DE2746945C3

DE2746945C3 - Verfahren zum Lichtbogenschweißen mit einem hochfrequenten Impuls-Gleichstrom sowie Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahren

Info

Publication number: DE2746945C3
Application number: DE2746945A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Ise Mie Ikemura
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1976-11-01
Filing date: 1977-10-19
Publication date: 1981-12-17
Also published as: JPS5421298B2; DE2746945B2; JPS5356139A; FR2369050B1; US4192987A; FR2369050A1; DE2746945A1; GB1574880A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen mit einem hochfrequenten Impuls-Gleichstrom, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, ei aß die Festigkeit und die Stabilität des Bogens in einem Gleichspannungs-Bogenschweißgerät wesentlich verbessert wird, wenn dem Schweißstrom eine hochfrequente Impulskomponente von 1OkHz bis 100 kHz überlagert wird. Diese Verbesserung gegenüber Geräten, in denen die hochfrequente Impulskomponente nicht vorhanden ist, ist unabhängig von der Verwendung sich nicht verbrauchender oder sich verbrauchender Elektroden. Dabei kann die Schweißgeschwindigkeit extrem heraufgesetzt werden, wobei der pulsierende Schweißstrom zu perlenförmigen Schweißnähten führt und die Schweißeigenschaften metallurgisch verbessert. Der Zusammenhang zwischen dem hochfrequenten Bogenstrom und den Schweißeigenschaften ist durch die folgenden beiden Bedingungen charakterisiert: Erstens sind die Schweißeigenschaften um so besser, je höher die Frequenz des hochfrequenten Impulsstroms ist. Zweitens sind die Schweißeigenschaften auch um so hesser, je größer die Welligkeit des hochfrequenten Impulsstromes ist, wobei der Mittelwert des hochfrequenten Bogenschweißstroms gleich gehalten wird.

Eine bekannte Schaltungsanordnung zur Durchführung eines hochfrequenten Bogenschweißverfahrens ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, wobei die Fig. 1 und 3 Schaltbilder bekannter Schaltungen und die F i g. 2 bis 4 Schweißstrom-Diagramme für die Schaltungen nach den F i g. 1 und 3 zeigen.

Wird bei der Ausführungsfonn nach den F i g. 1 und 2 ein Schalter SWgeschlossen, so fließt ein Schweißstrom /von einer Gleichspannjngsquelle füber den Schalter 5VK eine durch das Schweißgerät und das Zuleitungskabel gebildete Induktivität L sowie über einen Widerstand R, welcher der Bogenlast des Schweißgerätes äquivalent ist, zur GleichspannunRsquelle £ zurück. Gemäß F i g. 2 steigt der Schweißstrom / von einem Punkt 0 über einen Zwischenzeitpunkt fo bis zu einem Wert in einem Zeitpunkt f|. Nach Ablauf einer

Einschaltdauer des Schalters SW, welche erforderlich ist, um den Schweißstrom auf einem vorgegebenen Mittelwert zu halten, wird der Schalter SW im Zeitpunkt t\ geöffnet. Sodann fließt der Schweißstrom / in einem Kreis, der durch die unvermeidliche Induktivität L, den Bogenwiderstand R und eine Diode D gemäß F i g. 1 gebildet wird, wobei der Schweißstrom / vom Wert im Zeitpunkt ii auf einen Wert in einem Zeitpunkt h abfällt Dieser Stromabfall ist durch eine Zeitkonstante LJR festgelegt Im Zeitpunkt h nach einer Periode T₀, weiche durch die vorgegebene Frequenz des hochfrequenten Impulsstroms festgelegt ist, wird der Schalter SW erneut geschlossen. Das öffnen und Schließen des Schalters SW wiederholt sich in einem zyklischen Vorgang. Daher läuft der Schweißvorgang gemäß dem Verlauf des Schweißstroms nach F i g. 2 ab.

Ist unter diesen Bedingungen die Zeitkonstante L/R der Dämpfung groß, so ist eine lange Zeitdauer zur vollständigen Dämpfung des Schweißstroms erforderlich, d. h. die Welligkeit des Schweißstroms wird gemäß der Kurve nach Fig.2 gering. Bd einem derartigen Stromverlauf tritt daher der Nachteil auf, d?ß die durch die Hochfrequenzkomponente und die große Welligkeit erzielbaren besseren Schweißbedingungen nicht realisierbar sind, auch wenn die Verluste klein gehalten werden.

In der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 ist in den Dämpfungskreis für den Schweißstrom ein Widerstand R₀ eingefügt, um die durch die Schaltung nach F i g. i erreichbaren Schweißeigenschaften zu verbessern. In der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 wird die Dämpfungszeitkonstante durch den Ausdruck U(R + RJ) definiert, weiche gegenüber der Zeitkonstante in der Schaltung nach F i g. 1 kleiner ist Wie F i g. 4 zeigt, wird gegenüber dem Stromverlauf nach F i g. 2 damit auch die Welligkeit des Schweißstroms größer. Aufgrund der größeren Welligkeit ist daher der Vorteil besserer Schweißeigenschaften realisierbar. Bei dieser Schaltung tritt jedoch ein den Schweißvorgang nachteilig beeinflussender Effekt auf, weil der Wirkungsgrad durch den Energieverbrauch im Widerstand Ro verschlechtert wird. Wenn die Impulsfrequenz des Schweißstroms 25 kHz, der Spitzenwert des Schweißstroms 1000 A und der Wert der unvermeidbaren Induktivität L 5 μΗ beträgt, so übersteigt der Energieverbrauch im Widerstand R₀ im Falle von F i g. 4 den Wirt von 60 kW.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochfrequenz-Lichtbogenschweißverfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzuheben, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Hochfrequenz-Lichtbogenschweißverfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß elektrische Energie temporär in einer Induktivität gespeichert wird, daß die gespeicherte elektrische Energie in einer Gleichspannungsquelle regeneriert wird, daß die regenerierte elektrische Energie über eine weitere Induktivität entladen wird und daß die entladene elektrische Energie in einer weiteren Gleichspannungsquelle für den Schweißvorgang regeneriert wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des vorstehend definierten Verfahrens durch folgende Merkmale gekennzeichnet:
eine Reihenschaltung einer ersten Gleichspannungsquelle und einer /weiten Regenerations-GIeichspannungsquelle oder einer äquivalenten Kapazität zwischen zwei Schaltungspunkten, wobei die erste Gleichspannungsquelle zwischen einem ersten Schaltungspunkt und einem gemeinsamen Schaltungspunkt und die zweite Gleichspannungsquelle bzw. die äquivalente Kapazität zwischen dem gemeinsamen Schaltungspunkt und einem zweiten SchaJtungspunkt derart liegen, daß sich ihre Spannungen addieren, ein erstes variables Impedanzelement das vom ersten Schaltungspunkt über einen die Bogenlast repräsentierenden Widerstand und eine durch das Schweißgerät und ein Zuleitungskabe! gebildete Induktivität an den gemeinsamen Schaltungspunkt geschaltet ist, ein zweites variables Impedanzelement das vom zweiten Schaltungspunkt über eine Regenerationsinduktivität an den gemeinsamen Schaltungspunkt geschaltet ist, eine ersten Gleichrichter, der zwischen den Verbindungspunkt des ersten variablen Impedanzelementes und des Lastzweiges aus Widerstand und Induktivität sowie den zweiten Schaltungspunkt geschaltet ist einen zweiten Gleichrichter, der zwischen den Verbindungspunkt des zweiten variablen Impedanzelementes und der Regenerationsinduktivität sowie den ersten Schaltungspunkt geschaltet ist eine temporäre Speicherung elektrischer Energie in der Induktivität bei kleiner Impedanz des ersten Impedanzelementes und zunehmendem Schweißstrom, eine Regeneration der gespeicherten elektrischen Energie in der zweiten Gleichspannungsquelle bzw. der äquivalenten Kapazität bei großer Impedanz des ersten Impedanzelementes, eine darauf folgende Entladung der regenerierten elektrischen

jo Energie in die Regenerationsinduktivität über das zweite Impedanzelement bei kleiner Impedanz und eine Regeneration der elektrischen Energie in der ersten Gleichspannungsquelle bei großer Impedanz des zweiten Impedanzelementes.

Erfindungsgemäß dient also eine Gleichspannungsquelle für den Schweißvorgang und entweder eine weitere Gleichspannungsquelle oder eine äquivalente Kapazität zur Regeneration der in der unvermeidbaren Induktivität gespeicherten elektrischen Energie, welche durch das Bogenschweißgerät und das Zuleitungskabel gebildet wird, wobei die gespeicherte elektrische Energie in der für den Schweißvorgang vorgesehenen Gleichspannungsquelle durch geeignete Einstellung der Spannung der Gleichspannungsquelle bzw. der äquivalenten Kapazität für den Regenerationcvorgang regeneriert wird.

Der elektrische Schweißvorgang wird mittels eines hochfrequenten Schweißstroms mit dreieckförmigem Verlauf durchgeführt, wobei ein Schaltelement SW, für den Ablauf des Sch weiß Vorgangs bei hoher Frequenz vorgesehen ist Die elektrische Energie in einer durch das Schweißgerät und das Zuleitungskabel gebildeten Induktivität L₁ wird temporär entweder in einer Gle.chspannungsquelle E₂ oder einer äquivalenten > Kapazität C₂ gespeichert wobei diese Elemente für den Regenerationsvorgang vorgesehen sind. Die gespeicherte elektrische Energie wird sodann in einer für den Schweißvorgang vorgesehenen Gleichspannungsquelk E\ regeneriert, w"bei ein Schaltelement SW₂ sowie eine Induktivität La für diesen Regenerationsvorgang vorgesehen sind. Gleichzeitig wird die Spannung der Gleichspannungsquelle E₂ bzw. die Spannung an der äquivalenten Kapazität so eingestellt, daß sie an die Schaltperiode des Schaltelementes SW₁ angepaßt ist, so

hi daß der Schweiß' nrgang mit einem Mittelwert und einem Spitzenwert des Schweißstroms abläuft, die unabhängig von der Impulsfrequenz proportional zu einem konstant gehaltenen Mittelwert sind.

Daher ist der Energieverlust in Widerstandskomponenten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nicht größer als in bekannten Schaltungsanordnungen, wobei gleichzeitig auch die Welligkeit des Schweißstroms nicht nachteilig beeinflußt wird. Erfindungsgemäß sind daher bessere Schweißeigenschaften realisierbar.

Darüber hinaus kann die Schweißfrequenz bei Konstanthalten des Spitzenwertes des Schweißstromes bei festem Mittelwert variiert werden, so daß der Aufwand bei der Auslegung des Schweißgerätes im Hinblick auf die Stromfestigkeit der Schaltelemente und der Betriebsspannung des gesamten Schweißkreises gering gehalten wird. Damit werden die Schweißeigenschaften weiter verbessert.

Wird die Induktivität L₂ größer als die unvermeidbare Induktivität L\ gemacht, so ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die Betriebsfrequenz des Schaltelemenies SW₂ kleiner als die Betriebsfrequenz des Schaltelemenies SW] gciriaciii wciueii kanu. Dies isi uriauiiängig vuiii tatsächlichen Wert der Betriebsfrequenz des Schaltelementes 5Wi bis zu einem Wert von 400 Hz oder

In der in Fig.5 dargestellten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist ein insbesondere als Schaltelement 5Wi ausgebildetes variables Impedanzelement in Serie zu einer Gleichspannungsquelle E\, einem der Bogenlast der Schweißmaschine äquivalenten Widerstand Rj und einer durch das Schweißgerät und ein Zuleitungskabel gebildeten Induktivität L\ geschaltet

weniger.

Wird die maximale Betriebsfrequenz des Schaltelementes SW₂ auf etwa 400 Hz oder weniger eingestellt, so kann für dieses Schaltelement SW₂ ein Thyristor verwendet werden.

Damit wird der Aufwand für das Schweißgerät gegenüber bekannten Schweißgeräten, in denen für die Durchführung des Schweißvorgangs zwei oder mehr hochfrequente Schaltelemente erforderlich sind, noch weiter verringert. Darüber hinaus werden die beim Schließen der Schalter auftretende Spannung und der der Schaltfrequenz proportionale Schaltleistungsverlust kleiner, so daß der Wirkungsgrad des gesamten Schweißgerätes verbessert werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den F i g. 5 bis 9 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 5 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Hochfrequenz-Lichtbogenschweißverfahrens,

F i g. 6 den Verlauf des Schweißstroms in der Schaltung nach F i g. 5,

F i g. 7 den Verlauf des Schweißstroms in der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 unter der Voraussetzung, daß die Spannung der für den Regenerationsvorgang verwendeten Gleichspannungsquelle gleich der Spannung der für den Schweißvorgang verwendeten Gleichspannungsquelle bei sich ändernder Frequenz des Schweißstroms is "„

Fig.8 den Verlauf des Schweißstroms in der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 unter der Annahme, daß der Spitzenwert und der Mittelwert des Schweißstroms dadurch konstant gehalten werden, daß die regenerierende Spannung im erfindungsgemäßen Sinne eingestellt wird und

F i g. 9(A), F i g. 9(B) und F i g. 9(C) jeweils den Verlauf des Regenerationsstroms bzw. der Regenerationsspannung.

Der Widerstand R\ und die Induktivität L\ liegen ihrerseits in Serie zu einem durch eine Diode D₁ gebildeten Gleichrichter und einer weiteren Gleichspannungsquelle E₂. Diese weitere Gleichspannungsquelle E₂ ist wiederum in Serie zu einer für den Regenerationsvorgang vorgesehenen Induktivität L₂ und einem insbesondere durch ein Schaltelement 5W₂ gebildeten Impedanzelement geschaltet. Ein durch eine Diode D₂ gebildeter Gleichrichter liegt in Serie zur Gleichspannungsquelle E\ und zur Induktivität L₂. Die Gleichspannungsquelle E\ ist für den Schweißvorgang vorgesehen, während die Gleichspannungsquelle E₂ für den Regenerationsvorgang vorgesehen ist.

In der dargestellten Schaltung kann die Gleichspan nungsquelle E₂ auch durch eine äquivalente Kapazität C₂ ersetzt werden. Die Gleichspannungsquellen E\ und E₇ können die gleiche Spannung ee haben, wobei parallel zu ihnen Kapazitäten vorgesehen sind, welche groß genug sind, um als Gleichspannungsquellen angesehen zu weiden, wci'iii sie iur Vuliwcggieiünriciiiuiig tier Spannung einer Wechselspannungsquelle beitragen und wenn der Bogenspannungsabfall im Vergleich zur Spannung eti der Gleichspannungsquellen klein genug ist.

Die Wirkungsweise der in Fig.5 dargestellten Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand von F i g. 6 erläutert: Wird das Schaltelement SWi in einem Zeitpunkt to geschlossen und das Schaltelement SW₂ offen gehalten, so ergibt sich ein geschlossener Kreis von der Gleichspannungsquelle E\ über das Schaltelement 5W|, die unvermeidbare Induktivität L\ und den Widerstand R\ zur Gleichspannungsquelle E\ zurück. Daher fließt in diesem geschlossenen Kreis ein Schweißstrom /Xi, welcher gemäß Fig.6 vom Zeitpunkt ίο bis zu einem Zeitpunkt /ι mit einer Steigung zunimmt, die durch den Faktor e^/L\ definiert ist Im Zeitpunkt t\ wird das Schaltelement 5Wi nach einer Schließdauer TA₀ geöffnet Der Mittelwert des Schweißstroms iL\ nimmt damit einen vorgegebenen Wert /b an. Nach öffnen des Schaltelementes SWi bildet sich ein weiterer geschlossener Kreis zwischen der unvermeidbaren Induktivität L\, dem Widerstand R\, der Gleichspannungsquelle E₂, der Diode Di und zurück zur Induktivität L\. Damit nimmt der Schweißstrom /Li mit einer Steigung ab, welche für eine Öffnungsdauer TB₀ zwischen dem Zeitpunkt fi und einem Zeitpunkt t₂ gemäß F i g. 6 durch einen Faktor - ealL\ definiert ist Im Zeitpunkt f2 nach einer Dauer 70, welche der Summe der Zeitdauern TA₀ und TB₀ entspricht (entsprechend der Zeit vom Zeitpunkt ίο bis zum Zeitpunkt (2) wird das Schaltelement 5Wi erneut geschlossen. Der Schweißvorgang läuft dabei mit einem dreieckfönnigen Schweißstrom ab.

Unter diesen Bedingungen arbeitet das Schweißgerät mit der maximalen Arbeitsfrequenz k, welche bei einem maximalen mittleren Schweißstrom

'O ~~ —Z—

einem Wert MTo entspricht

Um den Mittelwert des Schweißstroms zu verringern, kann es generell ausreichen, die Schließdauer des Schaltelementes SW; zu verkürzen, wodurch der Schweißstrom gemäß einer gestrichelten Kurve in Fig.6 kleiner wird. Arbeitet das Schweißgerät mit maximaler Frequenz und maximalem mittlerem Strom, so ist der in F i g. 6 durch eine doppelt gestrichelte Linie

dargestellte Mittelwert ^ gleich dem halben Maximalwert ipo, d. h. es ist in = ipn/2, wobei die Dauer Tn. welche der Größe Ι//Ό entspricht, gleich der Summe der Dauern TAo und 7"Si ist. Die GröOe TAn ist dabei durch die Zeitpunkte fo und t\ festgelegt, während die Dauer TB_n durch die Zeitpunkte i| und I₂ festgelegt ist. Es gilt also To = TAo + TBo, was lediglich erreicht wird, wenn das Γ-erät mit voller Frequenz arbeitet und die Dauer 7M₀ g'.eich der Dauer TB₀ (d. h. TA₀ - TBo) ist. Der Absolutwert der Neigung der ansteigenden Kurvenzüge ist dabei gleich dem Absolutwert der Neigung der abfallenden Kurvenzüge.

Ein Betrieb der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 mit abgesenkter Arbeitsfrequenz des Schweißstroms wird anhand der Kurve nach F i g. 7 erläutert.

Bei dieser Kurve nach Fig. 7 ist angenommen, daß der Schweißvorgang mit einer kleineren Arbeitsfrequenz f\ = fo/n mit η > I durchgeführt wird. Unter dieser Bedingung wird eine Dauer Tl gleich nTo (Tf = nTo), wobei die Schließ- und die Öffnungsdauer des Schaltelementes SW\ gleich TAy bzw. TB\ sind. Wird der Spitzenwert des Schweißstroms bei abgesenkter Frequenz mit ip bezeichnet, so ergeben sich die folgenden Beziehungen:

TA, = (//)'//)„) TA₁,. 7B₁ = (//)//)„) /B₁, TAt +7Bi = (//J///),,) (7X₁₁+ 7B₁₁) = UpAp₁₁) 7;,

Kurve nach Fig. 8 so eingestellt, daß der gleiche Spitzenwert und der gleiche Mittelwert des Schweißstroms wie in den Kurven nach F i g. 6 erhalten wird.

Gemäß F i g. 8 wird die Regenerationsspannung der Gleichspanniingsquelle Ei unter der Bedingung erhalten, daß die Arbeitsfrequenz f₂ gleich l/n-mal der maximalen Arbeitsfrequenz k ist (f₂ = fo/n). Dabei gelten folgende Beziehungen: Es sei angenommen, daß die Summe einer Dauer TAi und einer Dauer TB₂ gleich der Dauer 7Ί ist (TA₂ + TB₂ = Ti), was auch gleich nT_n ist (Γι = π7"ο). Weiterhin sei die Dauer TA₂ gleich der Dauer TAn(TA₂ = TA_n). Daher ist die Dauer 7"S₂ gleich der Differenz der Dauer TA₂ oder der Dauer TAn und der Dauer Γι oder der Dauer nT₀(TB₂ = nTn— TA₀). Da die Dauer TAn gemäß Fig. 6 gleich der Dauer TBo ist, gelten folgende Beziehungen:

/B, - /1/;, - TA₁, = H(TA₁, + 7B₁₁) - /^₁ = 2/;7B„ - /B₁, = (2n- 1) 7B₁₁

Da die Dauer TB₂ umgekehrt proportional zur Regenerationsspannung V_c der Gleichspannungsquelle E₂ ist, gelten folgende Beziehungen:

TB₁ TB₁,

V =

v_t

TB, TB,

In-

Um die Bedingung Ίο = ipo/2 im obengenannten Sinne zu erfüllen, ergibt sich der Spitzenwert ip des

Schweißstroms bei abgesenkter Frequenz aus den r> Ist also die Regenerationsspannung V₁- der Gleichfolgenden Beziehungen: Spannungsquelle £2 gleich

TA₁

■ * · τ

= UpAp₁,) T₁, —— ■ ip ■ — . nT„ 2

n{ip)² = (ip)² ip = Vn ip.

Das bedeutet, daß der Spitzenwert ip des Schweißstroms bei abgesenkter Frequenz mit einer Arbeitsfrequenz von 1/n-mal der maximalen Arbeitsfrequenz k /Timal höher als der Spitzenwert ipo des Anfangsschweißstroms ist Die Schaltkapazität des Schaltelementes SWi muß daher erhöht werden, um an den Mittelwert des Schweißstroms angepaßt zu werden, wenn die Frequenz mit dem Mittelwert des Anfangsschweißstroms abgesenkt wird Dies ist jedoch absolut unökonomisch und aus Gründen des Wirkungsgrades nicht wünschenswert

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist erfindungsgemäß eine Möglichkeit zur Konstanthaltung des Mittelwertes des Schweißstromes iL\ vorgesehen, wobei der Spitzenwert des Gleichstroms auch bei Absenken der Arbeitsfrequenz im wesentlichen konstant gehalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Regenerationsspannung der Gleichspannungsquelle E₂ einstellbar ist Speziell wird die Regenerationsspannung gemäß der 2n-\

wenn das Schweißgerät bei einer Arbeitsfrequenz f₂ gleich k/n arbeitet, so können der Mittelwert und der

r> Spitzenwert des Schweißstroms gemäß Fig.8 gleich den entsprechenden Größen des Anfangsschweißstroms gemäß F i g. 6 gemacht werden, d. h. mit anderen Worten, daß die Ströme io und ;po konstant gehalten werden.

-,0 Im dargestellten Beispiel liegt die obere Grenze des Frequenzbereiches in der Größenordnung von 25 kHz, venn die Spannung der Gleichspannungsquelle E\ in der Größenordnung von 250 V liegt, die durch das Schweißgerät und das Zuleitungskabel gebildete Induk tivität L\ in der Größenordnung von 5 μΗ liegt und der Mittelwert 4 des Schweißstroms einen Maximalwert von 500A besitzt Frequenzen· oberhalb von 15 kHz kommen aus Rauschgründen in Betracht Der tatsächlich verwendete Frequenzbereich liegt vorzugsweise in einer Größenordnung von wenigstens 1 :2. Dies bedeutet, daß die Regenerationsspannung der Gleichspannungsquelle E\ in Obereinstimmung mit der Änderung der Arbeitsfrequenz in einem Bereich von 1 :3 eingestellt werden kann. Wie oben bereits ausgeführt, kann für den Regenerationsvorgang an Stelle der GleächspannungsqueHe Fi auch eine äquivalente Kapazität C₂ als elektrische Quelle verwendet werden. Eine solche Kapazität kann beim anfänglichen

Schließen des Schaltelementes SWi auf die gleiche Spannung es aufgeladen werden, wie sie die Gleichspannungsquelle E\ hat.

In diesem Zusammenhang ist ein Kreis zur Entladung der elektrischen Energie erforderlich, welche in der durch die Gleichspannungsquelle E₂ bzw. der äquivalenten Kapazität O₂ gebildeten Quelle für die Regenerationsspannung regeneriert wird. Die elektrische Energie kommt dabei von der Gleichspannungsquelle E\, da die Regenerationsspannung jedes Mal graduell zunimmt, wenn das Schaltelement SW- geschlossen und geöffnet wird. Der Kreis zur Entladung der elektrischen Energie wird in der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 von der Gleichspannungsquelle E₂ über die Induktivität L₂, das Schaltelement SW₂ und zur Gleichspannungsquelle E₂ zurück gebildet. Speziell wird die in der Induktivität Li gespeicherte elektrische Energie in der Gleichspannungsquelle £2 bzw. in der äquivalenten Kapazität C₂ durch öffnen des Schaltelementes SW_t regeneriert, w'übci uic rcgcMcficric elektrische Eiicigic üuci cii'icii Regenerationsstrom /L₂ entladen wird, welcher durch Schließen des Schaltelementes 5W₂ im Entladekreis fließt. Die in der Induktivität U gespeicherte und in der Gleichspannungsquelle Ei bzw. der äquivalenten Kapazität C₂ regenerierte elektrische Energie wird temporär in der Induktivität L₂ gespeichert. Diese in der Induktivität L₂ gespeicherte elektrische Energie wird in dem Zeitpunkt in der Gleichspannungsquelle Ei regeneriert, in dem das Schaltelement SW₂ geöffnet wird. Dabei ergibt sich in der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 ein Kreis von der Induktivität Z-₂ über die Diode Di und die Gleichspannungsquelle £1 zur Induktivität L₂ zurück.

Die Strom- bzw. Spannungsverläufe des Regenerationsvorgangs sind in Fig. 9(A), 9(B) und 9(C) dargestellt. Fig.9(A) zeigt den Verlauf des Schweißstroms /Li, während F i g. 9(B) den Regenerationsstrom /L₂ zeigt, wobei der Spitzenwert des Schweißstroms in diesen beiden Figuren den gleichen Wert besitzt. Die in F i g. 9(A) schraffierten Teile geben die in die Gleichspannungsquelle E₂ bzw. die äquivalente Kapazität C₂ fließende Energiemenge an, während die in Fig.9(B) schraffierten Teile die au;» der Gleichspannungsquelle E₂ bzw. der äquivalenten Kapazität C₂ abfließende Energiemenge angeben. Dies gilt für die jeweiligen Zeitpunkte der Betätigung des Schaltelementes SW₂.

Wird in diesen beiden Figuren angenommen, daß der Spitzenwert des Schweißstroms iL\ gleich dem Spitzenwert des Regenerationsstroms /L₂ ist und daß diese beiden Größen dem Spitzenwert des Anfangsschweißstroms ipo entsprechen, so ist die in die Gleichspannungsquelle E₂ bzw. in die äquivalente Kapazität C₂ fließende Energiemenge gleich der aus der Gleichspannungsquelle E₂ bzw. der äquivalenten Kapazität C₂ abfließenden Energiemenge, da die in den beiden Figuren schraffierten Bereiche im gleichen Zeitintervall den gleichen Wert besitzen. Tatsächlich ist jedoch die zufließende Energiemenge kleiner als die abfließende Energiemenge, da ein Bogenwiderstand und die Diode D\ praktisch in Serie im Kreis liegen. Ist daher der Strom im Schaltelement SW₂ gleich dem Strom im Schaltelement SWu so kann die elektrische Energie in der Gleichspannungsquelle E\ bzw. in der äquivalenten Kapazität C₂ durch die Betätigung des Schaltelementes SW₂ voll abfließea

Die Änderung des Signalverlaufs der Gleichspannungsquelle £2 bzw. der äquivalenten Kapazität C₂ wird anhand von Fig.9(C) erläutert Es sei angenommen,

daß die Spannung V_c der Gleichspannungsquelle E₂ bzw. die Spannung in der äquivalenten Kapazität C₂ durch die voreingestellte Frequenz des Schweißstromes festgelegt ist und daß der Bezugswert der Spannung K₁ als eine Spannung VO definiert ist. Damit kann eine obere Spannungsgrenze Vo + OV und eine untere Spannungsgrenze V₀-A V festgelegt werden, ohne daß die Schweißeigenschaften nachteilig beeinflußt werden. Die Spannung V ist dabei als Differenz von der Spannung V₀ definiert. Wird mittels einer in der Figur nicht dargestellten Einrichtung der Augenblick festgestellt, in dem die Spannung V_rdie obere Spannungsgrenze V₀ + Δ V übersteigt, so öffnet und schließt das Schaltelement SW₂ den Kreis. Die Änderung der Spannung V_c ist in F i g. 9(C) durch eine »Arbeitsperiode des Schaltelementes SW₂« dargestellt. Es sei bemerkt, daß die Zeiteinteilung in den Fig.9(A) und S;3) einerseits und in F i g. 9(C) andererseits nicht gleich ist
Speziell nimmt beim Schließen des Schaltelementes

SW₂ die Spannung V_c au, Wcfii'i die cickiiisChc Eiieigie aus der Gleichspannungsquelle E₂ bzw. aus der äquivalenten Kapazität C₂ abfließt, während die Spannung V_c zunimmt, wenn das Schaltelement SW₂ geöffnet ist. Wenn die Abnahme der Spannung V₁-größer als die Zunahme dieser Spannung ist, so nimmt sie graduell insgesamt ab, wobei die die untere Spannungsgrenze Vq-Δ V erreicht. Der Augenblick, in dem die Spannung V₁. die untere Spannungsgrenze Vo-Δ V unterschreitet, wird durch die obengenannte Einrichtung festgestellt, um den Vorgang des öffnens und Schließens des Schaltelementes SW₂ in eine offene Stellung dieses Schaltelementes zu überführen. Damit fließt nur mehr eine Energiemenge in die Gleichspannungsquelle E₂, um die Spannung V_c in einer in F i g. 9(C) mit »Halteperiode des Schaltelementes SW₂« bezeichneten Periode zu erhöhen, bis diese Spannung V_c die obere Spannungsgrenze V₀ + Δ V erreicht. In dem Augenblick, in dem die Spannung V_c die obere Spannungsgrenze überschreitet, wird das Schaltelement SW₂ wieder im Sinne des öffnens und Schließens betätigt, um die Spannung V_c abzusenken. Damit ergibt sich eine wiederholte automatische Be-itigung des Schaltelementes SW₂, um die Spannung V_c in dem durch die obere und die untere Spannungsgrenze definierten Bereich zu halten.

Die Frequenz für die Betätigung des Schaltelementes SW₂ kann gleich der Frequenz für die Betätigung des Schaltelementes SWi sein. Andererseits ist es auch möglich, die Frequenz für die Betätigung des Schaltelementes SlV₂ durch Vergrößern der Induktivität L₂ zu verringern.

Bei den vorstehenden Erläuterungen wurde die Gleichspannungsquelle Ei als Quelle für den Schweißvorgang und die Gleichspannungsquelle E₂ bzw. die äquivalente Kapazität C₂ als Quelle für den Regenerationsvorgang betrachtet Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jedoch auch die Gleichspannungsquelle £1 bzw. eine äquivalente Kapazität Ci als Quelle für den Regenerationsvorgang und die Gleichspannungsquelle E₂ als Quelle für den Schweißvorgang betrachtet werden, durch welche der Anstieg des Schweißstroms festgelegt wird. In diesem Fall ist jedoch der Wirkungsgrad des Schweißgerätes im Vergleich zu der oben eingehend erläuterten Ausführungsform schlechter, wobei auch ein steiler Anstieg des SchweiBstroms schwer zu realisieren ist Die oben eingehend erläuterte Ausführungsform ist daher bevorzugt

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lichtbogenschweißen mit einem hochfrequenten Impuls-Gleichstrom, dadurch ; gekennzeichnet, daß elektrische Energie temporär in einer Induktivität (Li) gespeichert wird, daß die gespeicherte elektrische Energie in einer Gleichspannungsquelle (£2 oder C₂) regeneriert wird, daß die gespeicherte elektrische Energie in in einer Gleichspannungsquelle (E₂ oder C₂) regeneriert wird, daß die regenerierte elektrische Energie über eine weitere Induktivität (Lj) entladen wird und daß die entladene elektrische Energie in einer weiteren Gleichspannungsquelle (£1) für den :5 Schweißvorgang regeneriert wird.

2. Hochfrequenz-Bogenschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Induktivität (Li) durch die Induktivität eines Schweißgerätes und eines Zuleitungskabels gebildet wird und daß die weitere Induktivität (L2) für die Regeneration verwendet wird.

3. Hochfrequenz-Bogenschweißverfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquellen (£1, E₂ oder C₂) so in Reihe geschaltet sind, daß sich deren Spannungen addieren.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung einer jo ersten Schweiß-Gleichspannungsquelle (E₁) und einer zweiun Regenerations-Gleichspannungsquel- Ie(E₂) oder einer äquivalenten Kapazität (C₂) zwischen zwei Schaltpnnkten (a, b), wobei die erste Gleichspannungsquelle (£1) zwischen einem ersten j5 Schaltungspunkt (a) und einem gemeinsamen Schaltungspunkt (e) und die zweite Gleichspannungsquelle (£2) bzw. die äquivalente Kapazität (C₂) zwischen dem gemeinsamen Schaltungspunkt (e) und einem zweiten Schaltungspunkt (b) derart liegen, daß sich ihre Spannungen addieren, durch ein erstes variables Impedanzelement (SW\), das vom ersten Schaltungspunkt (a)übzT einen die Bogenlast repräsentierenden Widerstand (R\) und eine durch das Schweißgerät und das Zuleitungskabel gebildete -r> Induktivität (Li) an den gemeinsamen Schaltungspunkt (e) geschaltet ist, durch ein zweites variables Impedanzeiement (SW₂), das vom zweiten Schaltungspunkt (b) über eine Regenerationsinduktivität (L₂) an den gemeinsamen Schaltungspunkt (e) ~>n geschaltet ist, durch einen ersten Gleichrichter (D\), der zwischen den Verbindungspunkt des ersten variablen Impedanzelementes (5Wi) und des Lastzweiges aus Widerstand (Ri) und Induktivität (Li) sowie den zweiten Schaltungspunkt (b) geschaltet ■>·> ist, durch einen zweiten Gleichrichter (D₂), der zwischen den Verbindungspunkt des zweiten variablen Impedanzelementes (SW₂) und der Regenerationsinduktivität (L₂) sowie den ersten Schaltungspunkt (a) geschaltet ist, durch eine temporäne w> Speicherung elektrischer Energie in der Induktivität (Li) bei kleiner Impedanz des ersten Impedanzelementes (SWi) und zunehmendem Schweißstrom, durch eine Regeneration der gespeicherten elektrischen Energie in der zweiten Gleichspannungsquelle ί > (£2) bzw. der äquivalenten Kapazität (C₂) bei großer Impedanz des ersten Impedanzelementes (5Wi), durch eine darauf folgende Entladung der regenerierten elektrischen Energie in die Regenerationsinduktivität (L₂) über das zweite Impedanzelement (SW₂) bei kleiner Impedanz und durch eine Regeneration der elektrischen Energie in der ersten Gleichspannungsquelle (£1) bei großer Impedanz des zweiten Impedanzelementes (SW₂).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Impedanzelemente (SWu SW₂) Schalter und die Gleichrichter (A, D₂) Dioden sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des ersten Schaltungspunktes (a) positiv gegenüber der Polarität des gemeinsamen Schaltungspunktes (e) und die Polarität des gemeinsamen Schaltungspunktes (e) positiv gegenüber der Polarität des zweiten Schaltungspunktes (b)'isL

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer, während der die Impedanz des ersten und zweiten Schaltelementes (SW₁, SW₂) klein oder groß ist, einstellbar ist