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Darf man die Elektrode eines Schweißgerätes beim Lichtbogenschweißen anfassen?

Antwort #1

Level 2 (ohne höhere Mathematik)
Beantwortet von
Schaltkreis mit einer realen Spannungsquelle
Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand und dem Widerstand \(R\) zwischen Elektrode und Werkstück.

Beim Lichtbogenschweißen wird eine Spannungsquelle benutzt, die eine Leerlaufspannung \(U_0\) vorgibt, die zwischen dem Werkstück und der Schweißelektrode angelegt ist. Eine reale Spannungsquelle hat außerdem einen Innenwiderstand \( R_{\text i} \). Der Schweißwiderstand \( R \) ist der elektrische Widerstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück. Dieser Widerstand wird größer, wenn die Elektrode vom Werkstück weiter entfernt wird und er wird kleiner, wenn die Elektrode zum Werkstück hin bewegt wird. Wird die Elektrode so nah an das Werkstück gebracht, dass der Schweißwiderstand sehr klein ist, dann entsteht ein Lichtbogen mit einem hohen Strom \(I\) zwischen der Elektrode und dem Werkstück. Klingt erstmal gefährlich.

Wie in der Illustration gezeigt, gilt nach der Maschenregel und dem Ohm-Gesetz der folgende Zusammenhang:

Anker zu dieser Formel

Hierbei ist \(U\) die elektrische Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück.

Fall 1: Wird die Elektrode vom Werkstück entfernt, dann wird der Schweißwiderstand \( R \) groß. Damit wird in 1 der Quotient \( R_{\text i} / R\) klein und im Grenzfall:

Klemmenspannung gleich Quellspannung
Anker zu dieser Formel

Da aber der Strom \( I = \frac{U_0}{R} \) mit großem \( R \) sehr klein wird, kann die Elektrode bedenkenlos angefasst werden.

Beispiel: Beim Nichtschweißen

Sei \(U_0 = 50 \, \text{V} \), \( R_{\text i} = 1 \, \Omega \) und \( R = 100 \, \text{k}\Omega \). Dann ist die Schweißspannung: \( U = 50 \, \text{V} \). Und der Strom \( I = 0.5 \, \text{mA} \)

Fall 2: Wenn die Elektrode dem Werkstück genähert wird, dann wird der Schweißwiderstand \( R \) klein (so klein, dass ein Lichtbogen entsteht). Mit kleinem \( R \) wird das Verhältnis \( R_{\text i} / R \) in 1 groß. Damit wird aber \(U\) klein. Folglich wäre es während des Schweißens nicht gefährlich die Elektrode anzufassen, weil die Spannung eben klein ist.

Beispiel: Während des Schweißens

Sei \(U_0 = 50 \, \text{V} \), \( R_{\text i} = 1 \, \Omega \) und \( R = 0.3 \, \Omega \). Dann ist die Schweißspannung gerade mal \( U = 11.5 \, \text{V} \). Aber der Strom \( I = 38 \, \text{A} \) zwischen der Elektrode und dem Werkstück.