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Publication number: DEA0014077MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 24. September 1951 Bekanntgemacht am 12. Juli 1956Registration date: September 24, 1951. Advertised on July 12, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung bezieht sich auf Stromkreise zum Zünden und Stabilisieren eines Lichtbogens, insbesondere eines elektrischen Schweiß lichtbogens.The invention relates to circuits for igniting and stabilizing an arc, in particular an electric welding arc.

Sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die dazu dient, beim Schweißen zwischen der Elektrode und dem Werkstück einen Hochfrequenzlichtbogen zu erzeugen, der in einer gewissen Entfernung der Elektrode von dem Werkstück zündet, um die Zündung des eigentlichen Schweißlichtbogens zu erleichtern und ihn zu stabilisieren.In particular, it relates to a device used for welding between the electrode and to generate a high frequency arc on the workpiece at a certain distance The electrode of the workpiece ignites to ignite the actual welding arc to facilitate and stabilize him.

Beim Lichtbogenschweißen, ■ insbesondere in Schutzatmosphäre, benutzt man zum Schweißen von schwer schweißbaren Metallen oder Legierungen, z.B. solchen, welche an ihrer Oberfläche eine Schicht aus elektrisch nicht leitenden Verbindungen, z. B. Al₂ O₃, aufweisen, oder zum Schweißen von rostfreien Stählen, zweckmäßig einen Hochfrequenzlichtbogen, um die Zündung auf eine gewisse Entfernung zu ermöglichen und die Stabilität des eigentlichen Schweißlichtbogens zu verbessern. Die der Elektrode zugeführte Hochfrequenzspannung muß dabei so hoch sein, daß sie die Zündung des Hochfrequenzlichtbogens auf eine gewisse Entfernung erzielt, und der Hochfrequenzlichtbogen mußWhen arc welding, ■ especially in a protective atmosphere, is used to weld metals or alloys that are difficult to weld, for example those which have a layer of electrically non-conductive compounds on their surface, e.g. B. Al ₂ O ₃ , or for welding stainless steels, expediently a high-frequency arc to enable ignition at a certain distance and to improve the stability of the actual welding arc. The high-frequency voltage supplied to the electrode must be so high that it achieves the ignition of the high-frequency arc at a certain distance, and the high-frequency arc must

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so kräftig sein, daß er die Zündung des Schweißlichtbogens trotz des Vorhandenseins aus elektrisch nicht leitenden Verbindungen, z. B. Al₂O₃, Verbindungen an der Oberfläche des Schweißstücks ermöglicht. be so strong that it ignites the welding arc despite the presence of electrically non-conductive connections, e.g. B. Al ₂ O ₃ , allows connections on the surface of the weldment.

Hochfrequenzgeneratoren mit Funkenstrecken ergeben im allgemeinen befriedigende Ergebnisse, haben jedoch den Nachteil, daß sie Störungen im Rundfunkempfang verursachen. Zur VermeidungHigh-frequency generators with spark gaps generally give satisfactory results, however, have the disadvantage that they cause interference in radio reception. To avoid

ίο der Rundfunkstörungen werden den Störungen erzeugenden Hochfrequenzgeneratoren sehr enge Frequenzbänder zugeteilt. Für alle anderen Frequenzen ist man auf die Verwendung von Generatoren mit Elektronenröhren angewiesen. Man hat deshalb bereits Rundfunksendern ähnliche Generatoren vorgeschlagen, die, jedoch irn allgemeinen wenig ;. befriedigende Ergebnisse liefern, es sei denn, daß sie eine große Nennleistung haben und infolgedessen sehr teuer sind.ίο the radio interference will be the interference-generating Very narrow frequency bands are allocated to high-frequency generators. For all other frequencies one is dependent on the use of generators with electron tubes. That's why you have Generators similar to radio stations have already been proposed which, but generally little ;. give satisfactory results unless they have a large power rating and as a result are very expensive.

Zur Vermeidung dieser Nachteile betrifft die Erfindung einen Stromkreis zur Zündung und Stabilisierung eines Schweißlichtbogens durch überlagerten Hochfrequenzstrom, insbesondere mit einer Frequenz höher als 10 MHz, der durch einen Elektronenröhrengenerator erzeugt wird, welcher mit dem Schweißstromkreis durch einen Transformator gekoppelt ist, dessen Sekundärwicklung in Reihe mit einem den Schweißstrom zur Schweißelektrode leitenden Kabel eingeschaltet ist, dessen Länge so bemessen ist, daß bei offenem Stromkreis dieses Kabel der Sitz von stehenden Hochfrequenzwellen ist. Die Erfindung besteht dabei darin, daß ein die Spannung herabsetzender Ausgangstransformator benutzt wird, dessen Übersetzungsverhältnis mit Rücksicht auf die Ausgangsspannung des Generators so bemessen ist, vorzugsweise zwischen 3:1 und 15:1, daß die an den Klemmen seiner Sekundärspannung erzeugte Spannung etwas höher als die erforderliche Spannung zur Aufrechterhaltung eines zwischen der Schweißelektrode und dem Schweißgut vorher bestehenden Hochfrequenzlichtbogens bei Leerlauf liegt, jedoch wesentlich kleiner ist als die zur Zündung eines solchen Lichtbogens erforderliche Spannung, wobei die bei offenem Stromkreis längs des Schweißkabels erzeugte und am Ort der Schweißelektrode benutzbare Überspannung so groß ist, daß eine Glimmentladung um die Schweißelektrode sichtbar wird, wenn diese . in die Nähe des Schweißgutes gebracht wird.To avoid these disadvantages, the invention relates to a circuit for ignition and stabilization a welding arc by superimposed high-frequency current, in particular with a Frequency higher than 10 MHz generated by an electron tube generator is generated, which is coupled to the welding circuit through a transformer whose secondary winding is in series is switched on with a cable that conducts the welding current to the welding electrode, the length of which is as follows is dimensioned so that when the circuit is open, this cable is the seat of standing high frequency waves is. The invention consists in that a voltage-reducing output transformer is used, its transformation ratio with regard to the output voltage of the generator is dimensioned, preferably between 3: 1 and 15: 1, that the voltage at the terminals of its secondary voltage generated tension slightly higher than the tension required to maintain it a pre-existing high-frequency arc between the welding electrode and the weld metal is at idle, but is much smaller than that to ignite such an arc required voltage, with the open circuit generated along the welding cable and Usable overvoltage at the location of the welding electrode is so great that a glow discharge around the welding electrode becomes visible when this. is brought into the vicinity of the weld metal.

Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß bei der Benutzung einer Hochfrequenzstromquelle mit ungedämpften Wellen zur Zündung und Stabilisierung eines Lichtbogens, insbesondere für das Schweißen in einer Atmosphäre eines indifferenten Gases, z. B. Argon oder Helium, ein Generator benutzt werden kann, welcher eine Leerlaufspannung und einen Belastungsstrom liefert, deren Werte niedriger liegen als bei der Benutzung eines Funkenstreckengenerators, wenn beim Hochfrequenzgenerator für ungedämpfte Wellen bestimmte Bedingungen bezüglich der Kenngrößen eingehalten werden. Wenn er einmal gezündet ist, ist näm-Hch der mit ungedämpften Wellen erzeugte Hochfrequenzlichtbogen erheblich stabiler als der mit einem Funkenstreckengenerator erzeugte Licht- 65 j bogen, so daß man einen Generator benutzen kann, dessen Leistung nur wenig größer als die für das richtige Arbeiten des Hauptlichtbogens erforderliche Mindestleistung ist.The invention is based on the finding that when using a high frequency power source with undamped waves to ignite and stabilize an arc, especially for welding in an atmosphere of an inert gas, e.g. B. argon or helium, a generator can be used, which provides an open circuit voltage and a load current, their Values are lower than when using a spark gap generator when using a high-frequency generator for undamped waves certain conditions regarding the parameters are met will. Once it is ignited, it is Hch the high-frequency arc generated with undamped waves is considerably more stable than the arcs produced with a spark gap generator, so that a generator can be used, its power only slightly greater than that required for the main arc to work properly Minimum performance is.

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist ferner den Vorteil auf, daß sie genügend zahlreiche Funken in gleichmäßigen Abständen erzeugt, so daß keine Einstellung bei der Benutzung des Generators mit einem beliebigen Schweißtransformator erforderlich wird. Bei der Verwendung von Funkenstrekkengeneratoren, welche Wellenzüge mit der doppelten Frequenz des speisenden Netzes erzeugen, 'müssen nämlich diese Wellenzüge mit dem Nulldurchgang des Stromes des Hauptlichtbogens synchronisiert werden. Diese Synchronisierung erfordert eine Einstellung für die Anpassung des Funkenstreckengenerators an die betreffende Bauart des Schweißtransformators. Außerdem· ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung der Hochfrequenzlichtbogen erheblich regelmäßiger als bei den bekannten Funkenstreckengeneratoren, wodurch eine wesentlich regelmäßigere Schweißraupe erzielt werden kann. Durch die Verwendung der durch die Vorrichtung nach der Erfindung erzeugten Hochfrequenzspannung ist es ferner möglich, sehr leicht eine Glimm- oder Koronaentladung in der Umgebung der Elektrode zu erzeugen, was die Zündung des Schweißlichtbogens auf eine gewisse Entfernung hin ermöglicht. Dies wiederum macht nur eine erheblich kleinere Leerlaufspannung erf order-' Hch als die Verwendung eines Funkenstreckengenerators. The device according to the invention also has the advantage that it produces a sufficient number of sparks generated at regular intervals, so no adjustment when using the generator with any welding transformer is required. When using spark gap generators, which wave trains generate with twice the frequency of the feeding network, 'must namely these wave trains with the zero crossing the current of the main arc can be synchronized. This synchronization requires a setting for adapting the spark gap generator to the type in question of the welding transformer. In addition, there is a high-frequency arc in the device according to the invention considerably more regular than with the known spark gap generators, which results in a much more regular weld bead can be achieved. By using the Device according to the invention generated high frequency voltage it is also possible very easily generate a glow or corona discharge in the vicinity of the electrode, causing ignition of the welding arc at a certain distance. This in turn only makes a considerably lower open circuit voltage is required than the use of a spark gap generator.

In. bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Impedanz der Sekundärwicklung des Hochfrequenztransformators dem Widerstand des in seiner Leistung für die Stabilisierung hinreichenden Hochfrequenzlichtbogens angepaßt. Durch diese Anpassung ist ein besonders günstiger Energieübergang vom Hochfrequenzgenerator zum Hochfrequenzlichtbogen erreichbar, was zur Folge hat, daß der Hochfrequenzgenerator in seiner Leistung verhältnismäßig klein gehalten werden kann.In. A preferred embodiment of the invention is the impedance of the secondary winding of the high-frequency transformer adapted to the resistance of the high-frequency arc, which is sufficient in its power for stabilization. Through this adaptation is a particularly favorable energy transfer from the high-frequency generator to the High-frequency arc achievable, which has the consequence that the high-frequency generator in its performance can be kept relatively small.

Eine weitere Verbesserung der Leistungsanpassung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Hochfrequenzlichtbogen kann dadurch erreicht werden, daß die Impedanz der Primärwicklung des Ausgangstransformators den Überlastungswiderstand des Ausgangskreises des Generators angepaßt, vorzugsweise etwa gleich ist, wobei dieser Ausgangskreis vorzugsweise mindestens zwei parallel geschaltete Verstärkerröhren aufweist.Another improvement in the power matching between the high frequency generator and the high frequency arc can be achieved that the impedance of the primary winding of the Output transformer adjusted the overload resistance of the output circuit of the generator, is preferably approximately the same, this output circle preferably having at least two in parallel having switched amplifier tubes.

In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Länge des Verbindungskabels etwa ein ungerades Vielfaches der Viertelwellenlänge der vom Generator erzeugten Schwingung. In dieser Ausführungsform sind insbesondere verlustarme Verbindungskabel zu benutzen.In one embodiment of the invention, the length of the connecting cable is approximately one odd multiple of the quarter wavelength of the oscillation generated by the generator. In this Embodiment, in particular, low-loss connecting cables are to be used.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung liegt zur Kompensation der Hochfrequenzverluste im Schweiß Stromkreis, insbesondere beim Gebrauch eines wassergekühlten Schweißkabels,Another embodiment of the invention is used to compensate for the high-frequency losses in the welding circuit, especially when using a water-cooled welding cable,

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die Länge des Kabels zwischen einem Achtel und einem Viertel, vorzugsweise in der Nähe eines Sechstels der- Wellenlänge des Generators. Bekanntlich erleiden Wellen bei einer Frequenz von über io MHz, wie z. B. die der für die Hochfrequenz*· generatoren für industrielle Zwecke zugelassenen Bänder, erhebliche Verluste im Schweißstromkreis, und zwar einerseits infolge der schlechten Qualität des Dielektrikums der die Leiter umgebenden Isolierstoffe und andererseits infolge des den Leiter umspülenden Kühlwassers, falls, wie dies meist der Fall ist, der Elektrodenhalter und der Schweißleiter durch einen Wasserumlauf gekühlt werden. Diese Verluste können dadurch kompensiert werden,^: daß die Länge des Verbindungskabels unter Berücksichtigung der Verluste auf Resonanz abgestimmt wird.the length of the cable between one eighth and one quarter, preferably close to one sixth of the wavelength of the generator. As is known, waves at a frequency of over 10 MHz, such as. B. the tapes approved for high frequency * The case is, the electrode holder and the welding conductor are cooled by a water circulation. These losses can be compensated by ^: The length of the connecting cable is tuned to resonance, taking the losses into account.

Zweckmäßig ist das Ende der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators, welches dem mit der Schweißelektrode verbundenen entgegengesetzt ist, mit einem parallel zum Kabel, vorzugsweise damit koaxial angeordneten Hilfsleiter verbunden, welcher an seinem, der Schweißelektrode benachbarten Ende mit Erde, z. B. mit dem Schweißstück entweder unmittelbar oder über einen Kondensator verbunden ist, während zwischen die Schweißstromquelle und die Sekundärwicklung des Hochfrequenztransformators eine Induktivität in das Schweißkabel in Reihe geschaltet ist, die bei der Frequenz des Generators eine große Impedanz aufweist. The end of the secondary winding of the output transformer, which is the one with the Welding electrode connected opposite, with a parallel to the cable, preferably with it coaxially arranged auxiliary conductor connected, which at his, the welding electrode adjacent End with earth, z. B. with the welding piece either directly or via a capacitor is connected while between the welding power source and the secondary winding of the high frequency transformer an inductance is connected in series in the welding cable, which has a large impedance at the frequency of the generator.

Es ist auch zweckmäßig, einen Kondensator erheblicher Kapazität für den Ausgleich der geringen reaktiven Impedanz des Schweißstromkreises zwischen das Ende der Sekundärwicklung des Hochfrequenztransformators und die Erdleitung des Hochfrequenzgenerators einzuschalten, während die Erdleitung des Hochfrequenzgenerators ihrerseits mit der Erdleitung des Schweiß-Stromkreises, z. B. mit dem Schweißstück, verbunden ist und die Kapazität des Ausgleichskondensators vorzugsweise von 0,5 bis 2/^F beträgt. It is also advisable to use a capacitor of considerable capacity to compensate for the low capacitance reactive impedance of the welding circuit between the end of the secondary winding switch on the high-frequency transformer and the earth line of the high-frequency generator, while the earth line of the high frequency generator in turn with the earth line of the welding circuit, z. B. with the welding piece, and the capacitance of the compensation capacitor is preferably from 0.5 to 2 / ^ F.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für Lichtbogenschweißung mit wassergekühltem Kabel, insbesondere für das Schweißen von Leichtmetallen in Argonatmosphäre, bei welchem der Hochfrequenzgenerator auf die Frequenz von 13,56 MHz abgestimmt ist, weist der Kopplungstransformator eine Primärwicklung mit sieben Windungen von etwa 33 mm Durchmesser auf, welche durch einen Kondensator von etwa 50 pF und einen einstellbaren Kondensator von etwa 100 pF überbrückt ist, sowie eine Sekundärwicklung mit zwei Windungen von etwa 53 mm Durchmesser, die durch ein Küpferrohr von 11 mm Durchmesser gebildet wird und durch einen ein-. stellbaren Kondensator mit der Primärwicklung abgestimmt wird, wobei das Schweißkabel zwischen dem Kupplungstransformator und der Schweißelektrode eine Länge von etwa 4 m aufweist und durch einen Kupferleiter von 3 mm Durchmesser gebildet wird, der in einer wassergefüllten Isolierhülle mit einem Innendurchmesser von 6 mm angeordnet ist, wobei der günstigste Belastungswiderstand des die Primärwicklung speisenden Anodenkreises etwa 15000hm beträgt.In a preferred embodiment of the invention for arc welding with water-cooled Cable, especially for welding light metals in an argon atmosphere, in which the high-frequency generator is tuned to the frequency of 13.56 MHz, the coupling transformer a primary winding with seven turns of about 33 mm in diameter, which by a capacitor of about 50 pF and an adjustable capacitor of about 100 pF is bridged, as well as a secondary winding with two turns of about 53 mm in diameter, through a copper tube of 11 mm Diameter is formed and by a one. adjustable capacitor with the primary winding is matched, with the welding cable between the coupling transformer and the welding electrode has a length of about 4 m and a copper conductor 3 mm in diameter is formed, which is arranged in a water-filled insulating sleeve with an inner diameter of 6 mm is, where the most favorable load resistance of the anode circuit feeding the primary winding is about 15000hm.

Zur Erläuterung wird an Hand der Zeichnung eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.For an explanation, the drawing is used an embodiment of the invention described.

Abb. ι zeigt das Schaltbild eines Hochfrequenzgenerators nach der Erfindung mit einer einzigen Verstärkerstufe und seine Kopplung mit dem Schweißgerät;Fig. Ι shows the circuit diagram of a high frequency generator according to the invention with a single amplifier stage and its coupling with the Welding machine;

Abb. 2 zeigt eine Abwandlung der Verbindung des Generators mit dem Schweißgerät;Fig. 2 shows a modification of the connection of the generator to the welding device;

Abb. 3 ist ein Schaubild der Spannung längs des Schweißleiters in Abhängigkeit von dessen Länge. . " 'Fig. 3 is a graph of the voltage across the welding conductor as a function of it Length. . "'

Der Hochfrequenzgenerator weist die Bauart mit einer Oszillatorstufe auf, auf welche eine Verstärkerstufe folgt, welche die Oszillatorstufe gegen die Schwankungen der Kenngrößen des durch einen Teil des Schweißstromkreises gebildeten Ausgangskreises schützen soll. The high-frequency generator has the type with an oscillator stage on which an amplifier stage follows which the oscillator stage against the fluctuations in the parameters of the by a Is to protect part of the welding circuit formed output circuit.

Die Oszillatorstufe weist eine Röhre 1 der Tetrodenbauart auf, welche durch einen in den Stromkreis des Steuergitters in Reihe geschalteten Quarzkristall 2 stabilisiert wird. Der Quarzkristall wird durch einen Widerstand I₆ überbrückt, welcher die mittlere Gitterspannung auf der Spannung der Masse des Geräts halten soll. Die geeignete Gittervorspannung wird durch einen mit der Kathode 2a iⁿ Reihe geschalteten Widerstand 3 erzielt, welcher durch einen Kondensator 4 überbrückt ist.The oscillator stage has a tube 1 of the tetrode type, which is stabilized by a quartz crystal 2 connected in series in the circuit of the control grid. The quartz crystal is _{bridged by a resistor I 6} , which is supposed to keep the mean grid voltage at the voltage of the device's ground. The appropriate bias is achieved by a i ⁿ series-connected to the cathode 2a resistor 3, which is bridged by a capacitor. 4

Eine Induktivität 3₆ ist ebenfalls mit der Ka^: thode in Reihe geschaltet und stellt mit dem Kondensator 4a einen auf die eingestellte Frequenz des Hochfrequenzgenerators abgestimmten Schwingungskreis dar. - .An inductor 3 ₆ is also connected to the ^Ka: Thode connected in series and constitutes a tuned 4a to the set frequency of the high frequency generator oscillating circuit with the capacitor -..

Die Kopplung dieses Schwingungskreises mit dem Gitterstromkreis erfolgt durch den Kondensator 4₆. Die Anode wird mit Hochspannung über eine regelbare Induktivität 5 mit verstellbarem magnetischem Kern gespeist, welche mit dem Kondensator 6 einen ebenfalls auf die eingestellte Frequenz des Generators abgestimmten Schwingungskreis bildet. The coupling of this oscillating circuit with the grid circuit takes place through the capacitor 4 ₆ . The anode is fed with high voltage via a controllable inductance 5 with an adjustable magnetic core which, with the capacitor 6, forms an oscillating circuit which is also tuned to the set frequency of the generator.

Die an den Klemmen dieses Stromkreises auftretende Hochfrequenzspannung wird über den Kondensator 6_a an die Gitter 7 und 8 von zwei Verstärkerröhren 9 und 10 gleicher Kenngrößen der Tetrodenbauart angelegt. Die Rückleitung von diesen Gittern zu der gemeinsamen Masse erfolgt über den Widerstand 11. Die Anöden dieser Röhren werden mit Hochspannung parallel über eine Drosselspule 13 gespeist, welche bei der Abstimmfrequenz des Generators eine große Impedanz besitzt.The high-frequency voltage occurring at the terminals of this circuit is applied via the capacitor 6 _a to the grids 7 and 8 of two amplifier tubes 9 and 10 of the same parameters of the tetrode type. The return line from these grids to the common ground takes place via the resistor 11. The anodes of these tubes are fed with high voltage in parallel via a choke coil 13, which has a high impedance at the tuning frequency of the generator.

Zur Vermeidung der unerwünschten Selbsterregung dieser Röhren ist eine durch einen Widerstand ι o_b überbrückte Induktivität io_a in Reihe in jeden Anodenstromkreis dieser Röhren geschaltet. Diese beiden parallel geschalteten Röhren können ohne Beeinträchtigung der Arbeitsweise der Vorrichtung durch eine einzige Röhre doppelterTo avoid the undesired self-excitation of these tubes, an inductance io _a _{bridged by a resistor ι o b is} connected in series in each anode circuit of these tubes. These two tubes connected in parallel can be duplicated by a single tube without affecting the operation of the device

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Leistung ersetzt werden. Die Gittervorspannung \ dieser Röhren wird in bekannter Weise durch einen Widerstand u_a erzeugt, welcher mit der Kathode in Reihe geschaltet und durch einen Kondensatoriifc überbrückt ist. Die Schirmgitter 12 werden mit einer geeigneten Spannung gespeist und durch einen mit der Kathode verbundenen Kondensator I2_a entkoppelt.Power to be replaced. The grid bias of these tubes is generated in a known manner by a resistor u _a , which is connected in series with the cathode and bridged by a capacitor. The screen grids 12 are fed with a suitable voltage and decoupled _{by a capacitor I2 a connected to the cathode.}

Die an den Klemmen der Induktivität auftretende verstärkte Hochfrequenzspannung wird über den Kondensator 14 an eine Klemme 15 der Pri-, märwicklung 16 des Transformators 17 zur Verbindung mit dem Schweißstromkreis angelegt, während die andere Klemme 18 dieser Wicklung an die Masse des Generators gelegt ist.The amplified high-frequency voltage occurring at the terminals of the inductance is over the capacitor 14 is applied to a terminal 15 of the primary, secondary winding 16 of the transformer 17 for connection to the welding circuit, while the other terminal 18 of this winding is connected to the ground of the generator.

Ein Ende 19 der Sekundärwicklung 20 dieses Transformators ist mit einer Klemme 21 des Transformators 22 für. den Schweißstrom verbunden. Das andere Ende 23 der Sekundärwicklung dieses Transformators ist durch das Schweißkabel 24 mit der Schweißelektrode 25 verbunden, welche von einem durch eine Düse 26 geführten Schutzgasstrom umgeben ist. Das Schweißkabel 24 ist zweckmäßig vom Boden isoliert und wird von diesem durch Isolierscheiben 24_a entfernt gehalten, wodurch die Verluste durch Bodenkapazität vermindert werden.One end 19 of the secondary winding 20 of this transformer is connected to a terminal 21 of the transformer 22 for. connected to the welding current. The other end 23 of the secondary winding of this transformer is connected by the welding cable 24 to the welding electrode 25, which is surrounded by a flow of protective gas guided through a nozzle 26. The welding cable 24 is expediently insulated from the ground and is _{kept away from this by insulating washers 24 a} , whereby the losses due to ground capacity are reduced.

Das Übersetzungsverhältnis des Transformators 17 ist so gewählt, daß der Scheinwiderstand der Primärwicklung gleich dem Belastungswiderstand der Röhren 9 und 10 ist.The transformation ratio of the transformer 17 is chosen so that the impedance of the primary winding is equal to the load resistance of the tubes 9 and 10.

Da der Wert des äquivalenten Widerstandes des Schweißkabels klein ist, setzt dieser Transformator im allgemeinen die Spannung herab. Der zwischenSince the value of the equivalent resistance of the welding cable is small, this transformer continues generally lower the tension. The between

35. 3:1 und 15:1 liegende Wert dieses Übersetzungsverhältnisses hat eine große Bedeutung für das richtige Arbeiten dieses Gerätes.35.3: 1 and 15: 1 lying value of this gear ratio is of great importance for the correct work of this device.

Die Speisung des Generators mit Gleichstromhochspannung erfolgt durch Trockengleichrichter 35, 36, welche in bekannter Weise als Spannungsverdoppler geschaltet sind, wobei die Speisung mit Wechselstrom von 220 V erfolgt.The generator is fed with direct current high voltage through dry rectifier 35, 36, which are connected in a known manner as a voltage doubler, the supply with AC current of 220 V takes place.

Mit den Gleichrichtern in Reihe geschaltete Widerstände 37, 38 verhindern den Übertritt vonResistors 37, 38 connected in series with the rectifiers prevent

4-5 Hochfrequenz in das speisende Netz über die Kapazität der Gleichrichter. Eine der Klemmen des speisenden Netzes ist außerdem über einen Kondensator 39 an Masse gelegt.4-5 high frequency in the feeding network over the capacity the rectifier. One of the terminals of the supply network is also via a capacitor 39 grounded.

Bei der Einstellung der Frequenz auf 13,56 MHz für ein Gerät zum Schweißen mit Argon mit Wolframelektrode muß der Ausgangstransformator die Impedanz um neun heruntertransformieren, d. h. ein Windungsverhältnis von etwa 3 : 1 haben. Die Impedanz auf der Primärseite dieses Transformators muß etwa gleich der der Aüsgangsröhren sein.When setting the frequency to 13.56 MHz for a device for welding with argon with a tungsten electrode, the output transformer step down the impedance by nine, d. H. have a turns ratio of about 3: 1. The impedance on the primary side of this transformer must be about the same as that of the output tubes being.

. Das obige Übersetzungsverhältnis wird mit. The above gear ratio is with

einem Transformator erzielt, dessen Primärwicklung 16 sechs Windungen mit einem mittleren Durchmesser von 32 mm und dessen Sekundärwicklung 20- zwei Windungen mit einem mittleren Durchmesser von 43 mm aufweist. Man erhält dann leicht eine Glimmentladung am Ende in einem aus Argon bestehenden Schutzgasstrom. Diese Glimmentladung gestattet die bequeme Zündung des Schweißlichtbogens.achieved a transformer whose primary winding 16 six turns with a middle Diameter of 32 mm and its secondary winding 20- two turns with a middle one Has a diameter of 43 mm. One can then easily end up with a glow discharge all in one protective gas stream consisting of argon. This glow discharge allows easy ignition of the welding arc.

Der Hochfrequenzstromkreis schließt sich über einen Kondensator 27 zur Erde, welcher die Anpassung des Widerstands des Hochfrequenzkreises an die Impedanz der Spule 20 entsprechend der Länge und den Kenngrößen des Schweißkabels gestattet.The high-frequency circuit closes via a capacitor 27 to earth, which the adaptation the resistance of the high-frequency circuit to the impedance of the coil 20 according to the Length and the parameters of the welding cable permitted.

Die Benutzung eines Quarzkristalls zur Stabilisierung der Frequenz eines durch die Induktivität 5 in dem Anodenstromkreis der Schwingröhre abgestimmten Schwingkreises gestattet die Herstellung einer praktisch oberwellenfreien Welle, was den Vorteil bietet, daß die verfügbare Leistung vollständig bei der in dem zulässigen Frequenzbereich eingestellten Frequenz verbraucht wird, so daß mit einem Generator beschränkter Leistung die größtmögliche Hochfrequenzleistung an der Schweißelektrode erhalten werden kann.The use of a quartz crystal to stabilize the frequency of an inductor 5 In the anode circuit of the resonant tube tuned resonant circuit allows production a practically harmonic-free wave, which has the advantage that the available power is completely is consumed at the frequency set in the permissible frequency range, so that with a generator of limited power the greatest possible high-frequency power at the Welding electrode can be obtained.

Entsprechend der Verbesserung dieses Stromkreises liegt die Länge des Leiters 24 zwischen dem Transformator 17 und der Elektrode 25 zwischen einem Achtel und einem Viertel der Wellenlänge, auf welche der Generator eingestellt ist, und beträgt zweckmäßig im allgemeinen etwa ein Sechstel dieser Wellenlänge. Bei dem üblichen Fall eines Leiters 24 mit einem Durchmesser von 3 mm, welcher in einer nicht dargestellten, wassergefüllten Isolierhülle mit einem Innendurchmesser von 6 mm angeordnet ist, beträgt die Leiterlänge, welche bei einer Frequenz von 13,56 MHz die besten Ergebnisse liefert, 4 m. Bei einem auf die oben angegebene, durch die internationalen Bestimmungen zugelassene Frequenz eingestellten Hochfrequenzgenerator und bei einer Verstärkerstufe, welche durch zwei parallel geschaltete Rohren gebildet wird, welche einen Belastungswiderstand von 1500 Ohm und eine Anodenleistung von 30 W haben, weist der Transformator 17 eine Primärwicklung 16 mit einer Länge von 57 mm auf, welche aus sieben Windungen mit einem Durch- L05 messer von 33 mm aus emailliertem Kupferdraht von 1,5 mm Durchmesser besteht, sowie eine Sekundärwicklung 20 von 32 mm Länge, welche aus zwei Windungen von 53 cm Durchmesser aus einem Kupferrohr von 11 mm Durchmesser besteht, wobei diese beiden Windungen durch Drehkondensatoren 45 und 46 abgestimmt werden. Parallel zu dem Drehkondensator 46 von etwa 100 pF ist ein fester Kondensator 47 von 50 pF mit Glimmerdielektrikum geschaltet. Der Eingang 19 der Kopplungswicklung 20 ist über einen Kondensator 27 mit der Masse und der Abschirmung des Hochfrequenzgenerators verbunden. Der die besten Ergebnisse liefernde Wert, des Kondensators 27 beträgt i/,aF, wobei dieser Wert im Vergleich zu der benutzten sehr hohen Frequenz ungewöhnlich hoch ist. Dieser Kondensator dient zum Ausgleich der sehr kleinen Induktivität, welche die durch den Leiter 24 gebildete Leitung besitzt, deren Länge kleiner als ein Viertel der benutzten Wellenlänge ist.According to the improvement of this circuit, the length of the conductor 24 is between the transformer 17 and the electrode 25 between an eighth and a quarter of the wavelength, to which the generator is set, and is expediently generally about one Sixth of this wavelength. In the usual case of a conductor 24 with a diameter of 3 mm, which in a not shown, water-filled insulating sleeve with an inner diameter of 6 mm is arranged, the conductor length, which at a frequency of 13.56 MHz For best results, 4 m. In the case of one on the above, by international regulations Approved frequency, set high frequency generator and an amplifier stage, which is formed by two pipes connected in parallel, which have a load resistance of 1500 ohms and an anode power of 30 W, the transformer 17 has a primary winding 16 with a length of 57 mm, which consists of seven turns with a diameter L05 knife of 33 mm consists of enamelled copper wire of 1.5 mm diameter, as well as a secondary winding 20 of 32 mm length, which consists of two turns of 53 cm diameter from one Copper pipe of 11 mm in diameter is made, these two turns by rotating capacitors 45 and 46 are to be voted on. In parallel with the variable capacitor 46 of about 100 pF is a fixed capacitor 47 of 50 pF connected with mica dielectric. The input 19 of the coupling winding 20 is connected to the ground and the shielding of the high-frequency generator via a capacitor 27 connected. The value of capacitor 27 which gives the best results is i /, aF, this value being compared to the one used very high frequency is abnormally high. This capacitor is used to compensate for the very small inductance which the line formed by the conductor 24 has, its length is less than a quarter of the wavelength used.

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Die obigen Werte sind nur beispielshalber angegeben, und man kann ohne wesentliche Veränderung der Ergebnisse von ihnen abweichen, vorausgesetzt, daß das Übersetzungsverhältnis des Transformators 17 ungefähr beibehalten wird.The above values are given by way of example only and can be used without significant change the results will differ from them, provided that the transformation ratio of the transformer 17 is roughly retained.

Bei einem Schweißstromkreis mit den obigen Kenngrößen hat man beim Schweißen von Aluminium mit einer Wolframelektrode festgestellt, daß eine Hochfrequenzstromstärke von etwa 300 mA zur Stabilisierung des Schweißlichtbogens ausreichend ist, wobei die Leerlaufspannung groß genug ist, um eine Glimmentladung um die Elektrode herum in einem als Schutzgas benutzten Argonstrom zu erzeugen. Die längs des Schweißleiters bei offenem Stromkreis, d. h. falls die Elektrode von dem Werkstück weit entfernt ist, auftretende Hochfrequenzspannung verläuft nach der Kurve 48 der Abb. 3, welche die Spannungsänderung an der Elektrode in Abhängigkeit von der Länge des die Elektrode und die Sekundärwicklung 20 des Hochfrequenztransformators 17 verbindenden Leiters darstellt. Die Spannungskurve längs eines verlustlosen Leiters ist praktisch eine Sinuslinie der durch die Kurve 49 der Abb. 3 dargestellten Art, welche bei einer Länge gleich einem Viertel der Wellenlänge 1 ein Maximum aufweist. Infolge der schnell mit der Länge des Schweißleiters zunehmenden Verluste tritt das Spannungsmaximum bei einem Leiter auf, dessen Länge klei- ner als ein Viertel der Wellenlänge ist, wie es durch die Kurve 48 der Abb. 3 angegeben wird, wobei diese Länge etwa ein Sechstel der Wellenlänge beträgt.With a welding circuit with the above parameters one has when welding aluminum with a tungsten electrode found that a high frequency current of about 300 mA is sufficient to stabilize the welding arc, whereby the open circuit voltage is high is enough to create a glow discharge around the electrode in a protective gas Generate argon stream. The length of the welding conductor with an open circuit, i.e. H. if the electrode is far away from the workpiece, occurring high-frequency voltage runs according to the Curve 48 of Fig. 3, which shows the change in voltage at the electrode as a function of the Length of the electrode and the secondary winding 20 of the high-frequency transformer 17 connecting Represents head. The voltage curve along a lossless conductor is practically one Sinusoid of the type shown by curve 49 of FIG. 3, which when the length is equal to one Quarter of the wavelength 1 has a maximum. As a result of rapidly increasing the length of the welding conductor with increasing losses, the voltage maximum occurs in a conductor whose length is small n is less than a quarter of the wavelength, as indicated by curve 48 of Fig. 3, this length being about one sixth of the wavelength.

Beim Übergang des Hochfrequenzlichtbogens, wobei der Widerstand der Entfernung Elektrode—Werkstück etwa gleich der charakteristischen Impedanz des Leiters 24 ist, ist dieser nicht mehr der Sitz stehender Wellen, und die Übertragung der Hochfrequenzleistung erfolgt mit den kleinstmöglichen Verlusten entsprechend den Hochfrequenzeigenschaften des Leiters 24 und der ihn umgebenden Dielektrika.At the transition of the high-frequency arc, the resistance being the distance between the electrode and the workpiece is approximately equal to the characteristic impedance of the conductor 24, this is not more of the seat of standing waves, and the transmission of high-frequency power takes place with the smallest possible losses according to the high frequency properties of the conductor 24 and the dielectrics surrounding it.

Die Hochfrequenzspannung längs des Leiters nimmt dann längs des Leiters etwas ab und wirdThe high frequency voltage along the conductor then decreases somewhat along the conductor and becomes

+5 durch die Kurve 50 der Abb. 3 dargestellt.+5 represented by curve 50 in FIG. 3.

Die durch die Ordinate des Punktessi der Abb. 3 dargestellte Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung 20 muß daher etwas größer sein als die Spannung, welche zur Speisung des Hochfrequenzbogens zwischen der Elektrode 25 und dem Werkstück erforderlich ist.The through the ordinate of the Punktessi the Fig. 3 shown voltage at the terminals of the secondary winding 20 must therefore be slightly greater than the voltage required to energize the high frequency arc between the electrode 25 and the Workpiece is required.

Bei der Abwandlung nach der Abb. 2 ist der Hochfrequenzgenerator mit der Schweißelektrode durch das Schweißkabel 28 verbunden, und der Hochfrequenzkreis wird durch ein Kabel 29 geschlossen, welches zu dem Schweißkabel parallel verläuft, so nahe wie möglich an demselben angeordnet ist und mit dem Schweißstück über den Kondensator 30 verbunden ist. Der Schutz des Schweißtransformators 31 gegen die Einwirkung der Hochfrequenz erfolgt durch eine Induktivität 32 und gegebenenfalls durch einen Kondensator 33 zum Schutz des Kabels 29 gegen einen zu starken Strom im Falle einer zufälligen Berührung mit dem Schweißstück. ' .In the modification according to Fig. 2, the high-frequency generator is with the welding electrode connected by the welding cable 28, and the high frequency circuit is closed by a cable 29, which runs parallel to the welding cable, arranged as close as possible to the same and is connected to the weldment through the capacitor 30. The protection of the Welding transformer 31 against the action of the high frequency takes place through an inductance 32 and possibly by a capacitor 33 to protect the cable 29 against a too strong current in the event of accidental contact with the workpiece. '.

Diese beiden parallelen Kabel 28 und 29 bilden eine sehr wenig strahlende bifilare Leitung, wodurch die Hochfrequenzverluste zwischen dem Generator und der Elektrode verringert werden. Als Abwandlung kann auch ein koaxiales Kabel benutzt werden, welches durch ein Schweißkabel gebildet wird, welches von einer zylindrischen Abschirmung umgeben ist, welche von dem Schweißkabel durch eine Isolierung mit geringen Hochfrequenzverlusten isoliert ist, wobei der Außenleiter mit dem Ende 19 der Sekundärwicklung 20 des Kopplungstransformators verbunden ist.These two parallel cables 28 and 29 form a very little radiating bifilar line, whereby the high frequency losses between the generator and the electrode can be reduced. As a modification, a coaxial cable can also be used, which is threaded through a welding cable is formed, which is surrounded by a cylindrical shield, which of the welding cable is insulated by insulation with low high frequency losses, the outer conductor is connected to the end 19 of the secondary winding 20 of the coupling transformer.

Der Kondensator 30 kann in der Nähe des Schweißstücks angeordnet werden, wie in Abb. 2 dargestellt, er kann jedoch auch bei 34 angeordnet werden.The capacitor 30 can be placed near the weldment, as in Fig. 2 shown, but it can also be located at 34.

Ferner ist es erforderlich, einen Elektrodenhalter zu benutzen, der eine möglichst kleine Kapazität gegen die Hand des Schweißers oder gegen die Befestigungsvorrichtung bei einer an einer Maschine angebrachten Vorrichtung hat. Der benutzte Isolierstoff muß geringe Hochfrequenzverluste haben und z. B. aus Polystyrol bestehen.It is also necessary to use an electrode holder that has the smallest possible capacity against the hand of the welder or against the fastening device on a machine attached device. The insulating material used must have low high frequency losses and z. B. consist of polystyrene.

Der so ausgebildete Stromkreis weist noch den Vorteil auf, daß bei offenem Stromkreis an der Elektrode eine Hochfrequenzspannung erzeugt wird, die groß genug ist, um die Zündung des Hochf requenzbogens bei jedem zufälligen Erlöschen oder bei jedem im Falle der Benutzung von Wechselstrom in jeder Halbwelle erfolgenden Erlöschen des Schweißlichtbogens zu gewährleisten. In der Zeichnung ist ein Stromkreis für Wechselstrom dargestellt und vorstehend beschrieben, wobei dieser Stromkreis auch die Herstellung einer genügenden Stromstärke ermöglicht, wenn der Hochfrequehzbogen gezündet ist, um diesem Bogen eine genügende Leistung für eine richtige Schweißung zu sichern.The circuit formed in this way still has the advantage that when the circuit is open on the A high-frequency voltage is generated that is large enough to ignite the electrode High frequency arc on every accidental extinction or every time it is used of alternating current in each half-wave to ensure that the welding arc is extinguished. In the drawing, a circuit for alternating current is shown and described above, this circuit also enables a sufficient current to be produced, when the high-frequency arc is ignited, this arc has sufficient power for a to ensure correct weld.

Claims

PATENT KITCHEN:

I. Circuit for igniting and stabilizing a welding arc through superimposed High frequency current, especially with a frequency higher than 10 MHz, caused by uo an electron tube generator is generated, which is connected to the welding circuit by a Transformer is coupled, the secondary winding of which is in series with a welding current cable leading to the welding electrode is switched on, the length of which is dimensioned in such a way that that with an open circuit this cable is the seat of standing high frequency waves, thereby characterized in that the transformer (17) is a voltage reducing transformer is, its transmission ratio with regard to the output voltage of the generator is dimensioned, preferably between 3: ι and 15: 1, that the terminals of his Secondary winding generated voltage slightly higher than the voltage required for

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maintenance of a pre-existing one between the welding electrode and the weld metal High-frequency arc lies, but is much smaller than that at idle 'for ignition voltage required for such an arc, with the open circuit Overvoltage generated along the welding cable (24) and usable at the location of the welding electrode is so large that a glow discharge is visible around the welding electrode when this is brought close to the weld metal.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that that the impedance of the secondary winding of the high-frequency transformer (17) the resistance of the high-frequency arc that is sufficient for stabilization is adapted.

3. Circuit according to claim 1, characterized in that that the impedance of the primary winding (16) of the transformer (17) corresponds to the load resistance of the output circuit of the generator is adapted, preferably approximately the same, this output circuit preferably at least two amplifier tubes connected in parallel (9, 10).

4. Circuit according to claim 1, characterized in that that the length of the connecting cable (24) is approximately an odd multiple of the quarter wavelength generated by the generator Vibration is.

5. Circuit according to claim 1, characterized in that that to compensate for the high frequency losses in the welding circuit, especially when using a water-cooled Welding cable, the length of the cable (24) between an eighth and a quarter, is preferably in the vicinity of one sixth of the wavelength of the generator.

6. Circuit according to claim 1, characterized in that that the end (19) of the secondary winding of the transformer (17), which the connected to the welding electrode is opposite, with one parallel to the cable (24), preferably coaxially arranged therewith auxiliary conductor (29, Fig. 2) is connected, which at its end adjacent to the welding electrode with the earth, e.g. B. with the welding piece, ■ is connected either directly or via a capacitor (30), and further thereby, that an inductance (32), which at the frequency of the generator has a large impedance has, between the welding power source and the secondary winding of the transformer (17) is connected in series in the welding cable.

7. Circuit according to claim 1, characterized in that that a capacitor (27) of considerable capacity to compensate for the low reactive impedance of the high frequency current flowed through part of the welding circuit between the end (19) of the secondary winding (20) of the coupling transformer (17) and the earth line of the high frequency generator is switched on, which in turn is connected to the earth line of the welding circuit,

z. B. is connected to the welding piece, and that the capacitance of the compensation capacitor (27) is preferably from 0.5 to 2 μ ¥ .

8. Circuit according to claim 1 for arc welding with water-cooled cable, especially for welding light metals in an argon atmosphere, in which the high-frequency generator is set to the frequency of 13.56 MHz is tuned, characterized in that that the coupling transformer (17) has a primary winding (16) with seven turns of about 33 mm in diameter, which is provided by a capacitor (47) of about 50 pF and an adjustable capacitor (46) of about 100 pF is bridged and a secondary winding with two turns of about 53 mm in diameter, which is formed by a copper tube of 11 mm in diameter is and matched by an adjustable capacitor (46) with the primary winding (16) the welding cable (24) between the coupling transformer (17) and the welding electrode (25) has a length of about 4 m and through a copper conductor of 3 mm diameter is formed, which is in a water-filled insulating sleeve with a Inside diameter of 6 mm is arranged, with the most favorable load resistance of the the anode circuit feeding the primary winding (16) is approximately 1500 ohms.

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