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Die Erfindung betrifft eine Gleichstromquellenanordnung für Lichtbogenschweissung bei der parallel zu einer Hauptgleichstromquelle einer herkömmlichen Stromquelle für Lichtbogenschweissung eine Zusatz- schweissstromquelle mit steuerbaren Halbleiterventilen geschaltet ist.
Unter einer herkömmlichen Stromquelle ist dabei vor allem eine solche zu verstehen, die einen im wesentlichen konstanten, jedoch einstellbaren, geglätteten Gleichstrom liefert. Es hat sich nun gezeigt, dass sich bei der Verarbeitung von Spezialschweisselektroden, insbesondere von solchen mit zellulose- haltiger Umhüllung, ein konstanter Gleichstrom ungünstig auswirkt. Es ist in diesem Falle vielmehr notwendig, bei einem Tropfenkurzschluss den durch die Elektrode und das Werkstück fliessenden Strom plötzlich nennenswert zu erhöhen, damit der von der Elektrode auf das Werkstück übergehende Metalltropfen flüssig bleibt.
Aus derartigen Überlegungen heraus schlägt bereits die GB-PS Nr. 1, 293, 350 vor, einen Energie- speicher in Form einer sehr grossen Kapazität oder eines Akkumulators über ein Ventil dem Schweisslicht- bogen parallelzuschalten, wobei die Spannung des Energiespeichers niedriger als die Lichtbogenspannung ist, so dass das Ventil nur bei Tropfenkurzschluss leitend wird und der Speicher, wie gewünscht, nur in diesem Fall einen Zusatzstrom liefert. Gemäss der GB-PS Nr. 1, 293, 350 dürfte dabei das Vorurteil vorliegen, dass der Zusatzstrom extrem steil und hoch ansteigen und deshalb der Energiespeicher eine weitgehend induktionsfreie Stromquelle, also eben ein Kondensator oder ein Akkumulator sein müsse.
Gemäss der FR-PS Nr. 2, 260, 415 wird ebenfalls, wie bei der GB-PS Nr. 1, 293, 350, als Zusatzstromquelle ein Akkumulator oder ein geladener Kondensator verwendet.
Durch die Anordnung gemäss der DE-AS 1185318 wurde bekannt, als Zusatzstromquelle einen ungesteuerten Gleichrichter zu verwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die mit der Verwendung sehr grosser Kapazitäten bzw. Kondensatoren oder eines Akkumulators verbundenen Unzukömmlichkeiten, wie begrenzte Lebensdauer, sowie Temperaturabhängigkeit bzw. Wartungsbedürftigkeit u. dgl. zu vermeiden, indem der Zusatzstrom einem mit entsprechend herabgesetzter Spannung transformatorisch oder generatorisch gespeisten Gleichrichter entnommen wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Gleichstromquellenanordnung für Lichtbogenschweissung der eingangs angeführten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz-Schweissstromquelle ein voll ausgesteuerter Halbleiterventilsatz mit mindestens einer dreiphasig als Schalter angesteuerten Halbleiterventilgruppe vorgesehen ist.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können insbesondere ohmsche Widerstände im Wechselstromkreis des gesteuerten Halbleiterventilsatzes geschaltet sein. Diese Widerstände begrenzen den Zusatzstrom auf einen vom Übergangswiderstand Elektrode-Werkstück beim Tropfenkurzschluss weitgehend unabhängigen Wert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können sowohl die Haupt-Schweissstromquelle als auch der an vorzugsweise eine Maschinenanzapfung der gemeinsamen dreiphasigen Wechselstromquelle angeschlossene Halbleiterventilsatz halbgesteuerte Halbleitergleichrichter-Brückenschaltungen sein, welchen beiden Brückenschaltungen eine vorzugsweise dreiphasige ungesteuerte Halbleiter-Ventilgruppe gemeinsam ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Einsparung von drei weiteren ungesteuerten Ventilen erreicht, weil die drei verwendeten Ventile für beide Gleichrichterbrücken gemeinsam sind.
Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung können zur Erhöhung der Impedanz der dreiphasigen Wechselstromquelle des schaltbaren zusätzlichen Halbleiterventilsatzes eine Vergrösserung der magnetischen Streuung oder zusätzliche zweipolige Schaltelemente, wie Drosselspulen, dienen.
Diese Massnahme stellt eine Alternative zu der Verwendung von ohmschen Widerständen dar und hat den gleichen Effekt, eine Unabhängigkeit des Zusatzstromes vom Übergangswiderstand Elektrode-Werkstück zu erreichen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine aus der genannten GB-PS Nr. 1, 293, 350 bekannte Anordnung, wobei --G2-- ein Kondensator oder Akkumulator ist, Fig. 2 zeigt eine Schaltung mit einem ungesteuerten Ventilsatz in der Zusatzbrücke, vergleichbar der Anordnung gemäss der DE-AS 1185318, während die Fig. 3 und 4 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
In den Fig. 1 und 2 stellt-Gi bzw. G-- symbolisch die Hauptschweissstromquelle (herkömmliche Gleichstrom-Schweissstromquelle) dar, während-G-in Fig. l den nach der GB-PS Nr. 1, 293, 350 zu
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verwendenden Energiespeicher, u. zw., wie erwähnt, in Form einer grossen Kapazität oder eines Akkumulators versinnbildlicht, dem ein Ventil-D--nachgeschaltet ist, über welches sich der eine kleinere Spannung als die Lichtbogenspannung besitzende Energiespeicher --G2-- immer nur beim Tröpfchenübergang entlädt.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung ist der Energiespeicher --G2-- und das Ventil --D-- durch eine von einer fixen, dreiphasigen Spannung R, S, t gespeisten Zusatz-Schweissstromquelle--Di bis D6-- in Drehstrombrückenschaltung ersetzt, dem ein den Strom begrenzender Widerstand --R-- nachgeschaltet ist.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Fig. 3 ist die Haupt-Schweissstromquelle eine regelbare Thyristorgleichrichterbrücke --Ty 1 bis Type-, deren Gleichstrom durch die Drossel-Dr-- geglättet wird.
Die Zusatz-Schweissstromquelle besteht hier aus einer sogenannten halbgesteuerten Drehstrombrücke mit
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können ebenso wie für die (unter der Lichtbogenspannung liegende) Gleichrichterspannung durch mit den jeweils zu verschweissenden Elektroden zu machende Schweissversuche günstige bzw. optimale Werte gefunden werden. Die Anordnung funktioniert in der Weise, dass beim normalen Schweissvorgang, d. h. wenn der Lichtbogen brennt, zwischen Elektrode und Werkstück etwa eine Lichtbogenspannung von 25 V ansteht. Fällt nun ein flüssiger Metalltropfen von der Elektrode auf das Werkstück, tritt für sehr kurze Zeit ein elektrischer Kurzschluss ein, wobei die Lichtbogenspannung auf Null absinkt.
In diesem Augenblick liefert die Zusatz-Schweiss stromquelle einen zusätzlichen, sich dem Strom aus der HauptSchweissstromquelle überlagernden Strom und hält damit den Metalltropfen in flüssigem Zustand. Eine Zusatzeinrichtung mit dieser Wirkung ist bei allen einfachen Schweissstromquellen mit Vorteil anwendbar, da diese nicht in der Lage sind, in der kurzen Zeit, die der Tropfenübergang dauert bzw. dauern darf, den Strom entsprechend rasch und hoch anzuheben. Der zusätzliche Strom wird also nur im Fall des Tropfenkurzschlusses geliefert, u. zw. insbesondere dann zu keiner andern Zeit, wenn der dank der Brückenschaltung verhältnismässig wenig wellige Leerlaufspannungsverlauf der Zusatz-Schweiss stromquelle durchwegs unterhalb der kleinsten in der Praxis vorkommenden Lichtbogenbrennspannung liegt.
Die Verwendung von steuerbaren Gleichrichterelementen in dieser Zusatzgleichrichterbrücke in Fig. 3 gestattet die beliebige Aus- und Einschaltung der Zusatzeinrichtung über eine die Lichtbogenspannung erfassende oder miterfassende Steuerelektronik. Daraus ergibt sich eine noch bessere Anpassungsmöglichkeit der Schweisseigenschaften der gesamten Einrichtung an die Wünsche des Anwenders. Die Wechselstrom- anschlüsse --R, S, T bzw. U, V, W-- in Fig. 3 werden von zwei galvanisch getrennten Wicklungen eines Transformators bzw. von getrennten Wicklungen auf einem Generator bzw. einem rotierenden Schweissumformer gespeist.
Fig. 4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine in wirtschaftlicher Hinsicht besonders günstige Schaltung, u. zw. ist hier sowohl die Haupt-SchweissstromqueIle als auch die Zusatz-Schweissstromquelle jeweils eine halbgesteuerte Drehstrom-Gleichrichterbrückenschaltung, wobei die
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--D1, D2, D3-- beidenDioden --D4 und Dus--sino Freilaufdioden. Die Drossel --Dr2-- dient zur Verlangsamung des Stromanstieges beim Tropfenkurzschluss. Der Widerstand --R-- hat dieselbe Funktion wie in Fig. 2. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch der vorzugsweise dreiphasigen Zusatz-Schweissstromquelle durch bauliche Massnahmen, also etwa durch Erhöhung der magnetischen Streuung, oder durch zusätzliche Schaltelemente, wie Drosselspulen, eine erhöhte Impedanz gegeben werden.
Der Haupt-Schweissstromquelle können statt nur eines einzigen auch mehrere Zusatz-Schweissstromquellen mit gleichen oder verschiedenen (gestaffelten) Leerlaufspannungen und gleichen oder verschiedenen Charakteristiken bzw. wechsel- oder gleichstromseitigen Impedanzen parallelgeschaltet werden.