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Verfahren und Schaltanordnung zum Lichtbogen-Schutzgasschweißen mit
abschmelzender Elektrode und erhöhter Stromdichte Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Lichtbogen-Schutzgasschweißen mit abschmelzender Elektrode, bei dem durch eine
Stromdichte oberhalb eines kritischenBereiches ein sprühregenartiger, kurzschlußfreier,
in der Elektrodenlängsachse gerichteter Schweißgutübergang erreicht wird, sowie
eine Schaltanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. Sie bezweckt die Verringerung
der hohen Abschmelzgeschwindigkeit des Elektrodenmaterials und der hohen Energieabgabe
an die Schweiße, wie sie bisher bei solchen Lichtbogenschweißungen auftrat.
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Ein axialer Sprühübergang von Schweißmetall, wie er im allgemeinen
erwünscht ist, tritt bei einer Metall-Lichtbogenschweißung in einer inerten Gasatmosphäre
auf, wenn der Schweißstrom bzw. die Schweißstromdichte einen gewissen kritischen
Bereich überschreitet. Bei diesem Strom wächst die Zahl der Schmelztropfen plötzlich
an, wobei ihre Größe gleichzeitig geringer wird und sie von dem Ende der Elektrode
aus in axialer Richtung herausgeschleudert werden und einen axialen Sprühstrahl
bilden. Sprühbögen sind stabiler als Bögen, die bei Strömen unterhalb des kritischen
Bereiches arbeiten. Bei diesen Strömen geht das Schweißgut häufig großtropfig und
ungerichtet über; es entstehen Kurzschlüsse in dem Bogen, und das Schweißmetall
wird verspritzt.
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Bei dem Sprühbogen wird das Schweißgut auch dann noch in Richtung
der Elektrodenlängsachse übertragen, wenn diese einen Winkel mit dem Werkstück einschließt.
Die Stabilität des Bogens und die geringe Größe der Tropfen bilden einen großen
Vorteil, da die Tropfen leicht auf eine horizontale Kehlnaht oder auf eine überkopfnaht
gerichtet werden können. Die Konzentration der Energie in dem mittleren Bereich
des Bogens und die kinetische Energie der in das Schmelzbad einschlagenden Metalltropfen
bewirkene einen tiefen Einbrand. Dieses letztere Merkmal ist jedoch für eine Zwangslagenschweißung
nicht immer wünschenswert, da das durch axiales Sprühen bei hohen Stromdichten gebildete
überhitzte Schweißmetall zu flüssig ist, um sich selbst zu halten; folglich ist
die Führung des Schweißbades schwierig. Weiter ist die Anwendung von Sprühbögen
bei derartig hohen Stromdichten durch die hohe Energieabgabe an die Schweiße auf
die Schweißung dicker Querschnitte beschränkt. Es ist schwierig, wenn nicht unmöglich,
dünne Teile zu schweißen, ohne daß Löcher entstehen.
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Der kritische Stromstärkebereich, bei dessen überschreitung der Sprühübergang
.erfolgt, kann durch geeignete Beeinflussung einer Anzahl von Variablen abgewandelt
werden. Die wichtigsten Variablen sind: die Zusammensetzung und der Durchmesser
der Elektrode, die über den Stromkontakt hinausstehende Länge der Elektrode, in
einigen Fällen die Art und das Ausmaß der Elektrodenaktivierung sowie die Elektrodenpolarität.
Die Verringerung des Elektrodendurchmessers und die Vergrößerung der über den Stromkontakt
hinausstehenden Länge beschränken praktisch die Verwendung dieser Variablen. Die
Änderung der freien Länge und des Durchmessers der Elektrode kann weiter nicht zu
einer Verringerung der Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode führen, denn obwohl
der kritische Strombereich dabei niedriger ist, verringert das Anwachsen der Widerstandsheizung
des vorstehenden Endes nicht die Elektrodenabschmelzgeschwindigkeit.
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Es ist schon bekannt, in solchen Fällen, wo ein negativ gepoltes Werkstück
zwar erwünscht (z. B. bei Leichmetallschweißung) ist, die Erwärmung der nichtabschmelzenden
Elektrode jedoch beschränkt werden soll, mit pulsierendem Strom zu schweißen, indem
einem Gleichstrom mit positiv gepoltem Werkstück ein pulsierender Strom mit entgegengesetzter
Polarität überlagert wird. Diese Maßnahme steht jedoch nicht
in
Zusammenhang mit einem Sprühübergang des Schweißgutes.
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Weiter ist bekannt, beim sogenannten -Tippschweißen mit abschmelzender
Elektrode unter Schutzgas (insbesondere Kohlendioxyd) das Elektrodenende periodisch
durch den übergehenden Schmelztropfen in Kontakt mit dem Werkstück zu bringen. Dadurch
entstehen periodische Kurzschlüsse, und infolgedessen bildet sich auch zwangläufig
ein pulsierender Schweißstrom aus, so daß wegen der geringeren Energieaufnahme das
Schweißbad klein und verhältnismäßig kühl bleibt. Aber von Sprühübergang ist auch
hier keine Rede.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Schweißstrom dem Lichtbogen in
Form von Impulsen mit einstellbarem zeitlichem Abstand voneinander zugeführt wird,
während der zwischen den Schweißstromimpulsen fließende Strom auf einen Wert eingestellt
ist, der lediglich den Lichtbogen aufrechterhält und allenfalls das Elektrodenende
- ohne Schweißgutübergang - schmilzt.
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Eine zweckmäßige Ausbildung besteht darin, daß der Haltestrom zwischen
den Impulsen ein Gleichstrom ist und daß ihm Stromimpulse gleicher Polarität überlagert
werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Überlagerungsimpulse aus gleichpoligen
Halbwellen eines Einphasen-Wechselstromes bestehen. Zweckmäßig haben dabei die Impulse
einen Abstand voneinander, der einer ganzen Zahl von Wellen des Wechselstromes entspricht.
Vorzugsweise haben die Schweißstromimpulse eine Frequenz von 24 bis 40 Hz.
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Eine zweckmäßige Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
ist gekennzeichnet durch Wechselstromversorgungsleitungen, einen Schweißkreis, eine
Zweiwegegleichrichterbrücke mit Eingangsklemmen für den Wechselstrom, die mit den
Wechselstromversorgungsleitungen verbunden und mit Gleichstromausgangsklemmen versehen
ist, die mit dem Schweißkreis verbunden sind, einem Paar von selbstsättigenden Drosseln,
von denen jede eine Lastkreisspule und eine Flußrückstellwicklung aufweist, die
einen Kern aus magnetischem Material mit einer im wesentlichen rechteckigen Hysteresisschleife
umgeben, und deren Lastkreisspulen in je einen der . Eingangskreise der Gleichrichterbrücke
eingeschaltet sind, einen Flußeinstellkreis für jede der Drosseln mit einem Widerstand
und einem Gleichrichter, deren Reihenschaltung in Reihe mit der Lastkreisspule der
jeweiligen Drossel an den Eingangsklemmen der Gleichrichterbrücke anliegt, wobei
jeder der beiden Gleichrichter so gepolt ist, daß ein Strom durch die zugeordnete
Drossellastkreisspule in der gleichen Richtung wie der als Folge ihrer Verbindung
mit dem Gleichrichterbrückenkreis fließende Strom fließt, und Mittel zur Erregung
der Rückstellwicklungen der sättigbaren Drosseln während diskreter vorbestimmter
Zeiträume nach jeder Flußeinstellperiode des Stromes in den Lastkreisspulen der
sättigbaren Drosseln, um zu verhindern, daß ein Strom durch die Gleichrichterbrücke
zu dem Schweißkreis fließt, und um wenigstens eine der Rückstellwicklungen während
der Zeitintervalle zwischen den diskreten Zeiträumen nicht zu erregen, damit ein
Stromimpuls durch die Gleichrichterbrücke zu dem Schweißkreis fließen kann.
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Es ist vorteilhaft, daß die Schweißstromimpulse durch die Gleichrichterbrücke
zum Schweißkreis von den Wechselstromversorgungsleitungen während Halbwellen des
WechseIsttomes fließen, die zeitlich durch eine oder mehrere volle Wellenperioden
voneinander getrennt sind.
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Eine zweckmäßige Ausbildung der Schaltungsanordnung ist gekennzeichnet
durch Mittel, die durch die diskreten elektrischen Impulse während deren Perioden
betätigt werden, um die Rückstellwicklungen der sättigbaren Drosseln nach jeder
Flußeinstellperiode des Stromes in den Lastkreisspulen der sättigbaren Drosseln
zu erregen und um die Rückstellwicklungen während der Zeitperioden zwischen den
elektrischen Impulsen nicht zu erregen.
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Gemäß der Erfindung wird der Schweißstrom also dem Bogen in Form von
diskreten Impulsen, anstatt wie bisher kontinuierlich zugeführt. Die Amplitude des
Impulsstromes wird größer als der kritische Strombereich gemacht, um so einen axialen
Sprühübergang von Schweißmetall hervorzurufen. Die effektiven und mittleren Stromwerte
sind dagegen geringer als die kontinuierlich zugeführten, oberhalb des kritischen
Bereiches liegenden Ströme, welche bisher zur Bildung eines axialen Sprühüberganges
von Schweißmetall verwendet wurden. Somit werden die Schmelzgeschwindigkeit der
Elektrode und die Energieabgabe an das Werkstück dadurch verringert, daß die ein
Sprühen hervorrufenden hohen Stromwerte nur während eines Teiles der Gesamtbetriebszeit
des Schweißbogens herrschen. Der Stromfluß während jedes Impulses kann durch die
Impulsspannung, durch die Verwendung einer überlagerten Bogenzündspannung oder dadurch
ausgelöst werden, daß der Bogen durch einen Haltestrom aufrechterhalten wird, der
ausreicht, um den Bogen in Gang zu halten, ohne daß Schweißgut von der Elektrode
auf das Werkstück übergeht. Hierzu muß die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden, ein
Sprühen hervorrufenden Stromimpulsen so kurz sein, daß sich kein Schmelztropfen
am Elektrodenende bilden und in dem Bogen relativ geringen Stromes übergehen kann.
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Wenn es jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen erwünscht ist,
eine tiefe Durchschweißung mit einem Hochstrombogen zu erhalten, während aber ein
Anwachsen der Elektrodenabschmelzgeschwindigkeit vermieden werden soll, dann kann
der mittlere oder effektive Wert des Impulsschweißstromes auch oberhalb des kritischen
Bereiches liegen. Auch kann der Haltestrom zwischen den Impulsen so groß sein, daß
die Elektrodenenden geschmolzen werden; jedoch soll er nicht so groß werden, daß
geschmolzenes Elektrodenmetall auf das Werkstück übergeht. Die Größe der Stromimpulse
kann somit dadurch verringert werden, daß das Elektrodenende schon in den Impulszwischenräumen
vorgeschmolzen wird.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise
beschrieben; in dieser zeigt Fig.1 eine typische Wellenform des Impulsstromes, wie
er gemäß der Erfindung verwendet werden kann, Fig. 2 das Rückstellungs- und Leitungsschema
eines magnetischen Verstärkers, der von einer Wechselstromquelle gespeist wird und
einen Impulsstrom mit einer Impulsfolge von 40 Hz liefert, Fig.3 ein Blockschaltbild
der Hauptbestandteile eines Impuls-Energiesteuergerätes mit dem magnetischen Verstärker
zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und Fig. 4 das ins einzelne gehende
Schaltbild der in dem Blockschaltbild in Fig. 3 dargestellten Bestandteile.
Der Effektivwert des Stromes durch die Elektrode ist bei 5 dargestellt,
er entspricht der Summe aus der Wurzel des mittleren Stromwertquadrates und dem
Wert des Haltestromes. Nach Fig. 1 hat der Haltestrom einen im wesentlichen konstanten
Wert von ungefähr 34 Ampere; der Effektivwert des Schweißstromes beträgt etwa 84
Ampere. Während jedes Stromimpulses gibt es ein Intervall, in dem der Schweißstrom
den kritischen Bereich von ungefähr 224 Ampere überschreitet und folglich einen
axialen Sprühübergang geschmolzenen Metalls von der Elektrode auf das Werkstück
bewirkt. Bei der Bestimmung der Schweißbedingungen nach Fig. 1 wurde eine Flußstahlelektrode
mit einem Durchmesser von 0,115 cm (0,045 inch) bei einer Bogenlänge von 0,65 cm
(1/4inch) unter einer Schutzgasatmosphäre von Argon mit 1.0/a Sauerstoff verwendet,
wobei die Elektrode 1,9 cm (3/4 Inch) über den Stromkontakt vorstand.
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Wie oben ausgeführt, hängt die Schmelzgeschwindigkeit in erster Linie
vom Strom ab. Sie wird durch den Durchmesser, die freie Länge und den spezifischen
Widerstand der Elektrode beeinfußt. Weil der Strom einen größeren Einfuß auf die
spezifische Widerstandswirkung der Schmelzgeschwindigkeit hat, ist die Änderung
der Schmelzgeschwindigkeit bei Stahlelektroden größer als bei Aluminiumelektroden,
wenn Impulse verwendet werden. In der Tabelle sind einige Daten angegeben, um die
möglichen Verringerungen der Schmelzgeschwindigkeiten bei Verwendung von Impulsen
unter Aufrechterhaltung des Sprühüberganges darzustellen.
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Die Zuführung der Energie in Form von Impulsen hat große Bedeutung
bei der Schweißung von Metallen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. von
rostfreien Stählen, sehr festen Stählen, Monelmetall u. dgl. So wurde eine überkopf-Nahtschweißung
unter einer Schutzgasatmosphäre von Argon mit 1% Sauerstoff in 1,6 mm (1/16 Inch)
rostfreiem Stahlblech mit einer Elektrode aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser
von 0,9 mm (0,035 Inch) unter Verwendung eines Bogenstromes mit vierundzwanzig Impulsen
je Sekunde mit einem Effektivwert von 160 Ampere hergestellt. Die Vorschubgeschwindigkeit
der Elektrode betrug 3,32 m (131 inch) je Minute. Weiter wurde in 1,6 mm (1/16 inch)
dickem rostfreiem Stahl mit einer 0,9 mm (0,035 inch) dicken Elektrode aus rostfreiem
Stahl eine senkrechte Nahtschweißung bei einem Bogenstrom von vierundzwanzig Impulsen
je Sekunde mit einem Effektivwert von 90 Ampere unter einer Schutzgasatmosphäre
von Argon mit 10/a Sauerstoff hergestellt. In diesem Fall betrug der Elektrodenvorschub
2,08 m (82 Inch) je Minute. Weiter wurde eine quadratische Stumpfnahtschweißung
unter einer Schutzgasatmosphäre von Argon mit 1% Sauerstoff an rostfreiem, 1,6 mm
(1/16 inch) dickem Stahlblech mit einer Elektrode aus rostfreiem Stahl mit einem
Durchmesser von 1,6 mm (0,062 Inch) bei einem Bogenstrom von vierzig Impulsen je
Sekunde mit einem Effektivwert von 135 Ampere hergdstellt. In diesem Fall betrug
die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 1,3 m (50 roch) je Minute.
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Um die Tropfenbildung bei einer Impuls-Energieversorgung zu studieren,
wurden Zeitlupenaufnahmen mit 4000 Bildern je Sekunde aufgenommen; dabei i wurde
eine Flußstahlelektrode von 1,15 mm (0,045 inch) Durchmesser verwendet, während
die Schweißung unter einer Schutzgasatmosphäre von Argon mit 1% Sauerstoff erfolgte.
Es wurde gefunden, daß die Impulsfolgen von fünfzehn, vierundzwanzig, dreißig und
vierzig je Sekunde die gleichen Übergangseigenschaften haben. Wenigstens ein Sprühtropfen
wird im kritischen Stromstärkebereich je Impuls übertragen, wenn der Spitzenstrom
hoch genug ist oder, genauer, wenn die Wellenform des Stromes die richtige Form
hat. Dieser Einfuß der Stromwellenform wird auf einen kritischen Strom-Zeit-Faktor
zurückgeführt, der zur Bildung und Überführung eines Tropfens erforderlich ist.
Die Filme zeigten, daß die Bildung und die Loslösung eines Tropfens in ungefähr
0,002 Sekunden erfolgt. Bei hohen Amplitudenwerten wurde mehr als ein Tropfen erzeugt
und übertragen. Die gebildete Anzahl war im allgemeinen für einen gegebenen Werkstoff
bei den gleichen Arbeitsbedingungen die gleiche.
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Der Sprühübergang von Metall verläuft synchron mit den Stromimpulsen,
wobei jedem Impuls ein Tropfen zugeordnet ist. Bei einer Einstellung der Betriebsbedingungen
auf fünfzehn Doppelimpulse je Sekunde, d. h. zwei aufeinanderfolgende Halbwellen
eines 60-Hz-Stromes je Sekunde, ergab sich jedoch folgendes: Der erste Impuls des
Paares übertrug einen Sprühtropfen aus Metall, während der zweite Impuls nicht genügend
Kraft hatte, um die Übertragung eines weiteren Tropfens zu bewirken. Der zweite
Tropfen schnürte sich zusammen, wurde aber noch durch eine kleine Säule flüssigen
Metalls an der Elektrode festgehalten. Nachdem der Impuls vorüber war, schnappte
der Tropfen zurück, als wenn er durch ein Gummiband befestigt wäre. Es ist möglich,
daß die den Tropfen zurücktreibende Kraft auf der Oberflächenspannung des geschmolzenen
Metalls beruht.
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Viele Schaltanordnungen können verwendet werden, um einem Schweißbogen
gemäß der Erfindung Impulsenergie zuzuführen. In den Fig. 3 und 4 ist eine derartige
Schaltanordnung dargestellt. Fig.4 stellt das Schaltbild im einzelnen dar, während
in Fig. 3 ein Blockschaltbild die Anordnung der Hauptbestandteile veranschaulicht.
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Nach Fig. 3 wird ein Strom durch einen Transformator 10 einem Schweißlichtbogen
zwischen einer Elektrode 6 und einem in einen Schweißstromkreis 8, 9 geschalteten
Werkstück 7 zugeführt. Der Transformator 10 wird über Leitungen 11 von einer Spannungsquelle
gespeist, die eine Ei.nphasen-Sinusspannung von 460 Volt mit einer Frequenz von
60 Hz liefert. Ein Haltestrom, der zwar ein Schmelzen, der Elektrode, aber nicht
einen Übergang von geschmolzenem Elektrodenmetall rauf das Werkstück bewirken -kann,
wird durch ein von dem Leistungstransformator 10 über Leitungen 13 gespeistes Schaltelement
12 des Systems an den Schweißbogen angelegt. Dieser Haltestrom wird über
Leitungen 14 und 15 durch das Schaltelement 12 an den Schweißstromkreis 8, 9 angelegt.
Ein axialer Sprühübergang des Schweißmetalls von der Elektrode auf das Werkstück
erfolgt dadurch, daß den Schweißstromkreisleitungen und dem Schweißbogen aus dem
Leistungstransformator 10 über ein mit einem Zweiwegegleichrichtungselement 17 in
Reihe geschaltetes Zweiwegeleistungsdrosselelement 16 Stromimpulse zugeführt werden.
Das Element 16 ist ein magnetischer Verstärker, dessen Leitfähigkeit durch die Ausgangsgröße
eines Transistor-Stromverstärkungselements 18 gesteuert wird und der durch eine
Stromversorgung 19 mit einer 60-Hz-Spannung von 115 Volt gespeist
und
seinerseits durch ein elektronisches Impulsgeneratorelement 20 gesteuert wird, das
ebenfalls von dieser Stromversorgung gespeist wird. Die elektrischen Steuerimpulse
des elektronischen Impulsgenerators 20 sind mit der Ausgangsspannung des Leistungstransformators
10 mittels einer Verbindung 21 synchronisiert.
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Das System besitzt somit Mittel, um einen so großen Haltegleichstrom
an einen Schweißstromkreis anzulegen, daß zwischen der schmelzbaren Elektrode 6
und einem in den Schweißstromkreis 8, 9 eingeschalteten Werkstück 7 ein Lichtbogen
aufrechterhalten wird, ohne daß ein Übergang von geschmolzenem Elektrodenmetall
auf das Werkstück erfolgt. Weiter weist .das System Mittel auf, um dem Schweißstromkreis
und dem Lichtbogen Stromimpulse mit einem bestimmten Abstand voneinander zuzuführen,
deren Polarität der Polarität der Haltegleichstrom-Versorgungsmittel entspricht
und deren Amplitude zuzüglich des Haltestromes einen solchen Wert hat, daß .eine
Schmelzung der Elektrode bei Stromdichten erfolgt, die einen Sprühübergang von Metall
von der Elektrode auf das Werkstück bewirken. Die Stromimpulse werden während Halbwellen
des Wechselstromes geliefert. Sie haben einen einer vorbestimmten Anzahl von Halbwellen
dieses Wechselstromes entsprechenden Abstand voneinander, der durch die Schaltwirkung
der Leistungsdrosselanordnung hervorgerufen wird. Diese Schaltwirkung wird über
den Transistor-Stromverstärker durch den elektronischen Impulsgenerator gesteuert,
der mit der Wechselspannung synchronisiert ist.
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In Fig. 4 sind die Elemente der Fig. 3 durch zusätzliche Bezugszahlen
gekennzeichnet. Der Leistungstransformator 22 für konstante Spannung besitzt eine
Primärwicklung 23 und zwei Sekundärwicklungen 24 und 25. Die Sekundärwicklung 25
dieses Leistungstransformators liefert den Haltestrom für den Schweißbogen. Sie
ist über eine Strombegrenzungs-Reihendrossel 26 an die Eingangsklemmen einer Zweiweg
egleichrichterbrücke 27 angelegt, deren Ausgangsklemmen über einen Glättungskreis
28 und Leitungen 29 und 30 an die Schweißstromkreisleitungen 31 und 32 angelegt
sind, in die die Elektrode 33 und das Werkstück 34 hinterem- . ander eingeschaltet
sind. Der Glättungskreis 28 ist vorgesehen, um die Ausgangswelligkeit des Gleichrichters
27 auf einen erträglichen Wert zu verringern. Dieser Kreis weist eine Drossel 35
auf, die durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 36 und eines Gleichrichters
37 überbrückt ist. Der Gleichrichter 37 ist so gepolt, daß er die Drossel 35 entlädt.
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Die Sekundärwicklung 24 des Transformators 22 für konstante Spannung
weist Abgriffe 38 auf, welche zur Veränderung der Amplitude der Stromimpulse verwendet
werden. Diese Impulse werden über einen magnetischen Verstärker und eine Gleichrichterbrücke,
die miteinander und mit dem Schweißstromkreis 31, 32 in Reihe an die Ausgangsklemmen
dieser Sekundärwicklung geschaltet sind, an den Schweißbogen angelegt. Der magnetische
Verstärker besteht aus einem Paar von selbstsättigenden Drosseln 39 und 40. Von
diesen hat jede eine Lastkreiswicklung 41 bzw. 42 und eine Flußrückstellwicklung
43 bzw. 44. Sie sind um Kerne 45 bzw. 46 aus. magnetischem Material mit einer im
wesentlichen rechteckigen Hysteresisschleife herumgewickelt. Wie aus der folgenden
Beschreibung hervorgeht, wird die Erregung der Rückstellwicklungen 43 und 44 der
Drosse139 bzw. 40 gesteuert, damit die besonderen Halbwellen des Wechselstromes
ausgew'ä'hlt werden; während derer jede Drossel leitet. Die Lastkreisspulen 41 und
42 dieser Drosseln 39 und 40 sind je in eine der Wechselstromeingangsleitungen der
Gleichrichterbrücke mit den Gleichrichtern 47, 48, 49, 50 eingeschaltet. Die Drossel
40 steuert die positiven Halbwellen des Wechselstromes des Schweißbogens, während
die Drossel 39 die negativen Halbwellen der Stromversorgung des Schweißbogens steuert.
Die Gleichrichterbrücke 47, 48, 49, 50 führt diese positiven und negativen Halbwellen
des Wechselstromes dem Lichtbogen mit der gleichen Polarität wie die durch den oben
beschriebenen Haltekreis gelieferte Spannung zu. Der Schweißbogen und die Schweißkreisleitungen
31, 32 werden an die Ausgangsklemmen dieser Gleichrichterbrücke angelegt. Die Drosseln
und der Brückenkreis, durch den die Stromimpulse an den Lichtbogen angelegt werden,
können als eine Einheit betrachtet werden, die aus einer zwischen die Wechselstromleitungen
51 und 52 und die Schweißkreisleitungen 31, 32 geschalteten magnetischen Verstärkungs-Zweiwebbrücke
besteht. Die Wechselstromleitung 51 ist über einen Abgriffschalter, wie dargestellt,
mit einem der Ab-
griffe 38 an :einem Ende der Sekundärwicklung 24 des Leistungstransformators
22 verbunden, während die Leitung 52 mit der Klemme an dem anderen Ende dieser Wicklung
verbunden ist.
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Die Drosseln 39 und 40 sind selbstsättigend. Wenn ein Halbwellenstrom
durch ihre Lastkreis:spulen 41 und 42 fließt, werden die Kerne 45 und 46 in die
positive Sättigung verschoben. Während der nächsten Halbwelle verschieben die Rückstellwicklungen
43 und 44 den Fluß in den Drosselkernen aus der positiven Sättigung herab auf einen
Flußwert, der durch das Rückstellspannungs-Zeit-Integral bestimmt ist. Dieser Flußwert
in den Kernen bestimmt den Betrag des Spannungs-Zeit Integrals, welches bei der
nächsten Halbwelle aufgenommen wird, wenn ein Strom durch die Lastkreisspule dieser
Drosseln fließt. Wenn die Drosseln ein weiteres Anwachsen an Volt-Sekunden nicht
mehr aufnehmen können, sind sie gesättigt, wodurch sie eine geringe Reihenimpedanz
bekommen, so daß ein maximaler Strom durch die Lastkreisspule fließen kann. Durch
geeignete Wahl der Rückstell-Volt-Sekunden kann, das Leitungsstadium der Drossel
bei irgendeinem Winkel in dem 180°-Bereich der angelegten Spannung liegen. In dieser
Hinsicht ist die Wirkung ähnlich wie die einer Thyratron-Gasröhre.
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Um eine Schaltwirkung zu erhalten., sollten die Eisenkerne der Drosseln
eine im wesentlichen rechteckig geformte Hysteresisschleife haben, wie sie z. B.
bestimmte Nickel-Eisen-Legierungen aufweisen. Zufriedenstellende Ergebnisse werden
jedoch auch durch Verwendung eines Drosselkerns großen Querschnittes aus einem angeschnittenen
Band von Siliziumstahl mit ausgerichtetem Korn erzielt. Die Kosten eines derartigen
Kernes sind erheblich geringer; allerdings schaltet dieses billige Kernmaterial
nicht so schnell und rundet die Impulse etwas ab.
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Der Strom durch die Rückstellwicklungen 43 und 44 der Drosseln 39
und 40 wird durch einen Transistor-Stromverstärker mit Transistoren 53 und 54 gesteuert.
Die Leitfähigkeit des Transistors 53 wird durch eine über Leitungen 55 und 56 von
einem
elektrischen. Impulsgenerator gelieferte Eingangsgröße gesteuert.
Der-elektrische Impulsgenerator ist in der Zeichnung oben dargestellt; er wird weiter
unten beschrieben. Dieser Transistor 53 steuert seinerseits die Leitfähigkeit des
Transistors 54, der in einem Kreis liegt, in dem auch die beiden Rückstellwicklungen
43 und 44 der Drosseln. 39 und 40 liegen. Diesen Wicklungen
wird ein Strom über einen Rückstellspannungstransformator 57 mit einer Primärwicklung
58 zugeführt, :die mit der Sekundärwicklung 24 :des Transformators 22 über eine
Leitung 52 und Leitungen 59 und 51 verbunden ist. Eine Klemme der Sekundärwicklung
60 des Rückstellspannungstransformators 57 ist über einen Gleichrichter 61, einen
Strombegrenzungswiderstand 62, die Rückstellwicklung 43 und den Transistor 54 mit
ihrem Mittelabgriff verbunden, während die andere Klemme dieser Wicklung 60 über
einen Gleichrichter 63, einen Strombegrenzungswiderstand 64, die Rückstellwicklung
44 und den Transistor 54 mit demselben Mittelabgriff verbunden ist.
Der Gleichrichter 61 ist so gepolt, daß ein Strom durch die Wicklung 43 fließen
kann, wenn der durch die Lastkreiswicklung 41 fließende Strom durch die Gleichrichter
49 und 50 der Lastkreis-Gleichrichterbrücke gesperrt ist, während der Gleichrichter
63 so gepolt ist, .daß ein Strom durch die Steuerwicklung 44 fließen kann, wenn
der durch die Lastkreisspule 42 der Drossel 40 fließende Strom durch die Gleichrichter
47 und 48 der Lastkreis-Gleichrichterbrücke gesperrt ist. Somit kann der Fluß in
den Kernen der Drossel 39 und 40 während ihrer nichtleitenden Perioden
durch einen gesteuerten Strom über die mit diesen Drosseln verbundenen Rückstellwicklungen
43 bzw. 44 zurückgestellt werden.
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Wenn :der Schweißkreis offen ist, kann kein Strom durch die Lastkreisspulen
41 und 42 der Drosseln 39 und 40 fließen. Folglich bauen die Lastkreiswicklungen
43 und 44 auf Grund wiederholter Erregung den Fluß in den Kernen 45 und 46 dieser
Drosseln bis zur Sättigung auf; dadurch würde jedoch ein übermäßiger Strom in den
Steuerwicklungskreisen fließen, was die Transistoren 53 und 54 beschädigen würde.
Um das. zu verhindern, ist jeder Lastkreis mit seinem eigenen Flußeinstellkreis
versehen, so daß ein Strom durch die Lastkreisspule fließen kann, um den Fluß nach
jeder durch Erregung der Rückstllwicklungen 43 und 44 bewirkten Flußrückstellungsperiode
einzustellen. Der Flußeinstellkreis für die Drossel 39 weist einen Gleichrichter
.65 und einen Strombegrenzungswiderstand 66 auf; diese Schaltelemente sind miteinander
und mit der Lastkreisspule 41 der Drossel 39 in Reihe geschaltet. Sie liegen an
den Wechselstrom-Eingangsklemmen der Leistungs-Gleichrichterbrücke. Der Flußeinstellkreis
für die Drossel 40 weist einen Gleichrichter 67 und einen Strombegrenzungswiderstand
68 auf: diese Schaltelemente sind in Reihe miteinander und mit der Lastkreisspule
42 dieser Drossel geschaltet. Sie liegen an den Wechselstrom-Eingangsklemmen der
Leistungs-Gleichrichterbrücke an. In jedem Fall sind die Gleichrichter 65 und 67
so gepolt, daß ein Strom ;durch die zugeordnete Lastkreisspule in derselben Richtung
fließen kann wie der Strom, der auf Grund ihrer Verbindung mit dem Leistungs-Gleichrichterbrückenkreis
fließt. Somit fließt nach jeder Erregung einer Rückstellwicklung zur Rückstellung
des Flusses in dem Kern einer Drossel ein Strom durch ihre Lastkreisspule in einer
solchen Richtung, daß der Fluß darin eingestellt wird, unabhängig davon, ob der
Schweißkreis offen oder geschlossen ist.
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Der in Fig. 4 oben dargestellte elektronische Impulsgenerator weist
ein kathodengekoppeltes Phantastron auf, dessen Pentode mit 69 bezeichnet ist. Zur
Linken dieser Pentode liegen die Stromkreise zur Synchronisierung mit der Spannung
der Sekundärwicklung 24 des Leistungstransformators 22, während zur Rechten die
Kreise liegen, durch welche die rechteckige Steuerspannung ihres Schirmgitters dazu
verwendet wird, eine Steuerspannung zwischen die Basis und den Kollektor des Transistors
53 zu legen; dadurch wird dessen Leitfähigkeit und folglich die Erregung der Rückstellwicklungen
43 und 44 der Drosseln 39 und 40 über den Transistor 54 gesteuert. Das Phantastron
ist ein Kipposzillator, der mittels des sogenannten Miller-Kippgenerators eine lineare
Zeitwelle erzeugt. Seine rechteckige Ausgangsspannung ist eine lineare Funktion
der Eingangssteuerspannung; er wird wegen der Genauigkeit seiner linearen Zeiteinstellung
verwendet.
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Die Synchronisationsspannung des Phantastrons entsteht dadurch, daß
die Primärwicklung 70 eines Transformators 71 an die Endklemmen der Sekundärwicklung
24 des Leistungstransformators 22 angelegt wird. Die Endklemmen der Sekundärwicklung
72 des Transformators 71 sind über Gleichrichter 73 und 74 mit der einen Klemme
eines Lastwiderstandes 75 verbunden, dessen .andere Klemme mit dem Mittelabgriff
der Wicklung 72 verbunden ist. Folglich erscheinen Halbwellen gleicher Polarität
des Wechselstromes an dem Lastwiderstand 75. Sie werden an die Zenerdiode 76 angelegt,
die über einen Widerstand. 77 an dem Widerstand 75 angelegt ist. Ein Widerstand
78 und ein Kondensator 79 bilden einen Differenzierungskreis zur Steuerung der Erregung
einer Triode 80. Dieser Kreis liegt parallel zu der Zenerdiode 76, die für 5 Volt
bemessen ist. Der Differenzierungskreis spricht folglich auf den steilen Teil der
Halbwellen der an dem Lastwiderstand 75 erscheinenden gleichgerichteten Spannung
an. Eine Steuerspannung für das Gitter 81 der Triode 80 entsteht an einem Schleifkontakt
des Widerstandes 78. Die Anode 82 der Triode 80 ist über einen Anodenwiderstand
83 mit einer Leitung 84 verbunden. Die Kathode 85 der Triode 80 ist über einen Kathodenwiderstand,
86 und einen parallel dazu liegenden Kondensator 87 mit einer Leitung 88 verbunden.
Die Ausgangsgröße der Triode 80 wird an einen weiteren Differenzierungskreis angelegt,
der aus einer zwischen der Anode 82 der Triode 80 und der Leitung 88 liegenden Reihenschaltung
eines Kondensators 89 und eines Widerstandes, 90 besteht.
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Die Leitung 84 hat bezüglich der Leitung 88 eine positive Spannung.
Diese beiden Leitungen sind mit der positiven bzw. der negativen Klemme eines in
der oberen rechten Ecke der Zeichnung dargestellten Zweiwege-Gleichrichters verbunden.
Dieser Gleichrichter wird durch einen Transformator 91 mit einer Primärwicklung
92 gespeist, die mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Eine Sekundärwicklung
93 ist über eine Zweiwegegleichrichterröhre 94 und einen Filterkreis mit einer Drossel
95 und einem Kondensator 96 mit der Leitung 84 und über eine Leitung 97 mit
der Leitung 88 verbunden. Der Heizstrom für die Kathode der Gleichrichterröhre 94
wird 'durch eine zweite Sekundärwicklung 98 des
Transformators 91
geliefert. Der Heizstrom für die Triode 80 und für die anderen noch zu beschreibenden
Röhren wird durch eine dritte Sekundärwicklung 99 :des Transformators 91 geliefert.
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Das Gitter 100 einer Triode 101 liegt zwischen dem Kondensator 89
und dem Widerstand 90, damit es auf die Ausgangsgröße der Triode 80 anspricht. Die
Anode 102 der Triode 80 ist über einen Anodenwiderstand 103 mit der positiven Leitung
84 verbunden. Ihre Kathode 104 ist über einen Widerstand 105 und einen dazu parallel
liegenden Kondensator 106 mit der negativen Leitung 88 verbunden. Die Ausgangsgröße
an der Anode 102 der Triode 101 ist über einen Kondensator 107 und einen Widerstand
108 mit der Leitung 88 verbunden. Die Schaltung der Triode 101 entspricht einem
Verstärker mit hoher Verstärkung zur Steuerung der Erregung eines Kathodenfolgerkreises
mit einer Triode 109, deren Gitter 110 zwischen den Kondensator 107 und den Widerstand
108 in dem Ausgangskreis der Triode 101 geschaltet ist. Die Anode 111 der Triode
109 ist mit der positiven Leitung 84 verbunden. Ihre Kathode 112 ist über einen
Kathodenwiderstand 13 mit der negativen Leitung 88 verbunden.
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Der Ausgang dieses Kathodenfolgerkreises wird über einen Koppelkondensator
114 mit dem Bremsgitter 115 der Pentode 69 des Phantastrons verbunden. An das Bremsgitter
wird über einen Widerstand 116 und einen Schleifkontakt an einem Widerstand 117
eine Vorspannung angelegt. Der Widerstand 117 bildet einen Teil eines Spannungsteilers
mit diesem Widerstand und weiteren Widerständen 118 und 119, die miteinander in
Reihe geschaltet sind und zwischen den Leitungen 84 und 88 liegen. Ein Kondensator
120 ist an dem unteren Teil des. Widerstandes 117 angelegt. Ein Gleichrichter 121
ist vorgesehen, um negative Steuerimpulse von dem Bremsgitter 115 der Pentode 69
zu überbrücken. Die Anode 122 der Pentode 69 ist je nach der Stellung eines Schalters
123 über einen Widerstand 124 oder 125 mit der Leitung 84 verbunden. Das Steuergitter
126 der Pentode 69 ist je nach der Stellung eines Schalters 123 über einen Widerstand
127 oder 128 mit der Leitung 84 verbunden. Je nach der Stellung des Schalters 123
wird ein Zeitkondensator 129 oder 130 über die Anodenwiderstände der Pentode 69
auf eine Spannung aufgeladen, die durch die Diode 131 bestimmt ist, deren Kathode
über einen Schleifer mit einem Widerstand 118 des Spannungsteilers 117, 118, 119
verbunden ist. Während des »Entladens« des Phantastrons ist die Anodenspannung der
Pentode 69 durch eine weitere Diode 132 begrenzt, deren Kathode über einen Schleifer
mit einem Widerstand 119 des Spannungsteilers 117, 118, 119 verbunden ist. Die Kathode
133
,der Pentode 69 .ist über einen Widerstand 134 mit der Leitung 88 verbunden.
Das Schirmgitter 135 der Pentode 69 ist über einen einstellbaren Widerstand 136
mit der Leitung 84 verbunden.
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Durch Betätigung des Schalters 123 können die verschieden großen Kondensatoren
129 und 130 in verschiedene Ladungs- und Entladungskreise des Phantastrons eingeschaltet
werden. Der Betrag der Spannung, auf welche diese Kondensatoren aufgeladen werden,
und die Grenze der Entladungsspannung des Phantastrons werden durch Einstellung
der Schleifer der Widerstände 118 bzw. 119 des Spannungsteilers 117, 118, 119
gesteuert. Wenn das Phantastron durch die an ihr Bremsgitter angelegte Spannung
ausgelöst wird, beginnt die Entladung. Sie setzt sich in Abhängigkeit von den soeben
erwähnten Einstellungen fort. Zur Zeit der Auslösung steigt die Schirmgitterspannung
der Pentode 69 steil an, während sie am Ende der eingestellten Zeitdauer steil abfällt.
Die so erhaltene Rechteckspannung wird zur Steuerung der Erregung der Rückstellwicklungen
43 und 44 :der Drosseln 39 und 40 in der noch zu beschreibenden Weise verwendet.
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Die Rechteckausgangsspannung an dem Schirmgitter 135 des Phantastronkresses
wird über den Schleifer eines Widerstandes 139 an das Gitter 137 einer Triode 138
-angelegt. Die Reihenschaltung des Widerstandes 139 mit einem Widerstand 140 und
einem Koppelkondensator 141 liegt zwischen dem Schirmgitter der Pentode 69 und der
Leitung 88. Die Anode 142 der Triode 138 ist über einen Anodenwiderstand
143 mit der Leitung 84 verbunden. Ihre Kathode 144 liegt über einen durch einen
Kondensator 146 überbrückten Widerstand 145 an der Leitung 88 an. Der Ausgangskreis
der Triode 138 ist über in Reihe :geschaltete Widerstände 147, 148, 149
und
:den unteren Teil eines Potentiometers 150 zwischen ihre Anode 142 und die Leitung
88 gelegt. Die positive Klemme des Potentiometers 150 ist über Leitungen 88 und
97 mit der positiven Klemme eines Zweiweg-Gleichrichterkreises verbunden. Ihre andere
Klemme ist mit der negativen Klemme dieses Gleichrichterkreises verbunden, der durch
die Sekundärwicklung 93 eines Transformators 91 gespeist wird und :die Gleichrichter
151 und 152 sowie ein durch eine Drossel 153 und einen Kondensator 154 gebildetes
Filter umfaßt.
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Die an dem Schirmgitter der Pentode 69 während der Anodenleitung des
Phantastrons erscheinende rechteckige Ausgangsgröße wird über die Schleiferverbindung
mit dem Widerstand 148 in dem Ausgangskreis der Triode 138 an die Steuergitter 155
einer Doppeltriode 156 angelegt. Die Anoden 157 der Doppeltriode 156 sind mit der
positiven Leitung 84 verbunden. Ihre Kathoden 158 sind über einen Kathodenwiderstand
159 mit dem Schleifer des Potentiometers 150 verbunden. Folglich wird der rechteckige
positive Wert der Spannung an dem Schirmgitter der P:entode 69 des Phantastrons
verstärkt, durch den Kreis der Triode 138 umgekehrt und schließlich an .die Steuergitter
155 der Doppeltriode 156 angelegt, um deren Leitung abzuschwächen und damit den
Spannungsabfall an dem Widerstand 159 um einen solchen Betrag zu verringern, daß
zwischen Basis und Kollektor des Transistors 53 eine Spannung liegt, die den Transistor
53 leitend macht. Dieser Transistor macht seinerseits den Transistor 54 leitend
und bewirkt folglich die Erregung der Rückstellwicklungen 43 und 44 der Drosseln
39 und 40.
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Dadurch wird die Leitung eines Stromes durch die Lastkreisspulen 41
und 42 der Drosseln 39 und 40 verhindert. Infolgedessen wird die Versorgung des
Schweißbogens mit Impulsschweißstrom gesperrt. Am Ende der eingestellten Zeitdauer,
wenn also die rechteckige Ausgangsspannung an dem Schirmgitter der Pentode 69 des
Phantastrons abfällt, erfolgt die umgekehrte Arbeitsweise, und die Transistoren
53 und 54 werden nichtleitend gemacht, so daß die Drosseln 39 und 40 während der
nächsten Halbwelle der angelegten Spannung leitend werden und einen Impulsstrom
liefern. Wenn diese Drosseln nicht rückgestellt werden, haben sie eine geringe Impedanz,
und
folglich fließt ein Strom zu dem Schweißkreis und zu dem Schweißbogen.
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Zwischen Emitter und Kollektor des Transistors 53 wird eine Gleichspannung
angelegt, die durch einen Zweiwegegleichrichter erzeugt wird, dessen positive Ausgangsklemme
über einen Strombegrenzungswiderstand 160 mit dem Transistoremitter verbunden und
dessen negative Klemme über Leitungen 55 und 88 an dessen Kollektor angelegt ist.
Dieser Gleichstrom fließt über ein in den Ausgangskreis einer Zweiwegegleichrichterbrücke
164 geschaltetes Filter mit Kondensatoren 161 und 162 sowie einer Drossel 163. Der
Eingangskreis dieser Brücke ist mit der Sekundärwicklung 165 eines Transformators
166 mit einer Primärwicklung 167 verbunden, die an einer Wechselstromquelle anliegt.
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Wenn der Transistors 54 mit fliegender Basis (floatng Base) .abgeschaltet
ist, ist die zuerst beschriebene Spannungsversorgung unnötig und kann weggelassen
werden.
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Nach der Beschreibung der verschiedenen Elemente des in FLg. 4 dargestellten
Systems sowie der Arbeitsweise dieser Elemente und ihrer Wirkungen aufeinander ist
die Gesamtarbeitsweise des Systems klar. Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß
die mit dem Wechselstrom der Sekundärwicklung 24 des Leistungstransformators 22
synchronisierten Spannungsspitzen :in dem Differenzierungskreis 78; 79 entstehen,
der parallel zu der Zenerdiode 76 liegt. Diese Spannungsspitzen werden durch den
Kreis der Triode 80 verstärkt und erscheinen an einem zweiten Differenzierungskreis
89, 90. Sie werden dann an den Verstärkungskreis der Triode 101 mit großer
Verstärkung angelegt, der seinerseits auf den Kathodenfolgerkreis mit der Triode
109 einwirkt, um an das Bremsgitter 115 der Pentode 69 des Phantastrons Steuerimpulse
anzulegen. Somit befindet sich das Phantastron im Zeitbetrieb. Die Spannung seines
Schirmgitters steigt sprungartig an, während der Kondensator 129 oder 130 in seinem
Anodenkreis linear entladen wird. Wenn das Phantastron entladen ist, fällt die Spannung
am Schirmgitter 135 sprungartig ab und bleibt auf einem geringen Wert, bis das Phantastron
wieder auf Zeitbetrieb für die nächste Entladungsperiode geschaltet wird. Die Rechteckwellen-Ausgangsgröße
des Ph:antastrons wird dann durch den Kreis mit der Triode 138 verstärkt und umgekehrt.
Diese steuert den Kathodenfolgerkreis der Triode 156, um an dem Widerstand
159 Steuerspannungen anzulegen. Wenn ein ausreichender Strom durch die Triode
156 fließt, reicht die Größe der positiven Spannung an dem Widerstand 59 aus, um
den Transistor 53 nichtleitend zu machen, der seinerseits den Transistor 54 nichtleitend
macht, um den Strom durch die Rückstellwieklungen 43 und 44 der Drosseln 39 und
40 des magnetischen Verstärkers zu unterbrechen. Wenn die Rückstellwicklungen somit
nicht erregt sind, läßt der magnetische Verstärker einen Wechselstrom durch, der
durch den damit in Reihe :geschalteten Gleichrichterkreis gleichgerichtet wird,
um so Stromimpulse an den Schweißpunkt zu liefern. Wenn die Rückstellwicklungen
43 und 44 der Drosseln. 39 und 40 .erregt sind, wird der Fluß in diesen Drosseln
so gesteuert, daß der diese Drosseln enthaltende magnetische Verstärker nicht leitet;
es fließt also kein Strom zum Schweißbogen. Während dieser Zeit wird der Lichtbogen
durch den von dem Gleichrichter 27 gelieferten Haltestrom aufrechterhalten. Die
dem magnetischen Verstärker zusätzlich zu dem von dem Haltestromkreis gelieferten
Strom gelieferte Strommenge ist groß genug, daß ein axialer Sprühübergang von Metall
von der Elektrode auf das Werkstück während der Spitzenwerte der durch den magnetischen
Verstärker gelieferten Stromimpulse hervorgerufen wird.
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Durch Einstellung des Zeitbetriebes des Phanta strons wird während
der Halbwellenperioden des Wechselstromes ein Strom über den magnetischen Verstärker
geliefert. Die Perioden sind voneinander zeitlich durch einen oder mehrere Halbwellen
dieses Wechselstromes getrennt. Wenn die Einstellung zum Beispiel so ist, daß volle
Stromhalbwellen durch eine vollständige Welle des Wechselstromes getrennt sind,
wird die sich ergebende Arbeitsweise durch das Diagramm in Fig. 2 dargestellt.
In dieser Figur sind die Stromhalbwellen schraffiert. Wenn eine Halbwelle einer
Wechselstromhalbwelle .entspricht, ist der Wellenzug durch eine ununterbrochene
Linie dargestellt, wogegen die Wellenlinie gestrichelt gezeichnet ist, wenn eine
Halbwelle des Wechselstromes gleichgerichtet wurde. Am Anfang wird eine Halbwelle
des Wechselstromes über die Lastkreisspule 42 der Drossel 40 und die Gleichrichter
48 und 47 dem Lichtbogen zugeführt, während zugleich der Fluß in der Drossel 39,
wie in Fig. 2 durch das unter dieser Halbwelle des Stromes angeordnete R angedeutet
ist, rückgestellt wird.
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Während der nächsten Halbwelle fließt als Folge der Rückstellung des
Flusses in der Drossel 39 kein Strom durch seine Lastkreisspule 41. Während dieser
Zeit wird der Fluß in der Drossel 40 zurückgestellt, wie das durch den dieser
Halbwelle in dem Diagramm zugeordneten Buchstaben R angedeutet ist. Während der
nächsten Halbwelle fließt wegen des Rückstellflusses kein Strom durch die Lastkreisspule
42 der Drossel 40; jedoch wird zu dieser Zeit die Steuerwicklung 43 der Drossel
39 nicht erregt, so daß ihr Fluß nicht zurückgestellt ist, wie das durch die dieser
Halbwelle in dem Diagramm nach Fig. 2 zugeordneten Buchstaben NR angedeutet ist.
Folglich wird während der nächsten Halbwelle die Drossel 39 leitend, und die negative
Halbwelle der Spannung wird durch die Gleichrichter 50 und 49 gleichgerichtet, um
den zweiten Stromimpuls zu einer Zeit an den Lichtbogen anzulegen, die eine volle
Periode später als die Zeit liegt, zu der der erste Wechselstromimpuls an den Lichtbogen
angelegt wurde. Die Arbeitsweise wiederholt sich dann fortlaufend, und es entsteht
das Stromfeld nach Fig. 2.
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Wie vorstehend beschrieben, kann das Stromimpulsfeld. durch Einstellung
des Zeitgebers des Phantastrons eingestellt werden, um elektrische Steuerstromimpulse
herzustellen, die die Schaltweise der Transistoren 53 und 54 und damit die Erregung
und Nichterregung der Rückstellwicklungen 43 und 44 der Drossel 39 und 40
steuern. Dadurch wird weiter die Leitfähigkeit und Nichtleitfähigkeit des magnetischen
Verstärkers mit diesen Drosseln gesteuert. Die am meisten erwünschte Arbeitsweise
des Systems besteht in einer solchen Einstellung, bei der ein Impulsstrom erzeugt
wind, dessen Wellenform symmetrisch um die Nullachse des Wechselstromes liegt. Dadurch
wird eine Gleichstromkomponente des Stromes in der Sekundärwicklung des Leistungstransformators
vermieden, was eine Sättigung des Transformators und starke Leitungsstromimpulse
und damit die Aufheizung
des Transformators in unerwünschter Weise
bewirken würde.
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Mit dem soeben beschriebenen System werden am besten Impulsfolgen
von vierundzwanzig und vierzig erzeugt. Eine Impulsfolge von fünfzehn je Sekunde
führt zu einem Flackern in dem Lichtbogen, was eine Bedienungsperson, die eine Schweißung
von Hand ausführt, stören könnte. Eine Impulsfolge von sechzig oder hundertzwanzig
könnte nicht ausreichen, um die gewünschte Verringerung der hohen Abschmelzgeschwindigkeit
und der hohen Energieabgabe an das Werkstück und das Schmelzbad zu verringern und
dadurch ihre Verwendung für die meisten Schweißvorgänge zu gewährleisten. Abgesehen
von den Einschränkungen, die durch die bevorzugte Arbeitsweise des soeben beschriebenen
Systems aufgelegt werden, erhält man die Vorteile der Erfindung, wenn die Impulsfolge
in dem Bereich von fünfzehn bis hundertzwanzig je Sekunde liegt Der bevorzugte Betriebsbereich
lieb zwischen vierundzwanzig und vierzig Impulsen je Sekunde, wenn ein 0,9 mm (0,035
Inch) starker Draht verwendet wird.
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Die Erfindung ist insbesondere bei der Schweißung dünner Querschnitte
und auf eine Abstandsschweißung (out-of-position welding) anwendbar. Insbesondere
ist sie auf Stoffe mit schlechter Wärmeleitfähigkeit wie rostfreie Stähle, Stähle
mit hoher Festigkeit und Monelmetalle anwendbar. Die Vorteile der geringeren Hitzeübertragung
auf das Werkstück und das Schmelzbad bei diesem Schmelzverfahren erstrecken sich
auch auf die Schweißung von Aluminium und Magnesium. Die schwer schmelzbare Oxydhaut
auf Elektrodendrähten aus Magnesium macht es schwierig, den hohen Schweißstrom bei
den für axiale Sprühablagerung mit kontinuierlichem Gleichstrom erforderlichen Drahtvorschubgeschwindigkeiten
daran anzulegen. Die Verwendung von Energie in Impulsform löst diese Schwierigkeiten
dadurch, daß sowohl der Strom wie die Elektrodenvorschubgeschwindigkeit verringert
werden. Die Erfind'ung ist jedoch nicht auf die Schweißung dünner Querschnitte beschränkt.
Sie ist vielmehr überall anwendbar, wo ein axialer Sprühübergang von Metall bei
einem geringen Strommittelwert erwünscht ist, um eine übermäßige Erhitzung des Werkstückes
oder des Bades aus geschmolzenem Schweißmetall zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil
besteht in der Verwendung von Elektroden .größeren Durchmessers bei genngen Eflektivstromwerten,
um eine Verringerung der Kosten und eine Beseitigung der mit dem Elektrodendrahtvorschub
verbundenen Schwierigkeiten zu ermöglichen, die auftreten, wenn Elektroden geringen
Durchmessers verwendet werden, und zwar insbesondere dort, wo die Elektrode aus
einem weichen Metall, wie Aluminium oder Magnesium, besteht.
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Die Wellenform der Stromimpulse kann in verschiedener Weise abgewandelt
werden. Die Erfindung soll nicht auf die Schweißung mit vollen Halbwellen eines
Wechselstromes beschränkt werden, wie das oben im Zusammenhang mit dem Betrieb des
Kreises nach Fig. 4 beschrieben wurde. Wie bereits erwähnt, tritt ein axialer Sprühübergang
von Mektrodenmetall auf, wenn die Spitzenwerte der Stromimpulse hoch genug sind
oder - genauer gesagt - wenn die Stromwellen die richtige Form haben.
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Dieser Einfiuß,der Stromwellenform wird auf eine kritische integrierte
Strom-Zeit-Funktion zurückgeführt, die erforderlich ist, um einen metalltropfenbildenden
Sprühstahl zu bilden und zu übertragen. Andere Geräteanordnungen als die dargestellte
und beschriebene können verwendet werden, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten,
nämlich den axialen Sprühübergang von Elektrodenmetall bei geringeren Wertendes
Effektiv- und mittleren Stromes, um die hohe Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode
und die hohe Energieabgabe an das Werkstück und das Schmelzbad zu verringern.
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Selbstverständlich können auch andere Geräte zur Erzeugung des Impulsstromes
gemäß der Erfindung als das vorstehend beschriebene verwendet werden, ohne daß dadurch
der Rahmen der Erfindung verlassen wird.