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Schweißtransformator
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Die Erfindung betrifft einen Schweißtransformator für Licht- und Kraftanschluß
mit einer Primär- und Sekundär-Wicklung für einen großen Schweißstrombereich.
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Bei bekannten Schweißtransformatoren dieser Art wird die Schweißstromstärke
über einen Stufenschalter durch Verändern der primären Windungszahl der Erregerwicklung
oder durch Verändern der Windungszahl einer ggf. vorgeschalteten Drossel dem jeweiligen
Bedürfnis angepasst. Hierbei sind oftmals bis zu zwölf Schaltstufen nötig, wobei
die jeweiligen sekundären Zündspannungen von Stufe zu Stufe merklich und oft in
unerwünschtem Ausmaß differieren. Das Umschalten auf eine andere Windungszahl der
Erregerwicklung führt überdies zu hohen Stromspitzen bei entsprechend großem Leerlaufstrom
des Schweißtransformators, so daß häufig die vorgeschalteten Sicherungen ansprechen.
Weiterhin ist die Verwendung eines Vielstufenschalters verhältnismässig teuer.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und mit
geringem technischen und finanziellen Aufwand eine selbsttätige Schweißstromsteuerung
ohne Umschaltung in einem verhältnismässig großen Bereich vorzusehen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine im Vergleich zur Lei stung
des Schweißtransformators kleine Vordrossel in Reihenschaltung von Schweißstrom
durchflossen wird, deren Widerstandz kennlinie (XL) infolge magnetischer Sättigung
in starkem Maße von der Höhe des Schweißstromes abhängt.
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Die benötigte Schweißstromstärke wird durch die ohm'sche Belastung
auf der Sekundärseite des Transformators bzw. durch die Wahl der Elektroden bestimmt.
Bei einem Elektrodendurchmesser von 2,0 mm gibt es sich im Verhältnis zu einem Elektrodendurchmesser
von 2,5 mm in erster Nähe eine Veränderung der Belastung von 1 : 2 oder ohm'scher
Widerstand 2 : 1, was auch in etwa der gewünschten Stromänderung entsprechen soll.
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Der Schweißstrom stellt sich nun selbsttätig auf den neuen höheren
Wert der 2,5 mm Elektrode ein, da die Induktivität der vorgeschalteten Drossel eine
mit der Höhe des Stromes stark fallende Kennlinie aufweist. Dieses umgekehrte Verhalten
des induktiven Widerstandes (sol) der Drossel wird durch entsprechende Auslegung
dieser Vordrossel erreicht.
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Bei hohem Schweißstrom stellt sich demzufolge
ein
kleiner induktiver Widerstand der Drossel ein, während bei kleinem Schweißstrom
der induktive Widerstand infolge der Widerstandskennlinie wächst. Der Spannungsabfall
an der Drossel bleibt je nach Auslegung der Drossel und nach dem magnetischen Verhalten
der Eisenbleche der Drossel nahezu konstant.
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Auf diese Weise kann in einem verhältnismässig großen Bereich eine
einfache und billige selbsttätige Regelung des Schweißstromes erreicht werden, ohne
daß eine Umschaltung nötig wäre.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von einem Ausführungsbeispiel
beschrieben, wobei aus der Beschreibung noch weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.
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Es zeigen: Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild eines Schweißtransformators
mit einer Luftdrossel und einer erfindungsgemässen Eisendrossel in Reihe mit der
Primärwicklung des Schweißtransformators, Fig. 2 das Ausführungsbeispiel eines Schweißtransformators
mit Primär- und Sekundärwicklung , die unter Zwischenschaltung von Eisenblechen
auf einem gemeinsamen Eisenkern angeordnet sind, Fig. 3 ein Schaltbild der erfindungsgemässen
Eisendrossel mit einer beispielsweisen Ausführung der einzelnen Wicklungen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist für einen großen Strombereich
von etwa 40 A bis 140 A ausgelegt. Für diesen großen Strombereich sind einige wenige
Umschaltungen, etwa bis zu 3 Umschaltungen vorgesehen. Innerhalb dieser Bereiche,
z.B.
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bis 40 A, von 40 A bis 80A und von 80A bis 140A ist die erfindungsgemässe,
selbsttätige Anpassung des Schweißstromes, ohne einen manuellen oder automatischen
Schaltvorgang allein durch die Wahl der Elektroden und des Werkstückes vorgesehen.
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Die Primärspannung, je nach Auslegung des Transformators 220 Volt
oder 380 Volt Wechselspannung, wird an die Anschlüsse lo und 11 angelegt. Ein Grobstufenschalter
9 und ein Feinstufenschalter 8 wirken auf verschiedene Anzapfungen einer erfindungsgemässen
Eisendrossel mit Wicklungen a,b,c bzw. auf Anzapfungen einer Luftdrossel mit Wicklungen
d,e,um eine Stromregulierung im Bereich der Primärwicklung 7 des Schweißtransbrmators
herbeizuführen.
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Im Ausführungsbeispiel ist für die Eisendrossel 2 ein Eisenkern 3
mit der Spezifikation E I 106/45 vorgesehen, wobei 80 Windungen CU-Draht mit einem
Durchmesser von 2,36 mm für die Wicklung a vorgesehen ist, während die Wicklungen
b,c jeweils 60 Windungen aufweisen, mit einem Durchmesser von 1,6 mm. Ein Luftspalt
im Bereich des Eisenkerns 3 weist eine Spaltbreite von o,5 mm auf.
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Die Wicklungen d,e der Luftdrossel 1 sind mit jeweils 150 Windungen
bei einem Durchmesser von 1,6 mm ausgeführt.
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Der Eisenkern des Schweißtransformators kann über eine Anschlußklemme
12 geerdet werden.
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In der gezeigten Stellung Null des Grobstufenschalters 9 ist der Transformator
stromlos, da er von der Primärspannung getrennt ist. In Stellung eins des Grobstufenschalters
9 fliesst, ohne Belastung an den Sekundärklemmen 5,6 der Sekundärwicklung 4 des
Schweißtransformators, zunächst ein sehr kleiner Leerlaufstrom durch die Wicklung
c der Eisendrossel 2, mit dem Eisenkern 3.
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Je nach Stellung des Feinstufenschalters 8 mit den Schaltstufen 1,2,3
fliesst der Leerlaufstrom durch die Wicklungen e,d, der Luftdrossel 1 oder in Stellung
3 des Feinstufenschalters 8, unter Umgehung der Luftdrossel landie restlichen Wicklungen
a,b, der Eisendrossel 2, um von dort in die Primärwicklung 7 des Schweißtransformators
zu gelangen. Die Primärwicklung 7 des Schweißtransformators weist im Ausführungsbeispiel
vier Lagen zu je 70 Windungen CU-Draht auf, mit einem Durchmesser von 2,36 mm, während
die Sekundärwicklung 4 bzw. die Hochstromwicklung vier Lagen zu je fünfzehn Windungen
aufweist, mit einem Durchmesser von 2 mal 3,55 mm.
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Wird nun die Sekundärwicklung 4 des Schweißtransformators belastet,
z.B. durch Anschluß einer Schweißelektrode an den Anschluß 5 und durch die Verbindung
der Anschlußklemme 6 mit dem zu schweißenden Werkstück, so stellt sich in der Sekundärwicklung
4
des Schweißtransformators ein hoher Strom ein, der von dem Durchmesser der Schweißelektrode
und der Leitfähigkeit des zu schweißenden Werkstückes abhängt.
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Durch die ohm#sche Belastung der Sekundärwicklung 4 steigt gleichzeitig
der Strom in der Primärwicklung 7 des Primärkreises sprunghaft an und wird je nach
Stellung des Grobstufenschalters 9 bzw. des Feinstufenschalters 8 durch die Luftdrossel
1 und/oder die Eisendrossel 3 begrenzt. Das Verhältnis der Ströme in der Sekundärwicklung
4 und der Primärwicklung 7 des Schweiß transformators steht im umgekehrten Verhältnis
zu den Windungszahlen dieser Wicklungen 4 und 7. Bei einem Elektrodendurchmesser
der Schweißelektrode von zwei mm wird der Grobstufenschalter 9 z.B. in Stellung
1 für einen Schweißstrombereich von z.B. bis 80A gebracht. Der Feinstufenschalter
8 wirkt auf Anzapfungen der Luftdrossel 1, die hier lediglich als induktiver Widerstand
zur Feinregulierung des Schweißstromes dient. Es sei angenommen, daß sich der Feinstufenschalter
8 in Stellung 3 befindet. Der Erregerstrom auf der Primärseite entsprechend der
ohm'schen Belastung durch die Schweißelektrode mit 2 mm Durchmesser, fließt nun
durch die gesamte Eisendrossel 2 mit den Wicklungen a,b,c . Die Eisendrossel 2 stellt
mit ihren aus Blechen bestehenden Eisenkern 3 einen induktiven Widerstand ( ) dar,
der proportional zu der Permeabilität der verwendeten Eisenbleche des Eisenkerns
3 ist. Die Permeabilität wiederum ist der Quotient aus der magnetischen Induktion
und der magnetischen Feldstärke, wobei die magnetische Ridstärke
in
der Eisendrossel 2 vom Erreger- bzw. Neestrom abhängig ist.
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Das Arbeiten mit einer Schweißelektrode von 2 mm Durchmesser stellt
eine verhältnismässig geringe Belastung der Sekundärwicklung 4 dar, worauf in der
Eisendrossel 2 ein entsprechend kleiner Strom fliesst. Ein kleiner Strom in der
Eisendrossel 2 bewirkt nur eine kleine magnetische Feldstärke, was wiederum, da
sich der Eisenkern 3 noch nicht in dem Sättigungsbereich befindet, eine große Permeabilität
zur Folge hat, wobei durch die gegebene Proportionalität die Eisendrossel einen
erwünschten großen Induktiv-Widerstand zur Schweißstrombegrenzung bildet.
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Wird nun bei gleicher Stellung des Grobstufenschalters 9 eine Schweißelektrode
mit z.B. 2,5 mm Durchmesser verwendet, wird die Sekundärwicklung 4 des Schweißtransformators
viel stärker belastet. Die Eisendrossel 2 muß nun ihren induktiven Widerstand verringern.
Dazu ist es erfindungsgemäss vorgesehen, daß der Eisenkern der Drossel eine Magnetisierungskennlinie
aufweist mit einer starken Sättigungscharakteristik. Durch diese Maßnahmen sinkt
bei höheren Strömen durch die Eisendrossel die Permeabilität, weil bei höheren Strömen
der Eisenkern 3 in bezug auf die magnetische Induktion erfindungsgemäss sehr schnell
in den Sättigungsbereich gelangt. Dies bedingt, die gewünschte Verkleinerung des
induktiven Widerstandes einer Eisendrossel, wobei nun ohne Umschalten, auch bei
Verwendung
von Elektroden verschiedenen Durchmessers eine selbsttätige
Schweißstromregulierung erreicht wird. Die Steuerung des induktiven Widerstandes
der Eisendrossel 2 erfolgt also erfindungsgemäss durch die Auswahl der Elektrode
bzw. des Werkstückes, wobei sich der Schweißstrom dann selbsttätig auf einen neuen
Wert einstellt, da dann durch die erfindungsgemässen Maßnahmen der induktive Widerstand
der Drossel eine mit der Höhe des Schweißstromes stark fallende Kennlinie aufweist.
Bei benötigtem großen Schweißstrom bildet die Eisendrossel einen erwünschten kleinen
Widerstand, während, wenn nur ein kleiner Schweißstrom benötigt wird, die Eisendrossel
selbsttätig ihre induktiven Widerstand vergrößert. Der Spannungsabfall an der Eisendrossel
bleibt dabei nahezu konstant.
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In Stellung 2 bzw. 3 des Grobstufenschalters 9 wird ebenfalls eine
in der beschriebenen Art selbsttätige Schweißstrom-Regulierung mittels der Wicklung
a der Eisendrossel erreicht, nun aber z.B. für einen Bereich von 80 - 140 A.
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Wesentlich gemäss der Erfindung ist es, daß der Arbeitsbereich der
als induktiven Widerstand wirkenden Eisendrossel 2 so gewählt ist, daß eine selbsttätige
Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskurve des Eisenkerns 3 erfolgt
und zwar vom ungesättigten Bereich bis weit inden gesättigten Bereich hinein, wobei
gleichzeitig die stark fallende Widerstandskennlinie der Eisendrossel bei hohen
Strömen
erreicht wird. Diese selbsttätige Einstellung des Schweißstromes gelingt in baulich
einfacher und in finanziell billiger Weise, indem eine im Verhältnis zur Scheinleistung
des Schweißtransformators kleine Eisendrossel in Reihe vorgesehen ist, von z.B.
nur einachtel bis einhalb der Scheinleistung des Schweißtransformators. Weiterhin
ist erforderlich, daß der Eisenkern 3 der Eisendrossel 2 aus Blechen besteht, deren
Magnetisierungskennlinie eine starke Sättigungscharakteristik aufweist. Mit einem
Luftspalt im Bereich des Eisenkerns 3 der Eisendrossel kann je nach Bedarf eine
Verschiebung auf der Magnetisierungskennlinie vorgenommen werden.
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Gemäss Fig. 2 sind die Primärwicklung und die Sekundärwicklung 4 des
Schweißtransformators auf einem gemeinsamen Eisenkern 18 angeordnet, wobei zwischen
den Wicklungen 4 und 7 paketweise in einem Abstand voneinander Eisenbleche 19 angeordnet
sind. In Fig. 3 sind die Wicklungen a,b,c der Eisendrossel 2 dargestellt, wobei
je nach Strombedarf auch eine andere Aufteilung der Wicklungen und ein anderer Durchmesser
der Spulendrähte vorgesehen sein kann.