DE1801317A1 - Generator fuer elektrische Lichtbogenschweissung - Google Patents

Description

Generator für elektrische Lichtbogenschweißung

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur elektrischen Lichtbogenschweißung. Dieses Gerät besteht aus einem doppelschlußerregten und mit Hilfspolen ausgestatteten Gleichstromgenerator, der erfindungsgemäß eine bezüglich der geometrisch neutralen Achse verschwenkbare und in jeder Stellung innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs einstellbare Bürstenanordnung besitzt, während das Verhältnis von Hauptpolbogen zu Hauptpolteilung so bemessen ist, daß durch eine bestimmte Mindestoreite der am Umfang des Generatorankers befindlichen magnetisch neutralen Zonen die Kommutierung in unbelastetem Zustand bei jeder der möglichen Bürstenstellungen im wesentlichen funkenfrei erfolgt.

In normalen Gleichstrom-Schweißgeneratoren ist die Bürstenanordnung feststehend und das Verhältnis zwischen Hauptpolbogen und Hauptpolteilung ist gewöhnlicherweise so bemessen, daß die magnetisch neutrale Zone mit Rücksicht auf den magnetischen Streufluß zwischen den Polen und andere derartige Faktoren so klein wie möglich ist. Im allgemeinen liegt es zwischen 0,6 und 0,7. In dem erfindungsgemäßen Generator ist die Bürstenanordnung in einer beliebigen Winkelstellung zwischen zwei extremen Positionen einstellbar. Die eine dieser beiden extremen Stellungen ist so, daß die Ankerleiter bei der Kommutierung in der magnetisch neutralen Achse liegen und der erzeugte Strom ein Maximum ist. Bei der anderen extremen

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Bürstenstellung liegen die Ankerleiter bei der Kommutierung in Vorwärtsrichtung bezüglich der magnetisch neutralen Achse, wobei der gewünschte Minimalstrom erzeugt wird. Das Verhältnis von Hauptpolbogen zu Hauptpolteilung des erfindungsgemäßen Generators ist so groß, daß sich die magnetisch neutrale Zone am Umfang des Ankers mindestens so weit erstreckt, daß selbst bei der extremen Vorwärtsstellung der Bürsten die unter Kommutierung befindlichen Ankerleiter ein Minimum des Randflusaes an den Enden der anliegenden Hauptpole schneiden* Somit wird bei dieser Stellung in den Leitern keine elektromotorische Kraft induziert, die zu einer schädlichen Funkenbildung an den Bürsten ausreichen könnte·

Das Verhältnis von Hauptpolbogen zu Hauptpolteilung ist vorzugsweise so gewählt, daß der auf die Achse des Schweißgenerators bezogene Winkel, der die magnetisch neutrale Zone an der Oberfläche des Ankers einschließt, nicht geringer ist als der Winkel, innerhalb dessen die Borstenanordnung verstellbar ist. Der Wert dieses Verhältnisses hängt einmal von der Art des zu verwendenden Schweißgenerators ab und zum anderen von dem Grad der Verstellbarkeit der Bürsten ab, der für den gewünschten Bereich des vom Generator zu liefernden Ausgangsatromes erforderlich ist. Normalerweise liegt dieser Wert zwischen 0,45 und 0,55. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Verhältnis von Hauptpolbogen zu Hauptpolteilung bei einer vierpoligen Maschine gleich 0,5_t wenn die Verstellbarkeit der Bürstenanordnung 13 Winkelgrade "beträgt, die in diesem Falle 26 elektrischen Graden entsprechen.

Der Hilfspolbogen umschließt den Anker vorzugsweise mindestens so weit, daß bei Belastung eine im wesentlichen funkenfreie Kommutierung erfolgt, wenn sich die Bürstenanordnung in irgendeiner ihrer möglichen Stellungen befindet. Vor~ zugsweise ist das auf die Achse des Schweißgenerators bezöge-

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ne Winkelmaß des Hilfspolbogens größer als das erforderliche Mindestmaß für den Hilfspolbogen eines ähnlichen Generators sit festen Bürsten, welches nicht kleiner sein soll als der Winkel, innerhalb dessen die Bürstenanordnung beweglich ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Hauptpole asymmetrisch ausgebildet und mit einem !Fortsatz versehen, der sich vom Polkern ausgehend so weit in Umfangsrichtung des Ankers erstreckt und dessen Profil po ausgebildet ist, daß der Fortsatz magnetisch gesättigt wird, um den maximalen Kurzschluß- strom, den der Schweißgenerator erzeugen kann, zu begrenzen. '

Um den Schweißbogen bei geringer Belastung gegenüber kurzzeitigen Änderungen der Belastung zu stabilisieren, kann eine Drosselspule mit Bisenkern in den Ausgangsstrom des Generators geschaltet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn schwierige Schweißarbeiten zu verrichten sind, wie es beispielsweise bei der Überkopf-Schweißung der Fall ist.

Der Generator wird mit einer Doppelschlußerregung versehen, um eine für den Schweißbetrieb geeignete Spannungs/Strom-Gharakteristik zu erhalten, wobei die Reihenschluß- und die Hebenschlußwicklung in gleichem Sinne wirksam sein kann. Die ä Nebenschluß-Felderregung und somit auch die Leerlaufspannung des Generators können durch einen Spannungsregler geregelt werden, der in Serie zur Hebensehluß-Feldwicklung liegt. Die Wahl der Ausgangsspannung des Generators in Verbindung mit der Wahl des Stromes durch Winkelverschiebung der Bürstenanordnung bestimmt die Steilheit desjenigen Teiles der Spannungs/Strom-Kennlinie, wo der Generator betrieben werden soll. Auf diese Weise kann für jede besondere Schweißart eine geeignete Charakteristik eingestellt werden.

Die Anordnung kann eine Vorrichtung enthalten, mit der die Polarität der vom Schweißgenerator gelieferten Ausgangsgröße umgekehrt werden kann. Eine solche Vorrichtung kann aus

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einem Polaritäts-Umkehrschalter bestehen, durch den eine ausserhalb liegende Elektrizitätsquelle kurzzeitig im gewünsch- · ten Sinne an die Nebenschlußwicklung gelegt wird, um die Richtung des magnetischen leides und somit die Polarität des zu den Schweißelektroden führenden Generatorausgangs umzukehren· Vorzugsweise sind auch Maßnahmen getroffen, um unmittelbar vor und während des Anlegens der externen Elektrizitätsquelle die Spannung an der Nebenschluß-Feldwicklung zu vermindern. Hierzu kann ein Widerstand in den Nebenschluß-Erregerstrom geschaltet werden, der normalerweise über ein elektrisches Kontaktglied kurzgeschlossen ist, welches bei Betätigung des lolaritäts-ümkehrschalters geöffnet wird· Die externe Elektrizitätsquelle kann aus einem Hilfsgenerator bestehen, der mit dem Schweißgenerator von ein und demselben Motor angetrieben wird. Der Antriebsmotor für den Schweißgenerator kann eine.Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor sein.

Ein optisches Anzeigegerät kann die Ausgangspolarität des Schweißgenerators anzeigen. Dieses Gerät kann aus einer oder mehreren Anzeigelampen bestehen oder ein Voltmeter mit ·«· Nullpunkt in der Mitte sein.

Der Generator ist vorzugsweise vierpolig ausgebildet, er kann jedoch auch eine beliebige geradzahlige Menge von Polen besitzen·

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt das elektrische Schaltbild der erfindungs- ' gemäßen Anordnung und

Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Generator.

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Das elektrische Liehtbogen-Schweißgerät enthält, wie aus Pig. 1 ersichtlich, einen Schweißgenerator 10 mit einem Anker 10a und einer gleichsinnig wirksamen Doppelschlußerregung, die von einer Hebenschluß-Eeldwicklung 11 und einer Eeihenschluß-leldwicklung 12 ausgeht. Der Schweißgenerator 10 • ist mit einer Elektrodenhalterklemme 13 und einer Brdklemme 14 verbunden. Die Klemme 13 ist an einen (nicht gezeigten) Elektrodenhalter und die Klemme 14 ist an eine (nicht gezeigte) Erdleitung angeschlossen.

Die Reihensehluß-Feldwicklung 12 liegt in Serie zur Erdklemme 14 und zum Anker 10a. In ihrem Stromweg liegt außerdem eine Drosselspule 15 mit Eisenkern zur Stabilisierung des Schweißbogens. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, hat der Generator 10 Hilfspole 16, deren Wicklungen 17 zwischen den Anker 10a und die Elektrodenhalterklemme 13 in Reihe geschaltet sind«

Die Hebenschluß-Peldwioklung 11 liegt parallel zum Anker 10a· In Reihe zur Hebenschlußwicklung 11 ist ein Nebenschluß-3?eldregler 18 in Gestalt eines veränderlichen Widerstandes geschaltet sowie ein niederohmiger Widerstand 19» der einen Mindestwiderstand für die ffebensehluß-Peldregelung dar- μ stellt, und ein Widerstand 20 von höherem Wert, der während derjenigen Perioden, in welcher die Ausgangspolarität des Schweiß generators umgekehrt ist, als Bfebensehluß-Peldstrombegrenzer wirkt.

Die Anordnung enthält ferner einen Hilfsgenerator 21, der ein gewöhnlicher Kompoundgenerator für im wesentlichen konstante Spannung ist, und der in erster Linie dazu dient, tragbare Arbeitsgerätschaften, Beleuchtungseinrichtungen oder ähnliches mit Leistung zu versorgen. Er wird jedoch auch als unabhängige Gleichstromquelle für die Polaritätsumkehrung des Ausgangs des Schweißgenerators 10 verwendet· Der Sohweißgenerator 10 und der Hilfsgenerator 21 werden über eine gemeinsa-

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me (nicht dargestellte) Welle angetrieben, die ihrerseits τοπ einer Verbrennungsmaschine angetrieben ist.

Der Hilfsgenerator 21 ist mit den Hilfsklemmen 22 verbunden, aus denen andere Einrichtungen, wie beispielsweise tragbare Arbeitsgerätschaften, gespeist werden. Der Hilfsgenerator 21 besitzt einen Anker 21a und eine Reihensehluß-Feldwicklung 23, die in Serie zwischen eine der Hilfsklemmen 22 und den Anker 21a des Hilfsgenerators 21 geschaltet ist. Eine W Nebenschluß-Feldwicklung 24 liegt parallel zu dem Anker 21a des Generators 21, In Serie zu dieser Nebenschluß-Feldwicklung 24 liegt ein Nebenschluß-Feldregler 25 in Gestalt eines ver» änderliohen Widerstandes, der entsprechend der gewünschten Ausgangsgröße des Hilfsgenerators 21 voreingestellt sein kann«

Ein Schalter 26 für die Polaritätswahl enthält drei bewegliche Kontakte 27, 28, die mechanisch so miteinander verbunden sind, daß sie sich bei Betätigung des Schalters gleichzeitig bewegen· Die Kontakte 27, 28 sind so gespannt, daß sie im Normalfall zwischen ihren beiden Endstellungen stehen. Jedem der beiden beweglichen Kontakte sind zwei feste Kontakte fe 29 zugeordnet, und zwar jeweils ein Kontakt für jede Endstellung. Die Kontakte 29, die bei einer ersten Endstellung gemeinsam berührt werden, sind miteinander und mit einem Ende der Nebenschluß-Feldwicklung 21 verbunden, während die Kontakte 29,die bei der anderen Endstellung gemeinsam berührt werden, sowohl untereinander als auch mit dem anderen Ende der Nebenschluß-Feldwicklung 11 des Schweißgenerators 10 verbunden sind. Einer der beweglichen Kontakte 27 liegt an einer der Hilfsklemmen 22 des Hilfsgenerators 21, während der andere der beweglichen Kontakte 27 mit der anderen der Hilfsklemmen 22 verbunden ist· Die beiden beweglichen Kontakte 27 sind so angeordnet, daß bei Betätigung des Schalters in die eine Endstellung einer der beweglichen Kontakte 27 sich zu einem der Kontakte 29 hin bewegt, während bei der anderen Endstellung der andere bewegliche

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Kontakt 27 auf den anderen festen Kontakt 29 gerichtet ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Ausgangsstrom des Hilfsgenerators 21 in einer oder der anderen Richtung duroh die Nebenschluß-Feldwicklung 11 geschickt werden kann, ;je nachdem, in welche Sichtung der Schalter 26 bewegt wird·

In der Normalstellung des Schalters liegt der bewegliche Kontakt 28 am festen Kontakt 30. Der Kontakt 30 ist mit einem Ende des Widerstandes 20 verbunden, und der bewegliche Kontakt 28 liegt am anderen Ende des Widerstandes 20, so daß ^ bei Normalstellung des Schalters 26 der Widerstand 20 kurzgeschlossen und für das Nebenschluß-Feld des G-enerators 10 wirkungslos ist. Wird der Schalter 26 mittels seines (nicht gezeigten) Betätigungsgliedes aus der Normalstellung herausbewegt, so wird der Widerstand 20 im Nebenschluß-Erregerkreis des Generators 10 wirksam, es vermindert sich die Spannung an der Erregerwicklung und somit auch die Ausgangsgröße des Schweißgenerators 10 unmittelbar vor, während und unmittelbar nach dem Anlegen des Ausgangsstroms des Generators 21 an die Nebenschluß-Feldwicklung 11.

Ein optisches Anzeigegerät zur Anzeige der Polarität des Schweißgenerator-Ausgangs besteht aus einem elektromagne- ™ tisch betätigbaren Relais 31, welches parallel zum Ausgang des Generators 10 geschaltet ist. In Serie mit diesem Relais 31 befindet sich eine Sperrdiode 32, so daß durch die Spule des Relais 31 nur dann ein Erregerstrom fließt, wenn der Ausgang des Schweißgenerators 10 eine bestimmte Polarität besitzt. Das Relais 31 enthält außerdem zwei Paare fester Kontakte 33 und 34·· Ferner befindet sich am Relais ein beweglicher Kontakt 35, der durch Federkraft gegen den Kontakt 33 gedrückt wird und der bei Beaufschlagung der Spule des Relais 31 vom festen Kontakt 33 weg und zum Kontakt 34 hin bewegt wird.

Jedes dieser festen Kontaktpaare 33, 34 liegt parallel zum Ausgang des Hilfsgenerators 21. In Reihe zu jedem der fe-

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sten Kontaktpaare 33 und 34 befinden sich jeweils ITeon-Anzeigelampen 36, 37. Beaufschlagt die Ausgangsgröße des Generators 10 die Spule des Relais 31» dann wird der bewegliche Kontakt 35 in Berührung mit den festen Kontakten 34 gebracht und die Lampe 37 leuchtet auf. Wenn die Polarität am' Ausgang des Generators 10 so gerichtet ist, daß kein Erregerstrom durch die Spule des Relais 31 fließen kann, wird der bewegliche Kontakt 35 durch die Feder in Berührung mit den Kontakten 33 gebracht, so daß die lampe 36 aufleuchtet.

Gemäß einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform besteht das optische Anzeigegerät aus einem Voltmeter mit Nullpunkt in der Mitte, welches dem Ausgang des Generators 10 parallelgeschaltet ist·

Wie in der Pig. 2 der Zeichnungen gezeigt, besitzt der Schweißgenerator 10 eine Bürstenanordnung mit Bürsten 38, die um die Achse des Generators 10 innerhalb eines Winkelbereichs verschieblich sind. Innerhalb dieses Bereichs ist eine mit 38a bezeichnete Stellung möglich, in der die Kommutierung dann erfolgt, wenn sich die Ankerleiter in der magnetisch neutralen Achse befinden, so daß aus den Leitern ein maximaler Strom gewonnen wird. Es existiert ferner eine Bürstenstellung 38b, bei der die Kommutierung dann erfolgt, wenn die Ankerleiter sich weiter in Vorwärtsrichtung als die magnetisch neutrale Achse befinden, so daß ein geringer Strom abgegeben wird, wie es bei leichtem Betrieb wünschenswert ist. Der Verschieblichkeitsbereich der Bürstenanordnung beträgt 13 Winkelgrade, die 26 elektrischen Graden äquivalent sind. Der Schweißgene— rator 10 besitzt Hauptpole 39. Um den Bereich der magnetisch, neutralen Zone längs des Ankerumfangs mindestens so groß zu machen, daß bei beliebiger Bürstenstellung innerhalb des Verschieblichkeitsbereich.es und im unbelasteten Zustand eine im wesentlichen funkenfreie Kommutierung erfolgt, sei im Schweißgenerator 10 das Verhältnis von Polbogen zu Polteilung gleich 0,5. '

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Die Hauptpole 39 sind asymmetrisch ausgebildet und haben einen nur schmalen Stirnfortsatz 40 und einen relativ langen Rückfortsatz 41, der sich so weit in Umfangsrichtung des Ankers 10a erstreckt und ein solches Profil aufweist, daß eine magnetische Sättigung des Rückfortsatzes 41 eintritt, um den maximalen vom Generator 10 erzeugbaren Kurzschlußstrom zu begrenzen·

Die Hilfspole 16 umfassen jeweils den Anker 10a so weit, daß das auf die Achse des Schweißgenerators bezogene Winkelmaß des Hilfspolbogens größer ist als das erforderliche Mindestmaß für den Hilfspolbogen eines ähnlichen Generators mit festen Bürsten, welches nicht kleiner sein soll als der Winkel, innerhalb dessen die Burstenanordnung beweglich ist.

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Claims (11)

Ansprüche

1. Doppelschlußerregter und mit Hilfspolen ausgestatteter Gleichstromgenerator für elektrische !lichtbogenschweißung, gekennzeichnet durch eine bezüglich der geometrisch neutralen Achse versehwenkbare und in jeder Stellung innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs einstellbare Bürstenanordnung (38) und ein solches Verhältnis von HauptpoTbogen zu Hauptpolteilung, daß durch eine bestimmte Mindestbreite der am Umfang des Generatorankers (10a) befindlichen magnetisch neutralen Zonen die Kommutierung in unbelastetem Zustand bei jeder der möglichen Bürstenstellungen im wesentlichen funkenfrei erfolgt.

2. Generator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mindestens so großen Hilfspolbogen, daß bei jeder der möglichen Bürstenstellungen die Kommutierung unter Last im wesentlichen funkenfrei erfolgt.

3. Generator nach den Ansprüchen 1 oder 2₉ gekennzeichnet durch ein solches Verhältnis von Hauptpolbogen zu Hauptpolteilung, daß der auf die Generatorachse bezogene Winkel, der die magnetisch neutrale Zone am Ankerumfang einschließt, mindestens so groß ist wie der Winkel, innerhalb dessen die Bürstenanordnung (38) verschwenkbar ist.

4. Generator nach den Ansprüchen 2 oder 3_f dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Generatorachse bezogene Winkelmaß des.Hilfspolbogens größer ist als das erforderliche Mindestmaß für den Hilfspolbogen eines ähnlichen Generators mit festen Bürsten, welches mindestens so groß ist wie der Winkel, innerhalb dessen die Bürstenanordnung (38) versehweakbar ist»

5. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hauptpolbogen zu Hauptpolteilung zwischen 0,45 und 0,55 liegt.

6· Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hauptpolbogen zu Hauptpolteilung 0,5 ist.

7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenanordnung innerhalb eines Winkelbereichs verschwenkbar ist, der 26 elektrischen Graden e "tspricht.

8· Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpole (39) asymmetrisch ausgebildet sind und einen hinteren Fortsatz (4-1) aufweisen, der sich vom Polkern so weit erstreckt und ein solches Profil hat, daß er magnetisch gesättigt ist und somit den maximalen vom Generator (10) erzeugbaren Kurzschlußstrom begrenzt·

9. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drosselspule (15) mit Eisenkern, die in
Reihe zum Ausgang des Generators (10) liegt, um den Schweißbogen zu stabilisieren.

10. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ™ gekennzeichnet, daß seine Ausgangspolarität umkehrbar ist.

11. Generator nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine optische Anzeige der Ausgangspolarität.

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