwischen dem Schweißer und dem Werkstück bzw.
Erde (z. B. verschwitzter Körperteile mit der Kesselwand bei Kesselschweißung) besonders
groß. In Fig. z ist dargestellt, wie groß die zur Aufrechterhaltung eines lückenfrei
brennenden Wechselstromlichtbogens notwendige Sekundärspannungsamplitude U2 im Verhältnis
zur Lichtbogenspannung UB mindestens sein muß. Der Figur ist zu entnehmen,
daß selbst beim Leistungsfaktor Null (cos 9p = o) U2 noch fast doppelt so groß sein
muß als UB .Das in Fig. z dargestellte Mindestspannungsverhältnis
hängt in bestimmter Weise vom Verhältnis
Die Erfindung ermöglicht eine Verkleinerung der von O und damit von cos p abhängigen
Verhältniswerte von Treib- zu Lichtbogenspannung. Man kann ihr zufolge z. B. den
ursprünglichen cos 99-Wert beibehalten
und den Umspanner für eine
kleinere Leerlaufspannung auslegen und damit erhöhte Sicherheit gewinnen. Man kann
aber beispielsweise auch die ursprüngliche Leerlaufspannung beibehalten und den
cos (p des Umspanners verbessern und damit das Netz weitgehend entlasten.
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Die Erfindung besteht darin, daß zum Stabilisieren des Schweißlichtbogens
von Schweißumspannern und Schweißgleichrichtern bzw. des von Gleichstrommaschinen
oder Netzen konstanter Spannung gelieferten Schweißstrom dem Schweißlichtbogen einfache
oder zusammengesetzte Widerstände mit oder ohne Schwingneigungen nebengeschaltet
sind.
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Beim Verwenden von Ohmschen, induktiven und kapazitiven Widerständen
wird vorteilhaft die Anordnung in der aus Lichtbogen und diesen Widerständen gebildeten
Leiterschleife derart getroffen, daß gedämpfte, eigenfrequente Schwingungen entstehen.
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Werden Ohmsche und kapazitive Widerstände oder nur Ohmsche Widerstände
in der aus Lichtbogen und diesen Widerständen gebildeten Leiterschleife benutzt,
so wird vorteilhaft die Anordnung derart ausgestaltet, daß ungedämpfte ungradzahlige
Oberwellen der mit der Netzfrequenz pulsierenden Grundschwingungen entstehen.
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Nach der Erfindung ist es auch weiterhin vorteilhaft, die den Schweißlichtbogen
nebengeschalteten Widerstände mit den Summenstrom führenden Teilen des Schweißstromkreises
magnetisch zu koppeln.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist in der Fig. 2 beispielsweise dargestellt.
In Fig.2 ist mit T der Schweißumspanner, mit U1 bzw. U2 seine Primär- bzw. Sekundärspannung
bezeichnet. E bedeutet die Schweißelektrode, W das Schweißgut. Die dem Schweißlichtbogen
nebengeschalteten verschiedenartigen Widerstandsverbindungen sind mit I, II und
III bezeichnet. Sie bestehen aus Ohmschen Widerständen (y, bzw. r,' bzw. y,'), aus
elektrischen Speichern (C, bzw. C,') und aus magnetischen Speichern LP als Grundelemente.
Die Wirkung dieser Lichtbogennebenwiderstände drückt sich in einer Änderung von
aus.
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Dieses Verhältnis hängt nunmehr noch von diesen Zusatzwiderständen
ab.
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Eine Verkleinerung von v.i" bedeutet also gegenüber dem obengegebenen,
nur von O abhängigen Werte eine Erhöhung der Lichtbogenstabilität.
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In Fig. 2 sind die verschiedenartigen Widerstände I bzw. II bzw. III
dargestellt. Widerstandsart I enthält sowohl elektrische als auch magnetische Speicher.
Widerstandsart II enthält nur elektrische Speicher. Widerstandsart III enthält weder
elektrische noch magnetische Speicher. Mit diesen drei Widerstandsarten kann also
eine Stabilitätssteigerung des Wechselstromlichtbogens erzielt werden. Besonders
wirksam erweist sich Widerstandsart II, bei welcher ein einmal gezündeter Lichtbogen
theoretisch auch bei der kleinsten Treibspannung stehenbleiben kann.
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Ihre physikalische Ursache hat diese Stabilitätssteigerung in demAuftreten
gedämpfter eigenfrequenter Schwingungen in der aus Lichtbogen und Nebenwiderstand
gebildeten Leiterschleife bei Widerstandsart I und in dem Auftreten ungedämpfter
ungradzahliger Oberwellen der mit der Netzfrequenz pulsierenden Grundschwingung
in der aus Lichtbogen und Nebenwiderstand gebildeten Leiterschleife bei Widerstandsart
II und III. Die Erfindung kann natürlich auch zur Verbesserung der Schweißeigenschaften
bzw. des Leistungsfaktors von Schweißgleichrichtern verwendet werden, welche ja
ebenfalls mit Wechselstrom arbeiten.
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Durch diese v min bestimmenden Lichtbogennebenwiderstände wird eine
Steigerung der »statischen Stabilität« erzielt, d. h. sie gelten nur für den mit
konstanter Länge und damit mit konstanter Spannung brennenden Schweißlichtbogen.
Hand in Hand mit dieser Erhöhung der »statischen Stabilität« geht auch eine Verbesserung
der »dynamischen Stabilität« in dem Sinne, daß das Ziehen des Lichtbogens erleichtert
wird und daß ferner nach durch Tropfenübergänge bewirkten Kurzschlüssen die zum
Wiederzünden notwendige Spannung schneller wiederkehrt. Die magnetische Trägheit
des Schweißgerätes wird also durch die Anordnung passend dimensionierter Nebenwiderstände
zum Lichtbogen herabgesetzt.
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Die Erfindung kann auch zur -Verbesserung der Schweißeigenschaften
von Schweißstromerzeugern und Schweißstromnetzen konstanter Spannung benutzt werden,
da die Schweißspannung infolge der mit dem Schweißprozesse untrennbar verbundenen
ständigen Belastungsänderungen fortwährend schwankt und der Lichtbogen daher in
den nebengeschalteten Widerständen die erwähnten Stabilisierungsschwingungen anregen
kann. Eine zusätzliche Erhöhung der dynamischen Stabilität dieser Schweißstromerzeuger
erreicht man durch die in Fig.3 beispielsweise dargestellte Anordnung einer Koppelspule
S2 in Reihe mit den verschiedenen Lichtbogennebenwiderstandsarten, die mit der im
Schweißstromkreis liegenden Spule S1 magnetisch gekoppelt ist. Die bei Belastungsänderungen
in S1 induzierten Spannungen wirken Änderungen der Schweißstromstärke entgegen,
übernehmen also die Rolle der sonst diesem Zwecke dienenden trägen Magnetfelder.
Die diese Felder erzeugenden Magnetspulen können daher ganz entfallen (bei Schweißstromnetzen)
oder auf die aus anderen Gründen notwendige Mindestgröße verkleinert werden (bei
Schweißstromerzeugern).