HF-Zündschaltung in Plasma-/Schweiß-Kombigerät Stahlwerk

[Tobias W. (tueftl)]

Hallo,

mein Plasma-Kombigerät zündet praktisch gar nicht mehr und ich hoffe, 
dass ihr mir helfen könnt! Im Anhang habe ich den relevanten Teil der 
Schaltung als Plan sowie ein paar Fotos hinzugefügt.

Das Gerät ist ein "Stahlwerk AC/DC 200 Puls mit Plasma".

Die Zündleistung war schon immer nicht berauschend, aber da ich bisher 
nur WIG geschweißt habe, war das kein großes Problem. Nur jetzt im 
Plasmabetrieb haben die Zündfunken einfach nicht genug Kraft, um einen 
brauchbaren Ionisationskanal zu bilden. Frei in Luft ist die maximal 
überbrückbare Strecke ca. 3mm vorne am Brenner - andere Leute haben vom 
5- bis 10-fachen berichtet?

Ich habe schon viel gesucht und mich schlau gelesen... Was ich gar nicht 
verstehe, ist, dass der Kern der Einkoppelspule (deren Sekundärspule im 
Schweißbetrieb auch die 200A DC tragen muss) ferromagnetisch ist; das 
ist bei allen Teslatransformatoren anders. Ich kann lediglich vermuten, 
dass so versucht wurde, die geringe Sekundärwindungszahl von 25 besser 
nutzen zu können...?

Zum Teilschaltplan:
Die Kondensatoren C1, C2, C5 sind identisch. Außendurchmesser ca. 18mm. 
Im Layout ist noch Platz für einen vierten gleicher Größe vorgesehen, 
der aber nicht bestückt ist.
Die Kondensatoren C3, C4, C9, C10 sind untereinander auch identisch. 
Außendurchmesser ca. 6mm.
Die Spule L1 ist auf einen Kern mit Außendurchmesser ca. 10mm, Höhe ca. 
5mm gewickelt, 11 oder 12 Windungen.
R2 hat eine grüne Grundfarbe (stehend auf dem PCB) und knapp 1kOhm.

Die Leistung wird zugeführt von einem Hangsing-Übertrager mit 
Wicklungsverhältnis 7:72:70, wobei ich den noch nicht ausgelötet hatte, 
um seine Verschaltung zu ermitteln. Aktuell liefert er offensichtlich 
noch genug Leistung an die Kaskade, um ca. 1,2mm Zündstrecke zu 
überbrücken. Über 1,3mm schafft er allerdings nicht (nicht lachen bitte, 
ich weiß, dass Teslaspulenbauer weit höher liegen...). Die Funkenstrecke 
war vom Hersteller aber auch so klein eingestellt.

Die Primärwicklung der Einkoppelspule hat 16 Windungen. Da vermutlich 
die Resonanz nicht zum Sekundärkreis passt, habe ich bereits viele 
verschiedene Primärwindungszahlen ausprobiert; bei 6 Windungen habe ich 
derzeit die besten Ergebnisse - allerdings leider immer noch unbrauchbar 
im Plasmabetrieb.

Meine Frage ist, was ich zur Verbesserung der Zündleistung tun kann, 
außer alles neu zu entwickeln. Ich würde mich sehr über hilfreiche 
Beiträge freuen!

Tobias

[P. Enis (Gast)]

So ähnliche Teile hatte ich schon paar mal zur Reparatur. Prüf mal die 
blauen dicken Kondensatoren (so 1nF jeder), dann die Dioden und die 
kleineren Kondensatoren. Wenn der Übertrager nicht weggeschmolzen ist 
(ja hatte ich mal!), dann sollte der ok sein. Dann solltest du die Teile 
am Eingang des Übertragers prüfen. Der geht über Relais an die H-Brücke 
oder so ähnlich. Hatte mal ein Relais mit hohem Übergangswiderstand und 
defekter Ansteuertung...

[Hp M. (nachtmix)]

Tobias W. schrieb:
> was ich zur Verbesserung der Zündleistung tun kann,

Ein wesentliches Bauteil dabei ist die Funkenstrecke FD1.
Wenn deren Durchschlagspannung zu gering ist, z.B. weil der Abstand 
zwischen den Elektroden zu klein ist, oder diese scharfe Kanten haben, 
dann wirkt sich das unmittelbar auf die Höhe und Energie des 
Zündimpulses hinter dem Tesla-Trafo aus.

Im Übrigen ist eine Entladung in Argon wahrscheinlich leichter zu zünden 
als in Luft.

P.S.:
Ausserdem fehlt da eine Verbindung.
Wahrscheinlich vom unteren Ende  des C9 zu der oberen Speiseleitung (FD1 
und die HV-Kondensatoren).

Gewöhnlich sind diese Spannungsvervielfacher so aufgebaut: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Hochspannungskaskade

[Tobias W. (tueftl)]

Danke für die Vorschläge!

Die Verbindung im Schaltplan hatte ich versäumt einzuzeichnen und hole 
das hiermit nach. Gegenüber der Hochspannungskaskade in der Wikipedia 
hat Fa. Stahlwerk die Dioden umgedreht. Das ändert nur die Polarität, 
sollte doch eigentlich gleich gut funktionieren, richtig?

Ich habe mal die Primär- und Sekundärinduktivität der Einkoppelspule mit 
Hilfe eines bekannten 100nF-Kondensators gemessen (Resonanz ermittelt 
bei schwacher Energiezufuhr über temporäre 3. kurze Wicklung, gemäß 
einer Beschreibung von www.hcrs.at):
Primär (16 Windungen) hat 12,5µH
Sekundär (25 Windungen) hat 20,5µH

Darüber habe ich zurück die Kapazität der 3 dicken blauen Kondensatoren 
gemessen: alle ziemlich genau 1nF. Alle 3 parallel am Primärkreis 
ergeben dort eine Resonanzfrequenz von 832kHz.

Die Funkenstrecke hat nur die rechtwinkligen Kanten an den zylindrischen 
Graphitelektroden.

Kann ich nicht annehmen, dass alle übrigen Bauteile ordnungsgemäß 
arbeiten, wenn dort Funken überspringen? Ich meine, weil bei gezündetem 
Funken doch nur der Stromkreis aus Primärspule, 3*1nF und Funkenstrecke 
relevant ist. Die Funkenstrecke ist doch wie ein Kurzschluss zu 
betrachten, wenn sie gezündet hat, oder? Wenn die Kaskade, der 
Übertrager oder dessen Ansteuerung defekt wären, würde doch an der 
Funkenstrecke gar nichts passieren? Oder erwartet ihr, dass dort 
erheblich häufiger als (subjektiv) 80Hz Überschläge auftreten müssten? 
Ein einziger genügt doch theoretisch zum Zünden des Lichtbogens am 
Brenner, die Hochfrequenz zur Luft-Ionisation muss doch durch 
Schwingkreise entstehen, richtig?

Meint ihr, dass die Schaltung vom Hersteller eigentlich hinhauen müsste? 
Die recht große Luftstrecke am Brenner kommt doch auch mit dem 
Schlauchpaket beim besten Willen nicht in die Größenordnung der 
rechnerisch nötigen 1,8nF (ich kann bisweilen leider Schlauchpaket und 
Messgeräte nicht zusammenbringen), d.h. man erhält keine Resonanzdeckung 
und folglich keinen guten Energietransfer à la Tesla? Oder soll die 
Einkoppelspule etwa nach einem anderen Prinzip arbeiten?

[Hp M. (nachtmix)]

Tobias W. schrieb:
> Die Funkenstrecke hat nur die rechtwinkligen Kanten an den zylindrischen
> Graphitelektroden.

Graphit wäre allerdings sehr kontraproduktiv, weil dessen hoher 
Widerstand die Schwingungen dämpft.

Mit dem von dir geschildertem Übertrager kannst du allerdings keine 
großen Schlagweiten erwarten. Das ist wohl auch gar nicht beabsichtigt.
Durch die Sekundärwicklung eines Teslatrafos hingegen kann nicht der 
hohe Schweisstrom fliessen, sondern da wird eine Hilfselektrode nötig 
sein.

Wo befinden sich denn überhaupt die zur Zündung benötigten Bauteile?
Der HF-Strom sollte nicht durch meterlange Kabel fliessen, sonst 
bestimmt am Ende deren Kapazität und Induktivität den Schwingkreis.
Auch werden solche Leitungen vermutlich keien HF-taugliche Isolation 
haben, sondern eine starke Dämpfung verursachen.

[Tobias W. (tueftl)]

Hi,

es sieht für mich wie Graphit aus, vielleicht ist es auch etwas anderes.

Die Bauteile befinden sich im Schweiß-Plasma-Gerät. Es folgen je 3 Meter 
Brenner- und Massekabel, garantiert nicht speziell HF-Isoliert...

Ich seh' schon, ich habe wohl falsch angenommen, das Prinzip der 
Teslaspule sei hier beteiligt. Hatte mir so ausgesehen, wegen 
Funkenstrecke und HV-Kondensatoren. Jetzt wird mir auch langsam klar, 
was genau gegen ein Kombigerät spricht: diese Zündschwäche!

Im Plasmabetrieb muss der Ionisationskanal nunmal in Luft entstehen 
(sogar an der Düse, wo mit hoher Geschwindigkeit Pressluft austritt). 
Mit der Schaltung vom Hersteller habe ich zwar Funkenschläge dort, aber 
einfach zu schwach, um richtig zu zünden. Wahrscheinlich muss ich 
wirklich einfach eine wesentlich stärkere Zündschaltung einbauen. Da 
hier offenbar keine Resonanzfrequenzgleichheit (Primär/Sekundär) nötig 
ist, heißt das im 1. Schritt: erhöhe oder vervielfache die Kapazität C1, 
C2, C5... Ich hoffe, damit weiter zu kommen. Vielleicht hat der 
Hersteller den vierten 1nF-Kondensator ja nur weggelassen, um etwas mehr 
Profit zu machen...

[Karel M. (marsalek)]

Hallo Tobias,

bist Du mit der Zündwilligkeit des Plasmaschneiders weiter gekommen?

Ich besitze das gleiche Gerät "Stahlwerk AC/DC 200 Puls mit Plasma" und 
habe seit Anfang an das gleiche Problem. Das Zünden des Plasmabogens ist 
super suboptimal :-(


Ich war im Herbst mit meinem Gerät direkt bei Stahlwerk und der 
Techniker hat mir die Plasmaelektrode gewechselt. Ich verwendete eine 
von Aliexpress und er meinte, seine wäre aus Hafnium und zündet besser. 
Ich konnte tatsächlich eine leichte Besserung erkennen.

Dann hat er mir die Funkenstrecke mit Pressluft gereinigt. Er meinte 
auch, dass der Funken zu weich klingt weil die Zündspannung (HF?) zu 
niedrig wäre. Er wollte den Abstand der Elektroden der Funkenstecke 
vergößern, hat aber nur auf der Platine die zwei Halterungen auseinander 
verbogen, ohne die Arretierung der elektroden zu lösen (wohl müde am 
Freitagnachmittag). Ich konnte keine Besserung feststellen. Ich möchte 
aber heute den Elektrodenabstand prüfen (soll angeblich 0,5 mm sein) und 
testweise etwas vergrößern.

Dann habe ich ihn auf die Luftfeuchtigkeit in der Pressluft 
angesprochen. Er meinte, mit einem Baumarkt-Kompressor mit dem 
beigelegten Wasserabscheider funktionieren deren Geräte problemlos. 
Meine Pressluft ist dagegen um einiges trockener. Daher sehe ich keinen 
Grund, warum das Zünden immer ein Problem ist.

Ich habe beobachtet, dass der erste Schnitt immer gut zündet und ca. 
15-30s schneidet. Dann erlischt der Bogen. Beim nächsten 
Schneide-versuch zündet der Schneider schon sehr schlecht bis garnicht. 
Ich sehe zwar kleine Funken, wenn ich die Düse vom Werkstück anhebe, 
aber der Hauptbogen springt nicht an. Ich habe dann immer den Brenner 
zerlegt, alles innen abgeputzt und wieder zusammengebaut. Danach sprang 
der Bogen wieder, aber wieder nur für 15-30s. Später habe ich 
festgestellt, dass das Putzen keine Wirkung hat, sondern nur die einigen 
Minuten Pause schon reichen, um beim nächsten Schnitt besser zu zünden. 
Any ideas?

Hast Du Deine Maschine irgendwie getuned, repariert, oder weg geworfen?

Schöne Grüße
Karel

[Tobias W. (tueftl)]

Hi,
also bislang konnte ich mich nicht ausreichend motivieren, am 
Stahlwerk-Kombigerät herumzuoperieren. Den Plasmaschneide-Teil kann ich 
schlicht gar nicht benutzen (das ergäbe nur Frust...).

Zwischenzeitlich hatte Lidl einen Plasmaschneider ohne sonstige 
Funktionen im Angebot. Ich habe sofort zugeschlagen - und der tut, was 
er soll. Das ist zwar so gar nicht, was mir ursprünglich vorschwebte 
(Schweiß-Kombi zu schwer, funktioniert nur teilweise, Ersatzgerät für 
fehlende Funktion daneben stehen), aber, nun ja... man will ja trotzdem 
schneiden :-)

[Karel (Gast)]

Hallo, bei mir ist es auch teilweise frustrierend, aber mit der Düse und 
der Plasma-Elektrode von Stahlwerk klappt es schon ziemlich gut. Ich 
vermute, dass die Länge der Elektrode bzw. der Abstand zur Düse 
entscheidend und sehr empfindlich ist. Die Fertigungstoleranzen in China 
sind ja großzügig ?. Das Problem betrifft nur uns mit den Kombigeräten, 
da dort die HF Ankopplung suboptimal ist.

Bin sonst Deiner Meinung, das Kombigerät ist zu schwer, nächstes Mal 
würde ich mir einen separaten Plasmaschneider kaufen und ein separates 
Schweißgerät.

[Hendrik (Gast)]

Ich habe vor kurzem auch ein Stahlwerk WIG 200P gebraucht erworben.
Mein erster Plasmaschneidter, also keine Erfahrung. Aber das 
Zündverhalten erschien mir auch nicht praxistauglich. Teilweise in 
mehreren Etappen eine Minute Zündversuche gebraucht bis das Ding an 
einem blanken Stahlrohr (1,5mm Material) gezündet hat. Es waren nur 
kleine Zündfunken zu sehen. Stunden später...
Das erinnerte mich an das Zünden eines Feuerzeugs im Sturm. Habe den 
Kompressor von 4 bar auf 2,5 bar reduziert (hatte ich die 4 bar aus der 
Anleitung?). Mit 2,5 bar ging es hundert mal besser.
Bin kein Experte, würde aber empfehlen bei Zündproblemen die Druckluft 
als weiteren Faktor nicht zu vergessen.

[Karel M. (marsalek)]

Hallo Hendrik,

vielen Dank für den Tipp!

[Karel M. (marsalek)]

Hallo Hendrik,

Du bekommst 1000 kudos!!!! Heute habe ich es mit 2.5 Bar probiert und es 
läuft einwandfrei!!!!  Der Schnitt ist schön sauber und es zündet 
sofort.

Nochmal Thanks for sharing!
Karel