DEP0041507DA - Hochfrequenz-Zündgerät für Lichtbogenschweißung - Google Patents

Description

Beim Schweißen mit Lichtbogen-Schweißtransformatoren neigt der Lichtbogen zum Erlöschen, da der Strom zweimal in jeder Stromperiode auf Null absinkt. Die Verhältnisse werden noch dadurch erschwert, daß der Lichtbogen bei positiver Elektrode einen beträchtlich höheren Widerstand zu überwinden hat als bei negativer Elektrode.

Es ist seit langem der Vorschlag bekannt, die vorgenannten Schwierigkeiten dadurch zu beseitigen, daß dem Schweißstrom ein hochfrequenter Hilfsstrom überlagert wird. Erst in neuerer Zeit sind diesem Zweck dienende Einrichtungen, hier als Hochfrequenz-Zündgerät oder kurz als Zündgerät bezeichnet, praktisch ausgeführt worden; sie sind folgendermaßen aufgebaut: Zur Erzeugung der Hochfrequenzenergie dient ein Funkengenerator, der aus einem kleinen Transformator, einer daran geschlossenen Reihenschaltung einer Drossel und eines Kondensators und aus einer hierzu parallel geschalteten Funkenstrecke zusammengesetzt ist. Dieser Funkengenerator arbeitet über einen Kondensator auf die Primärwicklung einer Kopplungsdrossel; ihre Sekundärwicklung ist über einen zweiten Kondensator auf die aus Werkstück und Schweißelektrode bestehende Schweißstelle geschaltet. Bei dieser Ausführung ist also der an den Funkengenerator angeschlossene Belastungskreis in zwei induktiv miteinander gekoppelte Kreise aufgegliedert.

Demgegenüber ist bei dem neuen Zündgerät eine wesentliche Vereinfachung dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß der Hochfrequenz- generator (z.B. Funkengenerator oder Röhrengenerator) über einen Kondensator und die Zuleitungen unmittelbar, d.h. unter Vermeidung einer induktiven Kopplung, auf die Schweißstelle, parallel zu dieser, geschaltet ist. Die Anordnung wird vorzugsweise so getroffen, daß der Hochfrequenzgenerator ausschließlich über den Kondensator und die Zuleitungen auf die Schweißstelle geschaltet ist, so daß - im Sinne der Erzielung eines kleinen Wellenwiderstandes des Belastungskreises - dieser Wellenwiderstand nur durch die Eigeninduktivität der Zuleitungen und durch die Kapazität des Kondensators gebildet ist.

Die vorgenannte bekannte Ausführung beruht offenbar auf dem Bestreben, den Hauptkreis, d.h. den Schweißtransformator oder Schweißumformer, gegen den Hochfrequenzgenerator zu schützen, und es ist anscheinend aus diesem Grunde die Aufgliederung des an den Hochfrequenzgenerator angeschlossenen Belastungskreises in zwei induktiv miteinander gekoppelte Kreise vorgesehen. Demgegenüber wurde die Erkenntnis gewonnen, daß ein solcher Schutz des Hauptkreises nicht notwendig ist, daß vielmehr die zugeführte Hochfrequenzenergie hier ganz unschädlich ist. Durch den einkreisigen Aufbau des Belastungskreises des neuen Zündgerätes und durch den dadurch bedingten Fortfall der Kopplungsdrossel und des zweiten Kondensators ist bei dem neuen Zündgerät eine wesentliche Verringerung des Aufwandes erreicht. Das Gerät wird schon durch den Fortfall der genannten Teile kleiner und leichter. Eine weitere Verkleinerung ergibt sich dadurch, daß auch der Funkengenerator kleiner gehalten werden kann, da wegen des einfacheren Aufbaus des Belastungskreises die Eigenverluste im neuen Zündgerät wesentlich geringer sind. Der einfache Aufbau des Zündgerätes erhöht wiederum die Betriebssicherheit, was für Schweißeinrichtungen mit ihrem verhältnismäßig rauhen Betrieb besonders bedeutungsvoll ist.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des neuen Zündgerätes in Verbindung mit einer Schweißeinrichtung.

Auf die Ausbildung der Schweißeinrichtung kommt es hier an sich nicht an; indes ist dem besseren Verständnis eine der möglichen Ausführungen bei 1 dargestellt. Der mit 2 bezeichnete Schweißtransformator der Schweißeinrichtung 1 ist primärseitig an das Netz 3 angeschlossen. Dies kann ein übliches Starkstromnetz sein, z.B. ein 50 Hz-Netz mit 380 Volt. Sekundärseitig ist der Schweißtransformator 2 über eine Regeldrossel 4, die zur stufenlosen Regelung des Schweißstromes dient, auf die Ausgangsklemmen 5 und 6 der Schweißeinrichtung 1 geschaltet. An diese Ausgangsklemmen ist über die beweglichen Anschlußleitungen 7 und 8 die aus der Schweißelektrode 9 und dem Werkstück 10 bestehende Schweißstelle angeschlossen.

Das bei 11 dargestellte Zündgerät ist im Ausführungsbeispiel als selbständige Einheit ausgebildet, die als Zusatzgerät an die Schweißeinrichtung 1 angesetzt werden kann. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Zündgerät 11 in die Schweißeinrichtung 1 von vornherein oder nachträglich einzubauen.

Der Hochfrequenzgenerator des Zündgerätes 11 ist im Ausführungsbeispiel als Funkengenerator ausgebildet; er besteht in an sich bekannter Weise aus dem primärseitig an das Netz 3 angeschlossenen kleinen Transformator 12 und aus der an diesen sekundärseitig angeschlossenen Reihenschaltung der Drossel 13 und des Kondensators 14 und aus der hierzu parallel geschalteten Funkenstrecke 15. Dieser Hochfrequenzgenerator ist über den Kondensator 16 auf die Ausgangsklemmen 17 und 18 des Zündgerätes geschaltet, die ihrerseits über die Leitungen 19 und 20 mit den Ausgangsklemmen 5 und 6 der Schweißeinrichtung 1 verbunden sind; die Verbindungsleitungen von der Funkenstrecke 15 bis zu den Ausgangsklemmen 17 und 18, ferner die Leitungen 19, 20, 7 und 8 bilden also die Zuleitungen, über die unter Zwischenschaltung des Kondensators 16 der Hochfrequenzgenerator mit der Schweißstelle 9, 10 verbunden ist.

Der Transformator 12 ist als Streutransformator gebaut derart, daß bei zunehmender Belastung seine Spannung abnimmt und nicht ausreicht, an der Funkenstrecke 15 einen unerwünschten, sich als Kurzschluß auswirkenden Lichtbogen zu bilden. Durch das mit zunehmender Belastung eintretende Absinken der Spannung des Transformators 12 wird außerdem das schnelle Löschen dr Funken in der Funkenstrecke 15 gefördert. Die Größe und die Streuung des Transformators 12 werden vorzugsweise so gewählt, daß selbst bei Kurzschluß der Sekundärstrom des Transformators nur wenige Milliampere beträgt. Der Strom bleibt also unter derjenigen Größe, die zu tödlichen Unfällen führen kann; das Zündgerät ist somit unfallsicher. Es kann daher das Zündgerät ohne weiteres, wie schon oben angegeben, als Zusatzgerät an die Schweißeinrichtung 1 außen angesetzt werden.

Die Funkenstrecke 15 ist als Löschfunkenstrecke gebaut.

Die Wirkungsweise des Zündgerätes 11 ist danach folgende:

Durch den Transformator 12 wird der Kondensator 14 aufgeladen, bis die Zündspannung der Löschfunkenstrecke 15 erreicht ist. Die aufgespeicherte Energie schwingt dann in dem durch die Teile 13, 14 und 15 gebildeten Erregerkreis mit der hohen, durch die Eigenfrequenz dieses Kreises bestimmten Frequenz aus. Dieses Spiel wiederholt sich während einer Halbwelle der Netzfrequenz einige hundertmal, so daß an den Ausgangsklemmen 17, 18 eine hochfrequente Energie zur Verfügung steht. Wird die Elektrode 9 dem Werkstück 10 genähert, so wird der Luftzwischenraum zwischen der Elektrode 9 und dem Werkstück 10 durch einen hochfrequenten Hilfsstrom überbrückt; die Zündung des Lichtbogens setzt ein.

Zum Zünden des Lichtbogens braucht die Schweißelektrode 9 als dem Werkstück nur genähert zu werden, sie muß es aber nicht berühren. Dadurch wird ein zeitraubendes und die Gleichmäßigkeit der Schweißnaht beeinträchtigendes Haften oder Kleben der Schweißelektrode 9 am Werkstück vermieden.

Beim Wechselstrom-Lichtbogenschweißen ohne Zündgerät mußte man sich bisher umhüllter oder ummantelter Schweißelektroden bedienen, um das Abreißen des Lichtbogens zu verhindern. Bei Anwendung des Zündgerätes können jedoch auch blanke Elektroden verarbeitet werden. Ferner lassen sich Werkstücke mit schlechter Passung und verhältnismäßig großen Luftspalten an der Schweißfuge und mit unübersichtlicher Stromzuführung durch das Werkstück zur Schweißfuge ohne Schwierigkeiten miteinander verschweißen.

Bei Benutzung des Zündgerätes ist der Schweißvorgang gegenüber dem normalen Wechselstrom-Schweißen nicht mehr knatternd hart, sondern trotz vorzüglicher Tiefenwirkung gleichmäßig weich. Die dadurch bedingte geringere Beanspruchung des Schweißenden erlaubt die Herstellung von Schweißnähten hoher Qualität.

Auch Gußeisen, rostfreier Stahl und Nichteisenmetalle können bei Anwendung des Zündgerätes mit Wechselstrom geschweißt werden.

Ein Ausgleich der Hochfrequenzenergie über die Schweißeinrichtung 1 wird durch die hohe Induktivität der Schweißeinrichtung, im Ausführungsbeispiel durch die Induktivität der Drossel 4 und der Sekundärwicklung des Transformators 2, gesperrt. Die Sperrwirkung der Schweißeinrichtung 1 ist unabhängig von ihrer Größe stets hinreichend; infolgedessen kann dieselbe Ausführung des Zündgerätes für Schweißeinrichtungen verschiedener Größe mit gleich guter Wirkung benutzt werden.

Das Zündgerät kann sehr klein ausgeführt werden, da für die erforderliche Wirkung eine Eingangsleistung von wenigen Watt ausreicht.

Das vollständige Zündgerät (Teile 12 bis 18) läßt sich so zusammenbauen, daß es in seiner Größe etwa der eines gewöhnlichen Elektrizitätszählers entspricht.

Um eine Störung des Rundfunkbetriebes zu vermeiden, ist die Frequenz des Erregerkreises 13 bis 15 so gewählt, daß sie oberhalb der Rundfunkfrequenzen liegt. Andererseits ist aber die Frequenz nicht so hoch gewählt, daß eine unerwünschte Ableitung des hochfrequenten Stromes über die Eigenkapazität der Zuleitungen eintreten kann, oder daß man dem Kurzwellenbereich zu nahe kommt.

Störungen des Rundfunkbetriebes lassen sich noch leichter vermeiden, wenn, was ebenfalls im Rahmen der Erfindung möglich ist, als Hochfrequenzgenerator ein kleiner Röhrengenerator benutzt wird; denn ein Röhrengenerator kann auf eine genau bestimmte einzige Frequenz eingestellt werden. Andererseits hat aber der beim Ausführungsbeispiel verwendete Funkengenerator den Vorteil eines sehr einfachen und dauerhaften Aufbaus. Störungen des Rundfunkbetriebes können auch bei ihm vermieden werden, und zwar durch die vorgenannten Maßnahmen.

Das neue Zündgerät ist nicht nur bei Wechselstrom-Lichtbogenschweißeinrichtungen sondern auch bei Schweißeinrichtungen verwendbar, die mit Gleichstrom arbeiten und z.B. mit einem umlaufenden Schweißumformer ausgerüstet sind.

Claims (4)

1. Hochfrequenz-Zündgerät für Lichtbogenschweißung, bei dem ein Hochfrequenzgenerator (z.B. ein Röhrengenerator oder vorzugsweise ein Funkengenerator) auf die aus Werkstück und Schweißelektrode bestehende Schweißstelle arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator über einen Kondensator (16) und die Zuleitungen unmittelbar, d.h. unter Vermeidung einer induktiven Kopplung, auf die Schweißstelle (9, 10), parallel zu dieser, geschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator ausschließlich über den Kondensator (16) und die Zuleitungen auf die Schweißstelle (9, 10) geschaltet ist, so daß - im Sinne der Erzielung eines kleinen Wellenwiderstandes des Belastungskreises - dieser Wellenwiderstand nur durch die Eigeninduktivität der Zuleitungen und durch die Kapazität des Kondensators gebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, bei Anwendung eines Funkengenerators, infolge entsprechender Wahl der Frequenz des Erregerkreises dieses Funkengenerators die von ihm hervorgerufene Strahlung in der Lücke zwischen dem Rundfunkbereich und dem Kurzwellenbereich liegt.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und die Streuung des Transformators (12) des Funkengenerators so bemessen sind, daß auch bei Kurzschluß der Sekundärstrom des Transformators ungefährlich ist.