DE936588C

DE936588C - Schalteinrichtung zum Lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE936588C
Application number: DEA17203A
Authority: DE
Inventors: Nelson Edward Anderson
Original assignee: Air Reduction Co Inc
Current assignee: Airco Inc
Priority date: 1951-12-28
Filing date: 1952-12-30
Publication date: 1955-12-15
Also published as: FR1072579A; GB722494A; US2784349A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Lichtbogenschweißen mit Gleich- und mit Wechselstrom, insbesondere mit Wechselstrom niedriger Frequenz. Zum Lichtbogenschweißen mit Metallelektroden oder mit nicht abschmelzbaren Kohle- oder Wolframelektroden kann Gleich- oder \A^rechselstrorn angewendet werden, und die Schweißung kann mit oder ohne Schutzgas ausgeführt werden. Bei Verwendung der üblichen Schweißtransformatoren oder -generatoren ist die Spannung nicht groß genug, um den Luftspalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück zu überbrücken, selbst wenn dieser Abstand so klein wie möglich gemacht wird. Diese Schwierigkeit kann dadurch behoben werden, daß man das Werkstück selbst mit der Elektrode berührt, oder daß Stahlwolle od. dgl. zwischen Elektrode und Werkstück gebracht wird, um den Lichtbogen zum Brennen zu bringen. Diese vielfach angewendeten Verfahren sind jedoch unter gewissen Bedingungen unbefariedigend. Da der Lichtbogen ferner bei Anwendung von Wechselstrom infolge der periodischen Stromumkehr unter Umständen eine so geringe Leitfähigkeit erhält, daß er abreißt, reicht dann die verfügbare Transformatorspannung oft nicht aus, um den Lichtbogen erneut zu bilden. Um eine

unmittelbare Berührung des Werkstücks mit der Schweißelektrode zu vermeiden und um den Lichtbogen beim Schweißen mit Wechselstrom genügend leitfähig zu erhalten, kann man die Schweißspannung durch Hochspannung von einer anderen Stromquelle überlagern. Es ist bekannt, daß im allgemeinen eine Spannung von mehr als loop Volt bei verhältnismäßig geringer Stromstarke erforderlich ist, um die beiden Aufgaben, nämlich das ίο Zünden und das Stabilisieren des Lichtbogens, zu, erfüllen. So hohe Spannungen können mit einer verhältnismäßig kleinen und nicht kostspieligen Anlage erzeugt und ohne Gefahr für die Bedienung bei der Anwendung von Hochf requenz- Wechsel strom benutzt werden.

Die Aufgabe, die Hochspannung dem niedriggespannten Schweißstrom-zu überlagern, erfordert eine bestimmte Begrenzung der Frequenz der Hochspannungsquelle. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Hochspannungsquelle mit dem Schweißstromkreis zu koppeln; die. erste besteht in kapazitiver Kopplung, wodurch der Hochfrequenzgenerator mit einem Kondensator in Reihe geschaltet wird, der die Hochf requenz durchgehen läßt, die Schweiß-frequenz aber blockiert. Die Reihenschaltung des Kondensators mit dem Hochfrequenzgenerator wird dabei über den Lichtbogen mit der Schweißstromquelle parallel geschaltet. Um die Schweißstromquelle niedriger Frequenz gegen einen Kurz-Schluß mit dem Hochfrequenzgenerator zu schützen, wird eine hochfrequente -magnetische Fluß verkettung mit der Schweiß stromquelle in Reihe geschaltet.

Die zweite Möglichkeit, die Hochfrequenzquelle mit dem Schweißstromkreis zu koppeln, besteht in der induktiven Kopplung. Die Hochfrequenzquelle wird dabei in den Stromkreis der Primärwicklung eines Koppeltransformators eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung in Reihe mit dem Lichtbogen im Schweißstromkreis geschaltet ist.

In den beiden angeführten Fällen muß die induktive Wicklung im Schweißstromkreis diesem Strom niedriger Frequenz einen sehr geringen resultierenden Widerstand bieten. In der Praxis wurde festgestellt, daß nicht mehr als zehn bis zwanzig Windungen einer kernlosen Spule bzw. noch weniger Windungen einer Spule mit Eisenkern zulässig sind, damit die Leistung eines Schweißgenerators von 60 Hz nicht wesentlich herabgedrückt wird. Da eine Hochfrequenzleietung von 1000 Volt oder mehr über dieselbe Spule abgegeben werden muß, soll der resultierende Widerstand gegenüber der Hochfrequenz hoch sein, d. h. der Spannungsabfall im Hochfrequenzkreis oder die induktive Spannung soll etwa 100 Volt je Windung betragen. Die Spannung ist proportional dem Produkt aus Stromstärke und resultierendem Widerstand, und der resultierende Widerstand ist seinerseits dem Produkt aus Frequenz und Induktivität annähernd proportional. Bei kernlosen Spulen mit konstanter Induktivität ist die induzierte Spannung je Windung daher eine Funktion des Produktes aus Stromstärke und Frequenz. Mit den üblichen Oszillatoren kann diese erforderliche · Spannung je Windung nur bei Frequenzen von etwa ι bis 20 MHz sicher und -wirtschaftlich erhalten werden. Im allgemeinen kann damit gerechnet werden, daß das Verhältnis des resultierenden Widerstandes gegenüber der Hodhfrequenzquelle zu dem resultierenden Widerstand gegenüber der Schweißstromquelle mindestens 20 000 : 1 betragen soll.

Mit der Verwendung sehr hoher Frequenzen zum Zünden bzw. Stabilisieren des Lichtbogens sind mehrere Nachteile verbunden. Bei Frequenzen von ι MHz oder mehr ist die Wellenlänge im Vergleich zu der Länge des vom Schweißgenerator zum Elektrodenhalter führenden Kabels verhältnismäßig kurz. Infolgedessen entstehen 'stehende Wellen längs des Kabels; daher soll das Kabel möglichst eine vorher berechnete Länge haben, damit am Elektrodenhalter ein Spannungsmaximum auftritt. Während der Schweißarbeit wird das Kabel aber einmal aufgewickelt oder ausgestreckt, durch die Luft geführt oder auf eine elektrisch leitende Unterlage gelegt. Durch die daraus folgenden Schwankungen der Impedanzen ergeben sich Mehrfachreflexionen, die die Lage des Spannungsmaximums verändern, so daß das Auftreten von beträchtlichen Impedanzdifferenzen zwischen der Hochfrequenzquelle und dem Schweiß Stromkreis nur schwer verhindert werden kann. Die Folge davon ist eine Herabsetzung der an der Elektrode zum Zünden bzw. Stabilisieren des Lichtbogens verfügbaren Spannung.

Ein anderer ebenso wichtiger Nachteil bei Verwendung einer Hochspanmingsquelle mit einer Frequenz von 1 MHz oder mehr liegt in der von der Vorrichtung ausgehenden Strahlung. Da die Länge des Kabels im Vergleich zu der Länge einer ViertelweUe verhältnismäßig groß ist, wirkt das Schweißkabel wie eine Sendeantenne. Diese Strahlung belastet nicht nur den Oszillator, so daß seine Endleistung über die zuim Zünden bzw. Stabilisieren des Lichtbogens erforderliche Leistung gesteigert werden muß, sondern die Strahlung kann auch zu störenden Interferenzerscheinungen mit drahtlosen Sendungen führen. Es sind bereits einschränkende Bestimmtungen hinsichtlich der höchst zulässigen Sendestärke industrieller Anlagen von einigen zuständigen Körperschaften erlassen worden. Die durch diese Strahlung auftretenden Schwierigkeiten können dadurch etwas gemildert werdeii, daß um das Schweißkabel eine metallische Hülle gelegt wird, so daß für- die Hochfrequenz ein koaxiales Kabel gebildet wird. Auf diese Weise wird die Strahlung zwar vermindert, doch muß die Hochfrequenz dann mit niedriger Spannung übertragen und am Elektrodenhalter auf hohe Spannung transformiert werden, um übermäßig große dielek- - trische Verluste in dem Kabel zu vermeiden. Diese Maßnahme ist wegen der dadurch bedingten Steifheit des Kabels und wegen der hohen Kosten und geringen Lebensdauer eines derartigen Kabels aber unzweckmäßig. 'Außerdem erhöht die Anwendung eines Hochspannungstransformators und von Entkupplungselementen in dem Elektrodenhalter dessen

Umfang, Gewicht und Kosten. Auch andere Verfahren zur Verhinderung der Wellenausbreitung sind bisher schon angewendet worden, die aber sämtlich gewisse Nachteile mit sich bringen.
Zweck der Erfindung ist daher ein Verfahren und eine Einrichtung zum Zünden bz'w. Stabilisieren des Lichtbogens bei Schiweißanlagen, die einwandfrei und sicher wirken und frei von den Nachteilen sind, die den bisher benutzten Hochfrequenz-Wechselstromanlagen anhaften. Die Erfindung besteht darin, daß ein Hilfsstromkreis mit Wechselstrom hoher Frequenz und hoher Spannung sowie als Impedanzmittel ein induktiver Widerstand vorgesehen sind, der einen Kern mit hoher magnetischer Permeabilität und hohem Ohmschen Widerstand in bezug auf dessen Volumen enthält, so daß der Kern durch den Hilfsstrom nicht gesättigt, durch einen zeitweisen Höchstwert des Schweißetromes aber gesättigt wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird diese Wirkung durch die Ausnutzung der Sättigungswirkung in Metalloxyden oder Sintermetallen als Kernwerkstoff erreicht, so daß zum Zünden bzw. Stabilisieren des Lichtbogens die Anwendung einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz bei hoher Spannung möglich wird, ohne den resultierenden Widerstand im Schweiß Stromkreis wesentlich zusteigern. Nach der Erfindung kann mit Frequenzen von 50 bis 500 kHz anstatt mit den üblichen hohen Frequenzen von 2 bis 20 MHz gearbeitet werden, wodurch die zahlreichen mit der Anwendung hoher Frequenzen verbundenen Nachteile berm Zünden bzw. Stabilisieren des Lichtbogens vermieden werden. Der induktive Widerstand, von dem die je Windung induzierte Spannung abhängt, ist eine Funktion des Produktes aus Frequenz und Induktivität, wie schon erwähnt worden ist. Wenn die Induktivität und die Frequenz zugleich verändert werden, kann daher die Spanne zwischen dem induktiven Widerstand gegenüber der Schweißstromquelle und dem Widerstand gegenüber der Stromquelle zur Stabilisierung des Lichtbogens viel größer gemacht werden als wenn die Frequenz allein verändert wird. Von diesem Grundsatz wird bei dem Erfindungsgegenstand Gebrauch gemacht, um die Anwendung verhältnismäßig niedriger Frequenzen zu ermöglichen, ohne die notwendige Impedanzspanne in der Größenordnung von 20 000 : ι verringern zu müssen, die gebraucht wird, um eine genügend hochfrequente Spannung in dem System zu induzieren, ohne die Leistung des Schweißgenerators herabzusetzen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι das Schaltschema einer in Reihe geschalteten Hochfrequenzanlage zur Stabilisierung des Lichtbogens,

Fig. 2 das Schaltschema einer parallel geschalteten Hochfrequenzanlage,

Fig. 3 das Schaltschema einer Wechselstrom-Lichtbogenschweißanlage unter Amvendung einer weiteren Ausführung nach der Erfindung.

Fig. ι zeigt einen Lichtbogenschweißstromkreis für Gleich- oder Wechselstrom mit der Elektrode 10, dem Werkstück 11 und der Schweißstromquelle 12, die ein Generator, ein Gleichrichter oder ein Transformator sein kann. Eine Hochspannungsanlage in Form eines Hochfrequenzoszillators 13 ist mit dem Schweißstromkreis durch einen Koppeltransformator 14 gekoppelt, der eine Primärwicklung 15, eine Sekundärwicklung 16 und einen Kern 17 besonderer Art und Ausführung enthält. Ein im Nebenschluß liegender Kondensator 18 schließt die Hochfrequenz um den Schweißgenerator kurz.

Um den Lichtbogen zu zünden bzw. zu iStabilisieren, ist eine hohe Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück nur dann erforderlich, wenn der Schweißstrom nicht fließt. Der besondere Zweck der hochfrequenten Hochspannung ist sowohl bei Gleichstrom wie bei Wechselstrom der, den Luftspalt durch Ionisation des dort vorhandenen Gases leitfähig zu machen, so daß der Schweißstrom den Luftspalt zu überbrücken vermag, wenn mit der Schweißung begonnen werden soll. Beim Schweißen mit Wechselstrom, wofür die Erfindung besonders geeignet ist, erhält die Hochfrequenz entladung außerdem den Lichtbogen in leitfähigem Zustand beim Richtungswechsel des Stromes und unterdrückt so die Gefahr des Abreißens des Lichtbogens, wenn der Strom bei dem periodischen go Wechsel durch Null geht. Daher braucht die hochfrequente Hochspannung nur in diesen kurzen Intervallen angewendet zu werden. Aus diesem Grunde kann in bekannter Weise etwa eine Spule als Kopplungsglied vorgesehen werden, um die vom Oszillator gelieferte Hochspannung mit dem Schweißstromkreis zu koppeln, die praktisch die doppelte Aufgabe erfüllt, jeden der beiden Impedanzwerte abwechselnd herzustellen, wobei zugleich eine wesentliche Zeitersparnis erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß so gelöst, daß die Spule einen Kern enthält, der bei Höchstwerten des zum Zünden bzw. Stabilisieren des Lichtbogens erforderlichen Stromes magnetisch ungesättigt bleibt, beim Durchgang des Schweiß stromes durch die Sekundärwicklung aber gesättigt wird. Eine Sättigung des Kernes vermindert die Induktivität L, und gleichzeitig ergibt sich ein sehr niedriger resultierender Widerstand gegenüber dem Schweißstrom, da der Widerstand annähernd gleich dem Produkt 2 7ifL ist. Während der Zeitspannen, wo kein Schweißstrom fließt, bleibt der Kern ungesättigt und die Induktivität L hoch, so daß sich ein hoher resultierender Widerstand gegenüber der hochfrequenten Hochspannung ergibt. '

Der in Fig. 1 dargestellte Schweißstromerzeuger kann ein üblicher Schweißtransformator von 60 Hz sein; um das erforderliche Mindestverhältnis von 20 000 : ι für die Impedanzen mit einem üblichen kernlosen Kopphingstransformator zu erhalten, würde Hochspannung mit 20 000 · oooder 12000 kHz erforderlich sein. Wenn indessen die Induktivität des Kopplungstransformators während eines bestimmten Abschnittes einer Schweißstromperiode z. B. auf ein Zehntel ihres Wertes dadurch herabgesetzt werden kann, daß eine Sättigung durch den

Schweißstrom erfolgt, braucht die Hochspannungsquelle dann nur noch eine Frequenz von 120 kHz zu haben, wie aus der folgenden Rechnung hervorgeht. Es bedeute:

X = induktiver Widerstand, der im wesentlichen dem resultierenden Widenstand des Transformators entspricht; HF — Hochfrequenz.;
JVi⁷ = Niederfrequenz;
L — Induktivität.

Durch die S ättigungs wirkung wird etwa:

und

also

J^BF	IO	•10
L_NF	I	,-I '
20 000	2 π fgp	— 2000.
I
T BF	20 000

f.

NF

IO

Bei einer Frequenz der Wechselstrom-Schweißanlage von 6o Hz ist daher:

-^- = 2000 und
6o

— 120 kHz .

Eine derartige Frequenz für die Hochspannungsquelle ist ungefährlich und beseitigt alle gegen die Anwendung von Hochfrequenz oben angeführten Bedenken.

Kernlose Spulen oder Transformatoren ergeben nicht die Möglichkeit, die S ättigungs wirkung auszunutzen. Transformatoren mit Eisenkern sind für den Bereich der Radiofrequenzen wegen der außerordentlich hohen Kernverluste ungeeignet. Wenn der Kern des Kopplungstransformators nach der Erfindung dagegen etwa aus magnetischem Ferrit hergestellt wird, können die oben angegebenen Richtlinien befolgt und alle daraus folgenden Vorteile gewonnen werden. Erfindungsgemäß können für den Kern des Kopplungetransformators ferromagnetische Ferrite verwendet werden, die aus Verbindungen von Metalloxyden gemäß der Formel MOFe₂O₃ bestehen, wobei M ein zweiwertiges Metallion, z, B. Nickel, Zink oder Magnesium, ist. Physikalisch sind diese ferromagnetischen Ferrite kristallinische Stoffe mit Spinellstruktur, deren Eigenschaften denen von im Trocknungsverfahren hergestellten Porzellan entsprechen. Die magnetischen Ferrite als solche gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung, sollen daher auch nicht weiter beschrieben werden; geeignete Stoffe sind beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2452529 angeführt. Die für die Erfindung besonders wichtige Eigenschaft dieser Stoffe ist ihr außerordentlich hoher Ohmscher Widerstand und ihre hohe magnetische Permeabilität. Sie enthalten keine Metallpartikel, sondern bestehen lediglich aus Metalloxyden ähnlich wie keramische Erzeugnisse; daher werden sie auch wie Porzellan im Ofen gebrannt.

Diese Zusammensetzung der ferromagnetischen Ferrite stellt einen -besonderen Vorteil gegenüber Sintermetallen hinsichtlich der Verwendung ^aIs Kernmaterial dar. Der Umstand, daß die Metalloxyde im Gegensatz zu den Metallen selbst sehr schlechte Elektrizitätsleiter sind, ist der Grund dafür, daß die Ferrite einen außerordentlich hohen Ohmschen Widerstand in bezug auf ihr Volumen haben, so daß vagabundierende Stromverluste nur in praktisch zu vernachlässigendem Betrage auftreten. Für den Gegenstand der Erfindung sind Ferrite als Kernmaterial dem Sintermetall bei weitem überlegen, weil beim Sintermetall der hohe Ohmsche Widerstand durch die-Einlagerung der fein verteilten Metallpartikel in einen organischen, isolierenden Hüllstoff erreicht wind, wodurch die magnetische Permeabilität verlorengeht, weil der Kern tatsächlich viele kleine Lufträume enthält. Andererseits brauchen die Ferrite wegen ihres hohen spezifischen Widerstandes nicht pulverisiert zu werden, so daß die Permeabilität nicht vermindert wird. Während daher der Höchstwert der Permeabilität von Sintermetallringen etwa 125 beträgt, haben Ferritringe eine Permeabilität von 1000 und mehr. Je höher aber die Permeabilität des Kernes ist, um so mehr Volt je Windung werden bei einem vorhandenen Erregerstrom in der S ekundärwicklung induziert, und um so weniger Windungen sind insgesamt erforderlich. Je 'geringer die Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung ist, um so geringer ist der Blindwiderstand und Ohmsche Widerstand gegenüber dem Schweißstrom.

Wenn daher der Kern 17 des Kopplungstransforinators 14 in Eig. 1 aus einem Werkstoff mit ,hohem Ohmschen Widerstand und großer Permeabilität hergestellt iist und- eine geeignete Form und Querschnittefläche hat, und wenn der Kern durch den Schweißstrom bei einer Stromstärke gesättigt ist, die dem Höchstwert im Hochspannungsetromkreis annähernd entspricht, dann kann eine Hochspanniungsquelle mit einer Frequenz von 50 bis 500 kHz benutzt werden. Derartige Transformatoren gehören bereits zum Stand der Technik. Solange nur sehr wenig oder kein Schweißstrom fließt, d. h. vor Beginn der Schweißung und während des Richtungswechsels bei Wechselstromschweißung, bietet der Kopplungstransformator 14 der Hoch-Spannungsquelle 13 den erforderlichen hohen resultierenden Widerstand, so daß^ine Spannung von mehreren tausend Volt an den Klemmen der Sekundärwicklung des Transformators auftreten kann. Da der Kondensator 18 die Hochspannung um den Schweißgenerator herum kurzschließt, tritt diese Spannung in dem Luftspalt zwischen Elektrode 10 und Werkstück 11 in Erscheinung. Sobald der Schweißstrom den Höchstwert im Hocbspannungsstromkreis überschreitet, wird der Kern 17 des Kopplungstransformators gesättigt und die Induktivität verringert, so daß die Endleistung auf der Hochspannungsseite stark verringert oder auseschaltet wird. Das ist jedoch bedeutungslos, da, während der Schweißstrom fließt, Hochspannung nicht erforderlich ist. Der im Nebenschluß liegende

Kondensator 18 hat gegenüber der Frequenz des Schweißgenerators eine hohe Impedanz, während der Kopplungstransformator 14 eine verhältnismäßig niedrige Impedanz hat, solange der Schweißstrom fließt. Infolgedessen kann die volle Schweißstromstärke auf den Lichtbogen übertragen werden. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines ferritischen Kernes für den Transformator sind die Kernverluste selbst bei Frequenzen bis zu 500 kHz unbedeutend. Nur in manchen Fällen sind auch hochwertige Sintereisenkerne vorteilhaft zu verwenden.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Schalteinrichtung nach der Erfindung gleicht grundsätzlich dem Reihenschaltschema nach Fig. 1. Die Schweißelektrode 20 und das Werkstück 21 sind in einem Stromkreis mit dem Schweißgenerator 22 verbunden. Eine Hochspannungsquelle 23 ist mit dem Schweißgenerator über den Lichtbogen parallel geschaltet. Ein Kondensator 24 ist mit der Hochspannungsquelle in Reihe geschaltet, um den Schweißstrom von diesem Nebenstromkreis zu blockieren. Ein Blockinduktor oder eine Drosselspule 25, vorzugsweise mit einem Ferritkern und durch den Schweiß strom gesättigt, verhindert, daß die Hochspannungsquelle -während der Zeitspannen, wo wenig oder kein Schweißstrom fließt, über den Schweißgenerator kurzgeschlossen wird, so· daß die Hochspannung jederzeit an der Elektrode zur Verfügung steht. Infolge der Sättigungswirkung besitzt die Drosselspule nur einen geringen resultierenden Widerstand gegenüber dem Schweiß strom. Aus den schon angeführten Gründen kann ein Hochfrequenzoszillator von verhältnismäßig niedriger Frequenz,

d. h. von 50 bis 500 kHz, verwendet werden, woraus sich die erwähnten Vorteile dieser Schalteinrichtung gemäß der Erfindung ergeben.

Aus den bisherigen Ausführungen folgt, daß am Lichtbogen Hochspannung nur dann erforderlich ist, wenn der Schweißstrom unterbrochen ist; daher ist es ein besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung, daß die volle Hochspannung nur dann zwischen Elektrode und Werkstück auftreten kann, wenn wenig oder kein Schweißstrom fließt.

Ferner wurde gefunden, daß die infolge der periodischen Sättigung des Kernes veränderliche Induktivität im Oszillatorstromkreis dazu benutzt werden kann, um die Schwingungen des Oszillators zu steuern. Eine nach diesem Grundsatz arbeitende Schalteinrichtung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.

Die in einem Elektrodenhalter 31 unter Schutzgas arbeitende Elektrode 30 und das Werkstück 32 liegen in einem Stromkreis mit dem Wechselstrom-Schweißgenerator 33. Die Hochspannungsquelle in Fig. 3 besteht aus Vakuumröhren V₁ und V₂, die mit dem Kopplungstransformator 34 verbunden sind. Dieser Kreis besteht aus einem üblichen Oszillator in Gegentaktschaltutig, dem unterhalb der Abschaltspannung von einer Zusatzbatterie 35 Strom zugeführt wird. Wenn der durch die Transformatorwicklung 36 fließende Schweißstrom unter den Sättigungswert des Ferritkernes 37 fällt, während der Strom bei jeder halben Periode die Richtung wechselt, wird in der Wicklung 38 Spannung induziert. Dadurch erhöht sich die Spannung an der Elektrode der einen Vakuumröhre und sinkt an der Elektrode der anderen Vakuumröhre. Durch die Koppelkondensatoren 39 wird das eine Gitter leitend, so daß die Schwingungen beginnen; die Schwingungen setzen dann wieder aus, wenn der Schweißstrom wieder eingeschaltet ist und den Kern 37 sättigt. Dadurch wird der Oszillator belastet und abgeschaltet. Abgestimmte Stromkreise, bestehend aus den Kondensatoren 40 und den in den Gitterrückströmen der Vakuumröhren enthaltenen Induktivitäten 41, ermöglichen nur Schwingungen mit der normalen Oszillatorfrequenz. Ein im Nebenschluß liegender Kondensator 42 dient dazu, die Hochspannung um den Schweißgenerator herum kurzzuschließen. Dieser Kondensator stellt einen hohen resultierenden Widerstand gegenüber der Frequenz im Schweißstromkreis dar. Anstatt des dargestellten Oszillators können auch andere geeignete Oszillatoren verwendet werden.

Aus der beschriebenen Arbeitsweise ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung der Oszillator bei jedem Richtungswechsel im Schweißstromkreis selbsttätig ausgelöst wird und so den Wechselstrom-Lichtbogen stabilisiert. Als Hochfrequenzquelle dient ein Vakuumröhren-Schwingungserzeuger mit konstanter Frequenz. Der Vorzug der in Fig. 3 dargestellten Schalteinrichtung ist, daß der Oszillator nur während sehr kurzer Intervalle in Tätigkeit tritt, so daß er verhältnismäßig gering beansprucht wird. Das hat den wirtschaftlichen Vorteil, daß für den Oszillator viel kleinere und nicht so kostspielige Schaltelemente verwendet werden können als bei den anderweit gebrauchten Oszillatoren.

Die Beschreibung der Erfindung zeigt, daß mit der Schalteinrichtung Frequenzen von 50 bis 500 kHz in dem Hochspannungsstromkreis genügen, um den Lichtbogen bei Verwendung von Gleichoder Wechselstrom sicher zu zünden bzw. zu stabilisieren. Dieser Erfolg wird durch die Verwendung eines sättigungsfähigen Kernes in dem Entkopplungsnetz des Schweißgenerators oder in dem äußeren Stromkreis des Oszillators erreicht, insbesondere durch einen Kernwerkstoff von hoher magnetischer Permeabilität und geringen Kernverlusten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. S chalteinr ichtung zum Lichtbogenschweiß en mit Gleich- oder Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsstromkreis mit Wechselstrom hoher Frequenz und hoher Spannung sowie als Impedanzmittel ein induktiver Widerstand vorgesehen sind, der einen Kern mit hoher magnetischer Permeabilität und hohem Ohmschen Widerstand in bezug auf dessen Volumen enthält, so daß der Kern durch den Hilfsstrom nicht gesättigt, durch einen zeitweisen Höchstwert des Schweißstromes aber gesättigt wird.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch ι zum Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom niedriger Frequenz., dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des resultierenden Widerstandes für die Hilfsstromquelle zu dem resultierenden Widerstand für die Schweißstromquelle größer als das Verhältnis der Frequenzen im Hilfsbzw. Schweiß Stromkreis ist.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern bei einem niedrigen Wert des Scfoweißstromes gesättigt wird, so daß beim Ansteigen des Schweiß stromes über diesen niedrigen Wert der induktive Widerstand einen geringen resultierenden Widerstand darstellt, und daß der Kern sich im wesentlichen bei allen Werten des Hilfsstromes unterhalb des Sättigungspunktes befindet, so. daß der induktive Widerstand einen hohen resultierenden Widerstand für den Hilfsstrom darstellt, wenn der Schweißstrom unterhalb seines niedrigen Wertes bleibt.
4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstromkreis eine Frequenz von 50 bis 500 kHz hat.
5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des induktiven Widerstandes aus ferromagnetischen Metalloxyden nach der Formel M O Fe₂O₃ besteht, wobei M ein zweiwertiges Metallion bedeutet.
6. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Koppelglieder zur Verbindung des Hilfsstromkreises mit dem aus Werkstück, Elektrode und Stromquelle bestehenden Schweißstromkreis vorgesehen sind, die im wesentlichen aus einem Transformator

mit einem ferromagnetischen Kern von hoher Permeabilität und geringem magnetischem Verlust bestehen.
7. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstromkreis mit dem Schweiß Stromkreis parallel geschaltet ist, und daß abschaltbare Koppelglieder im Schweißstromkreis vorgesehen sind, die im wesentlichen aus einem Blockinduktor oder einer Drosselspule bestehen und einen ferromagnetischen Kern von hoher Permeabilität und hohem Obmschen Widerstand enthalten, wobei das Verhältnis der Impedanz des Blockinduktors im ungesättigten Zustand gegenüber der Hochfrequenzquelle zu der Impedanz des Blockinduktors in gesättigtem Zustand gegenüber der Schweißfrequenz größer als das Schwingungsverhältnis der Hochfrequenz zu der Niederfrequenz ist.
8. Lichtbogenschweißverfahren mit einer Schalteinrichtung nach Anspruchs und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Blockinduktors bzw. der Drosselspule bei niedriger Schweißstromstärke gesättigt ist, und daß der Kern im wesentlichen bei allen Werten der hochfrequenten Hochspannung im · Hilfsstromkreis nicht gesättigt ist, so daß die hochfrequente Hochspannung zwischen Schweißelektrode und Werkstück nur zum Zünden bzw. Stabilisieren des Lichtbogens auftritt.

Angezogene Druckschriften:

USA.-Patentschriften Nr. 2 561 995, 2 363 332, 377> 2495 183;
französische Patentschrift Nr. 571 119.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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