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Wechselstrom-Lichtbogen-Schweißgerät mit automatischer Schaltvorrichtung
über einen Hilfstransformator Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechselstrom-Lichtbogen-Schweißgerät
mit einem Schweißtransformator sowie mit einer Steuerung für dessen selbsttätiges
Ein- und Ausschalten beim Kurzschließen bzw. Unterbrechen des Schweißstromkreises,
bei welchem diese Steuerung mit Hilfe eines Hilfstransformators stattfindet, dessen
Sekundärwicklung zu der des Schweißtransformators parallel geschaltet ist, sowie
mit Hilfe einer in dem Primärkreis des Schweißtransformators liegenden, magnetisch
arbeitenden Einschaltvorrichtung, deren Arbeitsspule in dem Sekundärstromkreis des
Hilfstransformators liegt und die Kontakte für den Schweißstrom schließt, wenn die
Spule einen genügend hohen Strom erhält, und wieder abschaltet, wenn dieser Strom
ausfällt oder unter einen vorbestimmten unteren Wert absinkt.
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Es sind bereits Wechselstrom-Lichtbogen-Schweißgeräte bekannt, bei
denen die Sekundärwicklung des Hilfstransformators bei Betätigung der Einschaltvorrichtung
vom Schweißstromkreis abgeschaltet wird und bei denen nach dieser Ab-
schaltung
die Schaltvorrichtung mittels einer Haltespule eingezogen gehalten wird, die über
ein Relais an der Lichtbogenspannung liegt, derart, daß bei Unterbrechung des. Lichtbogens
dieses Relais abschaltet und dadurch den Haltestromkreis unterbricht.
Es
sind weitere Schweißgeräte dieser Art bekannt, bei denen die Einschaltvorrichtung
eine Anzahl Hilfskontakte aufweist, die zum Ein- bzw. Abschalten bestimmter Widerstände
zwecks Herunterdrückens der Leerlaufspannung des Hilfstransformators im offenen
Schweißstromkreis dienen. Bei diesen Geräten sind weiterhin die Schließkontakte
eines Relais zu der Arbeitsspule der Einschaltvorrichtung in Reihe geschaltet, derart,
daß die Arbeitsspule erst erregt wird, nachdem dieses Relais in Abhängigkeit von
der vom Hilfstransformator im Schweiß,stromkreiserzeugten Spannung angesprochen
hat. Für diese bekannten Schweißgeräte müssen deshalb verschiedene Relais mit mehreren
Kontakten verwendet werden, so duß dieselben verhältnismäßig kostspielig und verwickelt
ausgebildet sind.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Wechselstrom-Lichtbogen-Schweißgerätes,
welches für den Schweißer einen wirksamen Schutz bietet und trotzdem nur eine einfache
Schaltung mit einem einzigen, lediglich eine geringe Stromstärke schaltenden Relais
aufweist, so daß neben geringeren Kosten auch eine größere Betriebssicherheit gewährleistet
ist.
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Zu diesem Zweck besteht die Erfindung darin, daß der Hilfstransformator
im offenen Schweißstromkreis eine Leerlaufspannung von weniger als ,45 V erzeugt,
aber beim Schweißen annähernd die gleiche Spannung des Arbeitsstromkreises besitzt
wie der Schweißtransformator, und daß er so aufgebaut und bemessen ist, daß er einen
genügend hohen Strom der Arbeitsspule zwecks Schließens der Schaltvorrichtung lediglich
bei kurzgeschlossenem Schweißstromkreis zuführen kann, und daß er daraufhin während
des Schweißens dem Schweißstromkreis einen genügend großen Strom zuführen kann,
so duß die Arbeitsspule die Schaltvorrichtung so lange geschlossen hält, wie dieser
Stromkreis nicht unterbrochen ist.
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Um zu erreichen, daß der Sekundärstrom des Hilfstransformators verhältnismäßig
gering bleibt, z. B. in der Größenordnung von etwa 2 bis 6 A, kann dieser Transformator
nach. einem weiteren Merkmal der Erfindung vorzugsweise eine hohe magnetische Streuung
besitzen, um eine scharf abfallende Stromspannungscharakteristik zu erhalten. Dabei
kann weiterhin vorzugsweise der Hilfstransformator derart an die Recktanz der Sekundärwicklung
des Schweißtransformators angeglichen sein, daß bei Leerlauf die Spannung im Arbeitsschweißstromkreis
unter den Wert von 45 V abfällt, d. h. unter einen dem Menschen gefährlichen Spannungswert.
Diese Anpassung kann erfindungsgemäß auch dadurch erreicht werden, daß in dem Sekundärstromkreis
des Hilfstransformators eine einstellbare Drosselspule eingeschaltet ist, welche
parallel zu den Leistungsklemmen des Schweißtransformators gelegt ist.
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Bemerkt sei, daß es an sich bekannt ist, parallel zu den Leistungsklemmen
des Schweißstromtransform°t.-.r1-. .=:.#:en Autotransformator, die in j Reihe liegenden
Spulen zweier Relais oder eine Drosselspule zu schalten, die bei Leerlauf automatisch
derart im - Schweißstromkreis geschaltet werden, daß sie durch Spannungsteilung
die offene Spannung des Gerätes unter einen dem Menschen gefährlichen Wert herabsetzen.
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Die besondere Anwendung dieser an sich bekannten Schaltmaßnahmen auf
die vorliegende Erfindung bringt jedoch eine vorteilhafte Weiterbildung derselben.
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Zum erleichterten Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel
derselben @an Hand schematischer Zeichnung beschrieben.
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Das Gerät dieses Ausführungsbeispieles umfaßt als Hauptteile einen
Schweißtransformator A mit einer Primärwicklung i und einer Sekundärwicklung 2,
einen. Magnetschalter B mit zwei paarweisen Schaltkontaktelementen 3, mit einem
unter Federwirkung stehender Anker q. und einer Feldwicklung 5 sowie schließlich
einen Hilfstransformator C mit einer Primärwicklung 6 und einer Sekundärwicklung
7. Die Primärwicklung i des Schweißtransformators A kann über die Kontakte 3 des
Magnetschalters B sowie über einen von Hand .zu betätigenden Hauptschalter $ an
die Klemmen g eines Wechselstromnetzes angeschlossen werden. Die Primärwicklung
6 des Hilfstransformators C ist' direkt an den Hauptschalter 8 angeschlossen und
liegt demnach parallel zu der Primärwicklung i des Schweißtransformators A. Die
Sekundärwicklung 7 des Hilfstransformators C ist an den Schweißstromkreis parallel
zur Sekundärwicklung 2 des Schweißtransformators A mittels Leitungen io, i i angeschlossen,
wobei die Leitung io die Feldwicklung 5 des Magnetschalters B und Leitung i i einen
Überstromwärmeschalter 12 enthält. Der Schweißstromkreis des Transformators A schließt
das zu schweißende Teil 13 und die Schweißelektrode 14 ein.
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Der Hilfstransformator C besitzt wenigstens annähernd die gleiche
Arbeitsstromkreissekundärspannung, z. B. 8o V, wie der Schweißtransformator A und.
ist so bemessen, daß er eine verhältnismäßig scharf abfallende Stromspannungskurve
aufweist. Zu diesem Zweck ist dieser Transformator vorzugsweise als Kerntransformator
gebaut und derart gewickelt, daß eine große magnetische Streuung zwischen seinen
beiden Wicklungen besteht. Die Leistung des Hilfstransformutors liegt beispielsweise
in der Größenanordnung von 50 bis ioo Watt.
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In Ruhelage befindet sich der Magnetschalter B in der dargestellten
Stellung. Die Kontakte desselben werden jedoch geschlossen, sobald ein Erregerstrom
von z. B. 6 A durch die Feldwicklung 5 fließt. Der Schalter fällt jedoch aus bzw.
schaltet ab, sobald der Erregerstrom unter einen bestimmten Mindestwert, z. B. 2
A, abfällt.
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Das beispielsweise beschriebene und dargestellte Gerät arbeitet wie
folgt: Nach dem Schließen des Hauptschalters 8 wird der Hilfstransformator C erregt,
so daß dessen Sekundärwicklung 7 die Sekundärwicklung 2 des
Schweißtransformators
A über den Stromkreis mit den Leitungen io und i i und der Spule 5 mit Strom speist.
Die Sekundärspannung des Transformators C fällt auf ungefähr 42, V ab; infolge der
Reaktanz des Schweißtransformators A, dessen Primärseite noch nicht angeschlossen
ist, ist der entsprechende Strom jedoch zu gering, z. B. unter 6 A, um den Schalter
B betätigen zu können. Wird jedoch die Schweißelektrode 14 mit dem Teil 13 in Berührung
gebracht; dann wird die Recktanz der Wicklung 2 kurzgeschlossen, so daß der Strom
im Sekundärstromkreis des. Hilfstransformators C auf einen solchen Wert ansteigt,
daß die Spule 5 für das Schließen der Schaltkontakte genügend erregt wird.
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Hierdurch wird der Schweißtransformator mit dem Netz verbunden und
beginnt, der Elektrode 14 Strom zuzuführen. Wird die Elektrode vom Teil 13 für die
Bildung des Schweißlichtbogens ein kurzes Stück abgehoben,- dann verringert sich
der Strom -im Sekundärstromkreis des Hilfstransformators ein wenig infolge der ansteigenden
Spannung am Lichtbogen. Die Charakteristik des Hilfstransformators C ist jedoch
so gewählt, daß dieser Transformator fortlaufend dem Schweißlichtbogen Strom zuführt,
wobei die Sekundärspannung des Transformators mit der Lichtbogenspannung steig und
fällt und der entsprechende Strom eine genügende Größe aufweist, z. B. 2 bis q.
A, um den Schalter B in S-chüeßstellung zu halten. Sobald jedoch der Lichtbogen
unterbrochen wird oder aber wenn der Widerstand am Lichtbogen einen zu hohen Wert
erhält, bewirkt die ansteigende Gegenspannung des Schweißtransformators ein Abfallen
des Sekundärstromes des Hilfstransformators unter seinen vorbestimmten Mindestwert
oder überhaupt eine Unterbrechung des Stromflusses, so daß der Magnetschalter B
sich öffnet und 'der Schweißtransformator vom Netz abgeschaltet wird.
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Für Regelzwecke ist zwischen die Leitungen io und i i eine Drosselspule
15 gelegt, welche dazu verwendet werden kann, falls die Recktanz des Schweißtransformators
A zu groß ist, die Spannung des Hilfstransformators beim Schließen des Hauptschalters
8 auf die ungefährliche Spannung des Arbeitsschweißstromkreises von ungefähr 42
V herunterzusetzen. Durch eine geeignete Einstellung der Spule 15 kann die Gesamtreaktanz
an der Sekundärwicklung des Hilfstransformators vor dem Schweißen so verringert
werden, daß ein Stromfluß eintritt, welcher zu gering ist, um den Schalter B zu
schließen, der jedoch ausreicht, die erforderliche Abnahme der Sekundärtransformatorspannung
in Übereinstimmung mit der Stromspannungschärakteristik des Transformators zu bewerkstelligen.
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Es kommt praktisch zeitweilig vor, daß noch Beendigung einer Schweißnaht
der Schweißer den Hauptschalter 8 nicht augenblicklich ausschaltet, so daß durch
die Auflage des Elektrodenhalters auf dem Arbeitsstück ein Kurzschluß entsteht.
Um nun den Schweißtransformator in solchen Fällen zu schützen, ist der Überstromwärmeschalter
12 vorgesehen, der so eingestellt ist, daß bei einem längeren Kurzschluß zwischen
Schweißelektrode und Erde nach einem bestimmten Zeitraum der Sekundärstromkreis
des Hilfstransformators C unterbrechen wird, wodurch der Schalter B den Schweißtraai-formator
A abschaltet. Der Wärmeschalter kann lediglich von Hand wieder eingeschaltet werden.
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An Stelle eines Wärmeschalters 12 kann jede sonst geeignete Art einer
Unterbrechervorrichtung mit Zeitverzögerung Verwendung finden, welche auf den größten
Sekundärstrom des Hilfstransformators anspricht.
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Die vorbeschriebene Anordnung bildet nicht nur eine Sicherungsvorrichtung
für das Abschalten des Schweißtransformators, sondern kann darüber hinaus dazu dienen,
unterschiedliche Hilfsvorrichtungen zu steuern, die lediglich dann in Tätigkeit
sein dürfen, wenn tatsächlich geschweißt wird. Solche Vorrichtungen können beispielsweise
bei automatischen Schweißmaschinen die Vorrichtung für die Zuführung des Schweißdrahtes
zum Elektrodenhalter und für die Vorbewegung dieses Elektrodenhalters entlang seiner
Arbeitsbahn während des Schweißvorganges sein. -In der Zeichnung sind die erwähnten
beiden Vorrichtungen schematisch durch die Elektromotore 16 und 17 angegeben,
die über die Leitungen i8 und i9 gespeist werden, welche von den Verbindungsleitungen
des Schweißtransformators mit dem Magnetschalter B abzweigen. Ersichtlich erhalten
die Motore 16,17 lediglich dann von den Netzklemmen bei 8 Strom, wenn. der Schalter
B während des- tatsächlichen Schweißvorganges geschlossen ist.
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Ein weiteres Beispiel bildet die Steuerung eines bekannten Gerätes
für das Schweißen innerhalb einer Gasatmosphäre, welches im wesentlichen eine Einrichtung
für die Zufuhr von Argon oder einem sonstigen inerten Gas an den Schweißlichtbogen
sowie eine Stromquelle für die Erzeugung von hoher Spannung und Frequenz umfaßt,
welche an den Lichtbogen für Ionisierungszwecke angeschlossen wird. -In der Zeichnung
ist schematisch ein elektrisch betätigtes Ventil 2o dargestellt, welches in der
Zufuhrleitung 21 des genannten Gases liegt. Ferner zeigt die Zeichnung schematisch
einen Hochfrequenzgenerator 22, welcher über gestrichelt angegebene Leitungen 23
mit der Elektrode 1q, und dem Werkstück 13 verbunden ist. Ventil und Generator bilden
einen Teil des vorgenannten Gerätes und werden durch den über die Leitungen 18,
19 zugeführten Strom betätigt. Wird der Schalter B geschlossen, dann wird das Ventil
:2o von seinem Sitz abgehoben, so daß das Gas durch die Leitung 21 fließen kann
sowie der Generator z2 erregt, während das genannte Ventil den Gasstrom wieder schließt
und der Generator abgeschaltet wird, sobald infolge Unterbrechung des Schweißlichtbogens
der Schalter B den Schweißtransformator vom Netz wieder abschaltet.
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Die Erfindung ist auf die Einzelheiten des vorbeschrieben-en Ausführungsbeispiels
nicht beschränkt,
sondern es können im Kanmen der Erfindung Abänderungen
vorgenommen werden.