DEP0041507DA

DEP0041507DA - High frequency ignitor for arc welding

Info

Publication number: DEP0041507DA
Authority: DE
Inventors: Erich Dr.-Ing. Bergmann
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Publication date: 1951-02-08

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.When welding with arc welding transformers, the arc tends to go out because the current drops to zero twice in each current period. The situation is made even more difficult by the fact that the arc has to overcome a considerably higher resistance with a positive electrode than with a negative electrode.

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.The proposal has long been known to eliminate the aforementioned difficulties by superimposing a high-frequency auxiliary current on the welding current. It is only recently that devices serving this purpose, referred to here as high-frequency ignition devices or, for short, ignition devices, have been practically implemented; They are structured as follows: A spark generator is used to generate the high-frequency energy, which is composed of a small transformer, a series connection of a choke and a capacitor and a spark gap connected in parallel. This spark generator works via a capacitor on the primary winding of a coupling reactor; its secondary winding is connected to the welding point consisting of workpiece and welding electrode via a second capacitor. In this embodiment, the load circuit connected to the spark generator is divided into two inductively coupled circuits.

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.In contrast, a significant simplification is achieved in the new ignition device in that, according to the invention, the high-frequency generator (e.g. spark generator or tube generator) is connected directly to the welding point, parallel to it, via a capacitor and the supply lines, i.e. avoiding inductive coupling. The arrangement is preferably made so that the high-frequency generator is connected exclusively to the welding point via the capacitor and the leads, so that - in the sense of achieving a small wave resistance of the load circuit - this wave resistance is only due to the self-inductance of the leads and the capacitance of the capacitor is formed.

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.The aforementioned known embodiment is apparently based on the endeavor to protect the main circuit, i.e. the welding transformer or welding converter, against the high-frequency generator, and it is apparently for this reason that the load circuit connected to the high-frequency generator is divided into two inductively coupled circuits. In contrast, the knowledge was gained that such protection of the main circuit is not necessary, that rather the high-frequency energy supplied is completely harmless here. Due to the single-circuit structure of the load circuit of the new ignition device and the consequent elimination of the coupling choke and the second capacitor, the new ignition device achieves a significant reduction in costs. The device becomes smaller and lighter by eliminating the parts mentioned. A further reduction in size results from the fact that the spark generator can also be kept smaller, since the inherent losses in the new ignition device are significantly lower due to the simpler structure of the load circuit. The simple structure of the ignition device in turn increases operational reliability, which is particularly important for welding devices with their relatively rough operation.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des neuen Zündgerätes in Verbindung mit einer Schweißeinrichtung.The drawing illustrates an embodiment of the new ignition device in connection with a welding device.

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.The design of the welding device is not really important here; however, one of the possible embodiments is shown at 1 for better understanding. The welding transformer, designated 2, of the welding device 1 is connected to the network 3 on the primary side. This can be a standard high-voltage network, e.g. a 50 Hz network with 380 volts. On the secondary side, the welding transformer 2 is connected to the output terminals 5 and 6 of the welding device 1 via a regulating choke 4, which is used to continuously regulate the welding current. The welding point consisting of the welding electrode 9 and the workpiece 10 is connected to these output terminals via the movable connecting lines 7 and 8.

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.The ignition device shown at 11 is designed as an independent unit in the exemplary embodiment, which can be attached to the welding device 1 as an additional device. There is of course also the possibility of installing the ignition device 11 in the welding device 1 from the start or afterwards.

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.The high-frequency generator of the ignition device 11 is designed as a spark generator in the exemplary embodiment; it consists in a manner known per se of the small transformer 12 connected on the primary side to the network 3 and of the series connection of the choke 13 and the capacitor 14 connected to it on the secondary side and of the spark gap 15 connected in parallel the output terminals 17 and 18 of the ignition device are switched, which in turn are connected via the lines 19 and 20 to the output terminals 5 and 6 of the welding device 1; the connecting lines from spark gap 15 to output terminals 17 and 18, furthermore the lines 19, 20, 7 and 8 thus form the supply lines via which the high-frequency generator is connected to the welding point 9, 10 with the interposition of the capacitor 16.

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.The transformer 12 is constructed as a leakage transformer in such a way that its voltage decreases with increasing load and is not sufficient to form an undesired arc at the spark gap 15 which acts as a short circuit. As the voltage of the transformer 12 drops as the load increases, the rapid extinction of the spark in the spark gap 15 is also promoted. The size and the spread of the transformer 12 are preferably chosen so that, even in the event of a short circuit, the secondary current of the transformer is only a few milliamperes. The current therefore remains below the level that can lead to fatal accidents; the ignition device is therefore accident-proof. As already stated above, the ignition device can therefore easily be attached to the outside of the welding device 1 as an additional device.

Die Funkenstrecke 15 ist als Löschfunkenstrecke gebaut.The spark gap 15 is built as a quenching spark gap.

Die Wirkungsweise des Zündgerätes 11 ist danach folgende:The mode of operation of the ignition device 11 is then as follows:

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.The capacitor 14 is charged by the transformer 12 until the ignition voltage of the quenching spark gap 15 is reached. The stored energy then oscillates in the excitation circuit formed by the parts 13, 14 and 15 at the high frequency determined by the natural frequency of this circuit. This game is repeated a few hundred times during a half-wave of the mains frequency, so that high-frequency energy is available at the output terminals 17, 18. If the electrode 9 approaches the workpiece 10, the air gap between the electrode 9 and the workpiece 10 is bridged by a high-frequency auxiliary current; the arc starts to ignite.

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.To ignite the arc, the welding electrode 9 only needs to be approached as the workpiece, but it does not have to touch it. This avoids time-consuming adhesion or sticking of the welding electrode 9 to the workpiece, which would impair the uniformity of the weld seam.

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.In the case of alternating current arc welding without an ignition device, previously covered or sheathed welding electrodes had to be used in order to prevent the arc from breaking off. When using the ignition device, however, bare electrodes can also be processed. Furthermore, workpieces with a poor fit and relatively large air gaps at the welding joint and with a confusing power supply through the workpiece to the welding joint can be welded to one another without difficulty.

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.When using the ignition device, the welding process is no longer cracklingly hard compared to normal AC welding, but rather evenly soft despite the excellent depth effect. The resulting lower stress on the weld end allows the production of high quality welds.

Auch Gußeisen, rostfreier Stahl und Nichteisenmetalle können bei Anwendung des Zündgerätes mit Wechselstrom geschweißt werden.Cast iron, stainless steel and non-ferrous metals can also be welded with alternating current when using the ignition device.

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.A compensation of the high-frequency energy via the welding device 1 is blocked by the high inductance of the welding device, in the exemplary embodiment by the inductance of the choke 4 and the secondary winding of the transformer 2. The blocking effect of the welding device 1 is always sufficient regardless of its size; As a result, the same design of the ignition device can be used for welding devices of different sizes with the same good effect.

Das Zündgerät kann sehr klein ausgeführt werden, da für die erforderliche Wirkung eine Eingangsleistung von wenigen Watt ausreicht.The ignition device can be made very small, since an input power of a few watts is sufficient for the required effect.

Das vollständige Zündgerät (Teile 12 bis 18) läßt sich so zusammenbauen, daß es in seiner Größe etwa der eines gewöhnlichen Elektrizitätszählers entspricht.The complete igniter (parts 12 to 18) can be assembled so that its size corresponds approximately to that of an ordinary electricity meter.

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.In order to avoid disturbance of the radio operation, the frequency of the excitation circuit 13 to 15 is chosen so that it lies above the radio frequencies. On the other hand, however, the frequency is not selected so high that an undesired discharge of the high-frequency current can occur via the self-capacitance of the supply lines, or that one comes too close to the shortwave range.

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.Disturbances in radio operations can be avoided even more easily if, which is also possible within the scope of the invention, a small tube generator is used as the high-frequency generator; because a tube generator can be set to a precisely defined single frequency. On the other hand, the spark generator used in the exemplary embodiment has the advantage of a very simple and durable structure. Disturbances in radio operations can also be avoided with him by the aforementioned measures.

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.The new ignition device can be used not only with alternating current arc welding devices but also with welding devices that work with direct current and are equipped, for example, with a rotating welding converter.

Claims

1. High-frequency ignition device for arc welding, in which a high-frequency generator (e.g. a tube generator or preferably a spark generator) works on the welding point consisting of workpiece and welding electrode, characterized in that the high-frequency generator via a capacitor (16) and the leads directly, ie below Avoidance of an inductive coupling to which the welding point (9, 10) is connected in parallel to this.

2. Device according to claim 1, characterized in that the high-frequency generator is connected exclusively via the capacitor (16) and the leads to the welding point (9, 10) so that - in the sense of achieving a small wave impedance of the load circuit - this wave impedance only is formed by the self-inductance of the supply lines and by the capacitance of the capacitor.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that, when using a spark generator, as a result of the appropriate choice of the frequency of the excitation circuit of this spark generator, the radiation caused by it lies in the gap between the broadcasting range and the shortwave range.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the size and the spread of the transformer (12) of the spark generator are dimensioned so that the secondary current of the transformer is harmless even in the event of a short circuit.