DE4006201C1 - - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
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- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
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- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Drossel für WIG-Schweißmaschinen
oder Plasmaschneidanlagen, bei denen getaktete Stromquellen
verwendet werden und bei denen Hochspannungs-Zündgeräte Verwendung
finden, wobei die Drossel gleichzeitig als Glättungsdrossel für
die getaktete Stromquelle und als Zündübertrager für das Zündgerät
verwendet werden kann.
Beim Aufbau von getakteten Stromquellen, vorzugsweise in der
Schweißtechnik, findet meistens am Ausgang zum Schweißbrenner
eine Glättungsdrossel Verwendung. Es ist ebenso üblich, zur
Erzeugung von Hochspannungsimpulsen parallel zum Ausgang, also
parallel zur Lichtbogenstrecke, ein Zündgerät einzusetzen, das
durch die hohe Spannung die Luftstrecke durchschlägt und einen
ionisierten, leitenden Kanal für den Schweißstrom bahnt. Bei
einer anderen möglichen Ausführung wird die Drossel selber als
Zündübertrager verwendet. Dabei erhält sie eine zweite Wicklung,
welche an ein Zündgerät angeschlossen wird. Für die weitere
Betrachtung ist es ohne Belang, welche der beiden Möglichkeiten
gewählt wird.
Die Drossel hat nun neben der Glättung auch die Aufgabe, durch
ihre Induktivität die kurzen Zündimpulse zu sperren und ihnen
einen so hohen induktiven Widerstand entgegenzusetzen, daß die
Hochspannung nicht kurzgeschlossen wird. Die Energie der
Zündimpulse darf deswegen nicht zu hoch sein weil es gelegentlich
vorkommt, daß ein Schweißer mit ihnen in Berührung kommt. Dabei
darf er nicht zu Schaden kommen, obwohl er einen elektrischen
Schlag erhält. Um mit der begrenzten Energie eine möglichst hohe
Spannung zu erreichen, ist es deshalb notwendig, die
Hochspannungsimpulse sehr kurz auszubilden. Ein typischer Impuls
hat einen Spannungswert von etwa 8 bis 10 kV und eine Dauer von
1 bis 2 µs. Hat eine Glättungsdrossel zu wenig Induktivität,
dann belastet sie das Zündgerät zu stark und die erzeugte
Impulsspannung fällt z. B. auf 6 kV ab. Das führt dazu, daß das
Zündverhalten der Maschine drastisch schlechter wird.
An die Drossel werden also zwei Anforderungen gleichzeitig
gestellt:
- 1. Ihre Induktivität muß so optimiert sein, daß sie als Glättungsdrossel bei gegebener Schaltfrequenz von z. B. 25 kHz zu dem gewünschten Betrag der Welligkeit des Ausgangsstromes führt. Gleichzeitig wird damit die Dynamik der Stromregelung eingestellt. Ferner muß der ohmsche Widerstand der Drossel klein sein, damit keine nennenswerten ohmschen Verluste an der Drossel auftreten. Will man diese Forderung erfüllen, bietet sich eine Bauform als Stabkerndrossel mit einem Kern aus Trafoblechen an.
- 2. Ihre Induktivität muß so bemessen sein, daß sie die Zündimpulse des Hochspannungs-Zündgerätes optimal sperrt. Diese Anforderung spricht für eine Bauform mit einem Ferritkern, der für die hohe Impulsfrequenz geeignet ist.
Leider ist es nun so, daß die beiden dafür notwendigen
Induktivitätswerte nur sehr wenig miteinander zu tun haben, denn
die Werte liegen z. B. um den Faktor 5 auseinander.
Benötigt wird also eine Drossel, welche bei hohen Frequenzen
(z. B. 500 kHz) und kleinen Strömen (z. B. 10 A) eine hohe
Induktivität und bei mittleren Frequenzen (z. B. 25 kHz) und großen
Strömen (z. B. 30 bis 400 A) eine reduzierte Induktivität bei
minimalem Widerstand aufweist.
Es ist bekannt, wie man sogenannte Sättigungsdrosseln realisieren
kann, bei denen der Kern so dimensioniert ist, daß er über einem
bestimmten Drosselstrom in die Sättigung geht. Damit sinkt,
abhängig vom gewählten Kernmaterial, die Induktivität maximal
bis zur Induktivität einer Luftdrossel ab.
Stand der Technik ist es, die Glättungsdrossel ganz mit einem
Ferritkern auszurüsten. Der Ferritkern muß dann so bemessen sein,
daß er selbst bei vollem Laststrom am Ende noch z. B. ein Fünftel
der Anfangspermeabilität besitzt. Dazu wird sehr viel Ferrit
benötigt. Diese Lösung ist daher entsprechend teuer.
Der andere Weg besteht darin, die Drossel so zu bemessen, daß
sie als Luftdrossel den Wert besitzt, der für ihre Funktion als
Glättungsdrossel benötigt wird. Dann wird durch Einfügen eines
Ferritkernes für den Bereich kleiner Ströme die Induktivität
z. B. um den Faktor 5 angehoben, so daß sie die Zündimpulse sperrt.
Dieser Ferritkern geht dann bei höheren Strömen hart in die
Sättigung. Wählt man jedoch diesen Weg, so wird die Größe der
Drossel nicht optimal, da eine Luftdrossel eine wesentlich größere
Bauform als eine Drossel mit Kern besitzt, dadurch steigt auch
der ohmsche Widerstand unvorteilhaft an.
Der Einsatz einer Drossel bei einer WIG-Schweißanlage ist aus
der DE 20 24 276 bekannt, während ihr Einsatz bei einer
Plasmaschneidmaschine aus der DE 24 35 020 A1 bekannt ist.
Aus der US 41 03 221 ist es bekannt, den Kern einer Spule aus
unterschiedlichen Kernmaterialien zusammenzusetzen, um den
Einfluß einer Gleichstrommagnetisierung auf das
Wechselstromverhalten zu kompensieren.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Drossel zu schaffen,
welche eine kleine Bauform mit niedrigem ohmschen Widerstand
besitzt, mit möglichst wenig teurem Ferritmaterial ausgestattet
ist und trotzdem beim Einsatz in einer WIG-Schweißanlage oder
eine Plasmaschneidanlage als Glättungsdrossel für die
Schaltfrequenz und als Sperrdrossel für die Zündimpulse wirkt.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der
Kern der Drossel aus mindestens einem Ferritkern und aus
Trafoblech zusammengesetzt ist.
Es herrscht heute ein gewisses Vorurteil, daß eine
Hochfrequenzdrossel keinen Kern aus Trafoblech besitzen kann,
da nach allgemeinem Wissen Trafoblech bei höheren Frequenzen
hohe Wirbelstromverluste besitzt. In Wirklichkeit handelt es
sich bei der Anwendung in der Schweißmaschine jedoch nicht um
eine dauernde Belastung mit Hochfrequenz, sondern die Zündimpulse
sind Einzelimpulse mit extrem kurzer Dauer (1 bis 2 µs).
Untersucht man das Verhalten von Luftdrosseln, welche an das
Zündgerät angeschlossen sind, so stellt man überraschenderweise
fest, daß das Einführen eines Stabkernes aus einem Paket
Trafoblech die Zündeigenschaften in keiner Weise beeinflußt.
Es läßt sich weder eine Dämpfung noch eine Verstärkung
feststellen. Die Impulse sind so kurz, daß die Elementarmagnete
des Trafobleches keine Zeit zur Reaktion haben. Diese Versuche
und die daraus folgende Erkenntnis erlauben es somit, die Drossel
als Stabkerndrossel optimal an die Erfordernisse der Glättung
anzupassen und ihre Induktivität darauf abzustimmen. Mit einem
zusätzlichen Ferritkern wird jetzt im niedrigen Strombereich
die Induktivität für die Hochfrequenzimpulse z. B. um den Faktor
5 angehoben. Dieser Ferritkern kann klein sein, denn er darf
schon z. B. ab 10 Ampere in die Sättigung gehen.
Die Vorteile liegen also darin, daß durch die Verwendung des
sehr preisgünstigen Stabkernes aus Trafoblech eine kleine und
widerstandsarme Bauform gefunden ist. Von der preislichen Seite
stellt sich das so dar, daß Ferrit z. Z. etwa 20 mal so teuer
ist, wie Trafoblech und daß Ferrit nur etwa 1/8 der Induktion
aufnehmen kann. Das wahre Preisverhältnis liegt also bei 1:160
allein beim Kernmaterial.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen nun näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 den Einsatz einer Drossel nach der Erfindung in
einer getakteten Schweißmaschine,
Fig. 2 das Schaltbild der Drossel und
Fig. 3 einen möglichen konstruktiven Aufbau.
Fig. 1 zeigt das Grundschaltbild einer getakteten Stromquelle,
wobei die Drossel am Ausgang liegt. Gleichzeitig eingezeichnet
ist ein Zündgerät, das seine Impulsströme auf eine zusätzliche
Wicklung der Drossel überträgt. Da die Diode bei richtiger Polung
leitet, tritt die in der Drossel induzierte Hochspannung über
der Lichtbogenstrecke auf.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild der Drossel. N1 ist die eigentliche
Drosselwicklung und N2 sind z. B. drei Windungen, über die das
Hochspannungs-Zündgerät seine Impulsströme einkoppeln kann. Das
Verhältnis von N1 zu N2 ist das Spannungsübersetzungsverhältnis
für die Zündschaltung.
Fig. 3 zeigt einen möglichen konstruktiven Aufbau einer Drossel
mit Zündwicklung. Auf einem ersten Spulenkörper ist die Wicklung
3 der Drossel mit der Windungszahl N1 aufgebracht. Die wenigen
Windungen der zweiten Wicklung 4 sind auf einem zweiten
Spulenkörper aufgebracht. Als Kerne für die beiden Spulenkörper
finden zwei Stabpakete aus Trafoblech 2 Verwendung, die durch
die beiden Spulenkörper geführt sind. Der geschlossene Ferritkern
1 ist aus zwei U-förmigen Kernteilen zusammengesetzt, die von
beiden Seiten her in die beiden Spulenkörper eingeführt sind.
Der Ferritkern 2 erzeugt die Anfangsinduktivität für die
Zündimpulse.
Claims (1)
- Drossel für WIG-Schweißmaschinen oder Plasmaschneidanlagen, bei denen getaktete Stromquellen verwendet werden und bei denen Hochspannungs-Zündgeräte Verwendung finden, wobei die Drossel gleichzeitig als Glättungsdrossel für die getaktete Stromquelle und als Zündübertrager für das Zündgerät verwendet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Drossel aus mindestens einem Ferritkern (1) und aus Trafoblech (2) zusammengesetzt ist.
Priority Applications (5)
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Also Published As
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