DE623655C

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Publication number: DE623655C
Application number: DENDAT623655D
Authority: DE

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 31. DEZEMBER 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21h GRUPPE 3204

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Januar 1931 ab

Für die elektrische Lichtbogen- und Kohlelichtbogenschweißung benötigt man Schweißgeneratoren, deren Spannung mit sinkendem Schweißstrom ansteigt, um einen stabilen Betrieb des Lichtbogens zu ermöglichen. Es soll aber auch bei Leerlauf die Spannung so klein sein, daß der Schweißer nicht gefährdet wird. In Fig. ι ist die Charakteristik eines Lichtbogenschweißgenerators wiedergegeben. In

to Abhängigkeit vom Strom ist in der genannten Figur als Abszisse die an den Lichtbogenelektroden vorhandene Spannung aufgetragen. Die Spannung steigt bei zunehmendem Schweißstrom von dem Leerlaufswert ο ι, der so klein ist, daß er den Schweißer nicht gefährdet, auf den Maximalwert 2 3 an und erreicht den Nullwert bei dem Kurzschlußstrom ο 4. In dem Bereich 3 4 fällt die Span nung mit zunehmendem Strom ab, es ergibt sich also ein stabiler Lichtbogen.

Bisher pflegte man im allgemeinen für die Lichtbogenschweißung Gleichstrommaschinen anzuwenden, bei denen die gewünschte Charakteristik von selbst infolge der Ausbildung und Schaltung der Maschine erzielt wurde. Derartige Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschinen sind verhältnismäßig verwickelt und teuer. Gemäß der Erfindung wird für die Lichtbogenschweißung als Schweißstromquelle ein Wechselstrom-Synchrongenerator

verwendet, der sich selbst erregt und seine Erregung in Abhängigkeit vom Schweißstrom derart steuert, daß eine der Fig. 1 entsprechende Stromspannungscharakteristik erzielt wird. Synchrongeneratoren, die sich selbst erregen und ihre Erregung in Abhängigkeit vom Strom steuern, sind bereits als Stromerzeuger für Zwecke der drahtlosen Nachrichtenübermittlung und Krafterzeugung, beispielsweise zur Speisung von Kreiselantrieben, vorgeschlagen worden. Für diese bekannten Zwecke wird aber die Erregung der Generatoren derart beeinflußt, daß sie eine praktisch unveränderliche, von der Belastung unabhängige Spannung ergibt.

Erfindungsgemäß werden für die Lichtbogenschweißung in besonders vorteilhafter Weise solche Synchrongeneratoren verwendet, · bei denen für die Erregung eine in der Phase gegen die Maschinenspannung voreilende, sich nach Größe oder Phase in Abhängigkeit vom Schweißstrom ändernde Komponente des die Wechselstromwieklung durchfließenden Gesamtstromes ausgenutzt wird. An sich sind derartige Generatoren bekannt.

Statt dessen ist es aber auch möglich, selbsterregte Generatoren zu verwenden, bei denen der Erregerstrom in an sich bekannter Weise über Gleichrichter dem Schweißstromkreis entnommen wird.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Herbert Weißheimer in Nürnberg.

Die Erfindung bietet, abgesehen davon, daß an Stelle der verwickelten und teueren Gleichstrommaschinen billige Synchronmaschinen Anwendung finden können, den Vorteil, daß eine besondere Erregerstromquelle, z. B. Erregermaschine oder Batterie, nicht erforderlich ist.

Wird insbesondere für die Erregung eine voreilende Komponente des Gesamtstromes im ίο Wechselstromteil ausgenutzt, die Anfangsspannung durch Remanenz erzeugt und der Wechselstromteil in den Ständer verlegt, so ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Maschine frei von umlaufenden Wicklungen und Schleifringen ausgeführt werden kann. Die Maschine ist dann für die räuhesten Betriebe geeignet und bedarf keinerlei Wartung.

Die Erfindung soll an Hand der in der Zeichnung dargestellten Schaltbilder näher erläutert werden.

In Fig. 2 ist zwecks Erzielung einer Charakteristik nach Fig. i in den die Schweißstelle S enthaltenden Stromzweig der Kondensator 6 eingeschaltet. Durch 7 ist der Wechselstromteil des Synchrongenerators angedeutet. In an sich bekannter Weise ist der Kondensator 6 derartig bemessen, daß sich die Maschine bis zur Erreichung einer bestimmten Spannung selbst erregen kann. Die Maschine hat außerdem ausgeprägte Erregerpole. Der Läufer kann als Trommelkörper mit ausgefrästen Zähnen ausgebildet sein. Je nach Größe des Polbedeckungsfaktors und der Kapazität des Kondensators 6 fällt der Kurzschlußstrom ο 4 (Fig. 1) kleiner oder größer aus.

Die Charakteristik kann bequem durch Änderung der Kapazität beeinflußt werden. Es lassen sich auf diese Weise verschiedene Kurzschlußströme einstellen. Der Kondensator 6 braucht nicht unmittelbar in den Schweißstromkreis eingeschaltet zu sein, er kann auch induktiv durch einen Wandler oder Autotransformator damit gekoppelt werden. 4-5 Durch diesen Wandler kann die auf den Kondensator wirkende Spannung wesentlich erhöht werden, so daß man also mit kleineren Kapazitäten auskommt. Zweckmäßig verwendet man für die Kapazitätsregelung eine Kon- -densatorbatterie, deren Elemente beispielsweise mit Stecker oder Schalter je nach Bedarf ein- und ausgeschaltet, parallel und in Reihe geschaltet werden können. Auch kann zwecks Regelung der Wandler ein einstellbares Übersetzungsverhältnis erhalten, beispielsweise kann seine Wicklung mit Anzapfungen versehen sein.

Im Leerlauf herrscht an der Schweißstelle 5 nur die von der Remanenz herrührende Anfangsspannung ο ι (Fig. 1), bei Elektrodenberührung ist die Maschine in der Hauptsache I rein kapazitiv belastet. Die Spannung zwischen den Elektroden ist Null. Wird durch Auseinanderziehen der Elektroden der Lichtbogen gezündet, so geht der Schweißstrom zurück, und die Elektrodenspannung steigt entsprechend der Fig. 1 von 4 auf 3 an.

In Fig. 3 teilt sich der Wechselstromkreis der Maschine in zwei Pfade 8, 9, von denen der Pfad 9, der Schweißstrompfad, die Schweißstelle 5 enthält, der Pfad 8, der Erregerpfad, den Kondensator 6. Mit dem Kondensator 6 ist die eine Wicklung 10, mit der Schweißstelle 5 die andere Wicklung 11 eines Transformators in Reihe geschaltet, und zwar in solchem Sinne, daß der induktive Spannungsabfall in der Wicklung 10 durch den Schweißstrom in der Wicklung 11 verringert wird. Der Kondensator 6 und die Induktivität 10 sind derart abgeglichen, daß der Strom im Stromzweig 8 bei offenem Kreis 9 entweder keine oder nur eine sehr kleine kapazitive Komponente hat.

Die kapazitive Komponente dieses Stromzweiges erhöht sich, sobald nach Schließen des Schwedßstromes der induktive Spannungsabfall der Wicklung 10 zurückgeht. Unter Umständen können sowohl in den Stromzweig 8 als auch in den Stromzweig 9 noch regelbare Widerstände, insbesondere Ohmsche Widerstände eingeschaltet werden, insbesondere zum Zwecke, den Strom im Stromzweig 8 zu begrenzen, für den Fall, daß der induktive Spannungsabfall der Wicklung 10 den kapazitiven Spannungsabfall des Kondensators 6 ganz oder teilweise ausgleicht. Die Stromzweige 8 und 9 können auch in anderer Weise als durch einen Transformator mit zwei Wicklungen 10, 11 gekoppelt werden; man kann beispielsweise galvanische Kopplung mit Spannungsteiler oder einen Autotransformator, unter Umständen auch kapazitive Kopplung verwenden, auch kann die Schaltung ,der Fig. 2 mit der der Fig. 3 kombiniert werden, so daß also sowohl der Stromzweig 9 wie der Stromzweig 8 Kapazitäten enthält.

Die Fig, 4 und 5 zeigen die Anwendung sich über Gleichrichtern selbsterregender Synchrongeneratoren.

In .Fig. 4 ist in den Schweißstromkreis die Drosselspule 12 eingeschaltet, an deren Klemmen über den Trockengleichrichter' 13 und über die Schleifringe 14 die Erregerwicklung der Synchronmaschine angeschlossen ist. Auf diese Weise wird die die Erregerwicklung speisende Spannung durch den Schweißstrom gesteuert. Die Charakteristik der Drosselspule (Verhältnis von Spannungsabfall zum Strom) kann durch Änderung der Windungszahl, der Sättigungsverhältnisse in an sich bekannter Weise den verschiedenen Verhältnis-

sen angepaßt werden. Auch hier kann die Anfangsspannung durch Remanenz erzielt werden, es kann jedoch auch zu diesem Zweck in den Erregerstromkreis eine zusätzliche Stromquelle mit kleiner Spannung eingeschaltet werden.

Die Erregerspannung ist bei geschlossenem Schweißstromkreis groß, da der Spannungsabfall Ii der Drosselspule wegen des Schweißkurzschlußstromes groß ist. Der Kurzschlußstrom läßt sich dabei durch Änderung der Drosselcharakteristik und/oder Änderung der an der Drossel abgegriffenen Erregerspannung einstellen. Wenn nun beim Zünden des Lichtbogens der Sclrw>eißstrom zurückgeht, so steigt die Lichtbogenspannung entsprechend dem kleineren Spannungsabfall in der Drossel und infolge der durch die Sättigung der Maschine nahezu gleichbleibenden Spannung des Generators. Bei weiterem Abfall des Schweißstromes macht sich die mit diesem abnehmende Erregung auch in der induzierten Spannung bemerkbar, so daß die Lichtbogenspannung mit abnehmendem Strom abfällt.

Der Grenzwert beim Schweißstrom Null ist die Remanenzspannung 0 1. Auch hier können entweder im Schweißstromkreis oder in den Erregerstromkreis zusätzliche Widerstände eingeschaltet werden und die Kopplung galvanisch oder kapazitiv sein.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Erregerwicklung mit dem Gleichrichter zur Schweißstelle parallel geschaltet; der Stromkreis der Erregerwicklung enthält die Sekundärwicklung 15, der Schweißstromkreis die Primärwicklung 16 des Transformators in solcher Schaltung, daß bei zunehmendem Schweißstrom in der Wicklung 15 eine zusätzliche Erregerspannung induziert wird.

Auch hier kann statt der Kopplung durch den Transformator mit den Wicklungen 15, 16 eine andere Kopplungsart benutzt werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Einrichtung zur Lichtbogenschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom durch einen Wechselstrom-Synchrongenerator erzeugt wird, der sich selbst erregt und seine Erregung in Abhängigkeit vom Schweißstrom so steuert, daß die für die Lichtbogenschweißung erforderliche fallende Stromspannungscharakteristik entsteht.
2. Einrichtung zur Lichtbogenschweißung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung eines selbsterregten Synchrongenerators, bei dem zur Erregung ein in der Phase gegen die Maschinenspannung voreilende, sich nach Größe oder Phase in Abhängigkeit vom Schweißstrom ändernde Komponente des die Wechselstromwicklung durchfließenden Gesamtstromes ausgenutzt ist.
3. Einrichtung zur Lichtbogenschweißung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis des Wechselstromteiles der Maschine in zwei Parallel zweige unterteilt ist, von denen der eine, der Schweißstromzweig, die Schweißstelle, der andere, der Erregerstromkreis, einen kapazitiven Widerstand enthält.
4. Einrichtung zur Lichtbogenschweißung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem kapazitiven Widerstand im Erregerstromzweig die eine Wicklung eines Transformators in Reihe geschaltet ist, dessen andere Wicklung in den Schweißstromzweig in solchem Sinne eingeschaltet ist, daß durch den Schweißstrom der induktive Spannungsabfall in der ersten Wicklung verkleinert wird.
5. Einrichtung zur Lichtbogenschweißung nach Anspruch' 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines selbsterregten Wechselstrom - Synchrongenerators, bei dem die Feldwicklung über einen Gleichrichter, z. B. einen Trockengleichrichter, in Abhängigkeit vom Schweißstrom vom Wechselstromteil aus gespeist wird.
6. Einrichtung zur Lichtbogenschweißung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Gleichrichter in Reihe geschaltete Erregerwicklung zu einer in dem Schweißstromkreis liegenden Impedanz parallel geschaltet ist oder in einem zur Schweißstelle parallelen Stromzweig liegt, welcher den einen Teil (Se- , kundärwicklung) einer Koppelvorrichtung (Transformator) enthält, deren anderer Teil (Primärwicklung) in dem die ioo Schweißstelle enthaltenden Schweißstromzweig liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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