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Anordnung zum Lichtbogenschweißen mit Transformator Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zum Lichtbogenschweißen mit Transformatoren mit im Leerlauf
reduzierter Sekundärspannung, wobei die niedrige Leerlaufspannung in jedem Fall
gewährleistet ist, um jede Gefährdung des Bedienungspersonals besonders bei Elektroschweißung
in engen und feuchten Räumen auszuschließen.
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Die Zusammenwirkung zweier Transformatoren für bloßes Regeln ist bekannt,
wobei die Primärwicklung des Zusatztransformators parallel an die Primärwicklung
des Haupttransformators angeschlossen wird, indem ihre Enden an veränderliche Stufen
der letzteren gelegt werden, so daß die Primärwicklung des Zusatztransformators
eine veränderliche Spannung erhält.
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Für den gleichen Zweck ist ferner auch die Verwendung eines dreischenkligen
Transformators bekanntgeworden, bei dem eine zweite Sekundärwicklung des Transformators
so geschaltet werden kann, daß sie die erste Sekundärwicklung entweder unterstützt
oder ihr entgegenwirkt.
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Es ist ferner bekanntgeworden, die Leerlaufspannung eines Lichtbogen-Schweißtransformators
in den Schweißpausen durch das Zwischenschalten einer auf dem Eisenkern des Schweißtransformators
aufgebrachten Spannungsteilerwicklung in den Primärstromkreis herabzusetzen. Die
Spule, die als Drosselspule wirkt, hat einen konstanten Widerstand, und der Schweißtransformator
hat den Nachteil, daß für die Steuerung nur ein verhältnismäßig geringer Strom zur
Verfügung steht, so daß die Steuerung schwierig und empfindlich ist.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekanntem Schweißtransformatoren
zu beheben, und bezweckt, einen besonders zuverlässig arbeitenden Transformator
zu schaffen. Durch eine Differenzschaltung von zwei Transformatoren wird erreicht,
daß bei Berührung des Werkstückes mit einer Elektrode in jedem Falle ein sehr kräftiger
Strom fließt, so daß säubere und technisch einwandfreie Schweißnähte hergestellt
werden können.
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Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung zum Lchtbogenschweißen mit
Transformator und im Leerlauf reduzierter Sekundärspannung vorgeschlagen, wobei
eine an sich bekannte veränderliche Zusammenwirkung zweier Transformatoren benutzt
wird, deren Bemessung derartig gewählt ist, daß einer allein oder beide zusammen
in Gegenschaltung die Leerlaufspannung und beide zusammen die Schweißspannung ergeben,
und ferner eine Streuflußwicklung vorgesehen ist, die die Primärwicklung des einen
der Transformatoren ein-, aus- oder umschaltet. Ein weiterer technischer Vorteil
der Erfindung ist die Tatsache, daß die Schaltung so ausgebildet ist, daß sie bei
allen Störungsmöglichkeiten nur die Leerlaufspannung von 42 Volt ergibt, so daß
mit absoluter Sicherheit der Schutz' des Bedienungspersonals gewährleistet ist.
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Durch sorgfältige Versuche, in denen alle denkbaren Fehlermöglichkeiten
an den Schützen und auch Kurzschlußfälle erprobt wurden, konnte auch praktisch nachgewiesen
werden, daß eine Gefährdung des Schweißers ausgeschlossen ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen
näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Transformators gemäß
der Erfindung in Seitenansicht; Fig.2 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 1 in Draufsicht;
Fig.3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel in Seitenansicht; Fig.4 zeigt das Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 in Draufsicht; Fig. 5 zeigt eine Schaltung, die bei dem Ausführungsbeispiel
nach den Fig. 3 und 4 angewendet werden kann.
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Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist ein Blechpaket in einen ersten
Teil 1 und einen zweiten Teil 2 - die Kerne der beiden Transformatoren bildend -aufgeteilt.
Die Bleche sind entsprechend Fig. 2 derart aufeinandergelegt, daß sie sekundärseitig
einen gemeinsamen Steg 3 bilden, um den die Sekundärwicklung 4 angeordnet ist.
Wie
aus den Figuren ferner hervorgeht; -haben bei den Blechschnitten der beiden Teile
des Blechpakets die Stege die gleichen und die Joche verschiedene Abmessungen, wobei
das Joch des. Blechpakets 2 länger ist als das Joch des Blechpakets 1. Auf diese
Weise entstehen zwei getrennte- primärseitige Stege 5 und 7 und ein gemeinsamer
sekundärseitiger Steg 3. Auf dem ersten primärseitigen Steg 5 ist die erste Primärwicklung
6 angeordnet, während auf dem zweiten primärseitigen Steg 7 die zweite- Primärwicklung
8 angeordnet ist.
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Zur Beeinflussung der Stromspannungskennlinien ist ein Tauchpol 9
.vorgesehen, der in das zwischen den Wicklungen 4 und 6 gebildete Fenster mehr oder
weniger tief eingeführt werden kann, so daß sich bei Einführung des Tauchpols ein
magnetischer Kurzschluß ergibt, der stärker abfallende Stromspannungskennlinien
hervorruft. Die Querschnitte der Blechpakete sind vorzugsweise so bemessen, daß
auf das Blechpaket 1 ein Querschnittsanteil von 58 % und auf das Blechpaket 2 ein
Querschnittsanteil von 42% entfällt.
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Beim Einschalten des Gerätes wird die Primärspule 6, die mit 5801o
an dem im Transformator wirksamen Magnetfluß beteiligt ist, derart erregt, daß sich
sekundärseitig eine Leerlaufspannung von 580/0 ergibt. Wenn eine Gesamt-Leerlaufspannung
von 69V sekundärseitig vorgesehen ist, wird daher bei Erregung der Primärwicklung
6 eine sekundärseitige Leerlaufspannung von 40V auftreten. Diese 40V entsprechen
580!o der gesamten Transformatorleistung, so daß im Gegensatz zu den bisher bekannten
Ausführungsformen eine sichere und unbedingt einwandfreie Zündung gewährleistet
ist.
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Beim Aufsetzen der Elektrode auf das Werkstück wird durch noch zu
beschreibende Schalteinrichtungen die Primärwicklung 8 ebenfalls an das Netz angeschlossen,
so daß in der Sekundärwicklung 4 nunmehr der volle Magnetfluß wirksam ist und der
Schweißvorgang mit voller Spannung und normaler Leistung erfolgt. Wenn der Schweißer
den Lichtbogen abreißt, wird die Primärwicklung 8 wieder stromlos, so daß an der
Zange nur noch die Schutzspannung von 40 V vorhanden ist.
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Ein zusätzlicher Vorteil des beschriebenen Transformators besteht
darin, daß die Leistungs- und Stromaufnahme im Leerlauf gegenüber den bekannten
Ausführungsformen nur etwa 60% beträgt.
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Das Ein- und Ausschalten der zweiten Primärwicklung 8 kann in zweckmäßiger
Weise durch an sich bekannte Schalteinrichtungen erfolgen. Beispielsweise können
Transduktorschaltungen oder elektronische Schaltungen verwendet werden. Auch ist
es möglich, ein Schütz zu verwenden, dessen Spule von einem Stromwandler gespeist
oder durch einen Streufeldschalter betätigt wird. Ferner können elektronisch gesteuerte
Schützschaltungen verwendet werden usw.
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Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
Der Aufbau des Transformators ist im wesentlichen der gleiche wie bei der Ausführungsform
nach den Fig. 1 und 2, jedoch ist sekundärseitig ein zusätzlicher Eisenkern 10 vorgesehen,
der nur mit der Sekundärwicklung magnetisch verkettet ist. Der Kern 10 wird daher
nur von der Sekundärwicklung erregt und kann nur bei sekundärseitiger Belastung
ein Magnetfeld enthalten, das mit der Netzfrequenz pulsiert. Die magnetischen Verhältnisse
des Kerns 10 sind so gewählt, daß im gesamten Arbeitsbereich, also vom kleinsten
bis zum größten Schweißstrom, im flachen Teil der Magnetisierungskennlinien gearbeitet
wird, so daß eine mit dem Kern 10 zusammenwirkende Steuerwicklung
11 unabhängig von der Stärke des Schweißstroms eine verhältnismäßig ausgeglichene
Steuerspannung liefert. Die Steuerwicklung 1.1 betätigt ein Schütz, das die Primärwicklung
8 ein- und ausschaltet.
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Einzelheiten der Schalteinrichtung gehen aus Fig.5 hervor. Wie in
dieser Figur dargestellt ist, kann an die erste Primärwicklung 6 eine Netzspannung
von entweder 220 oder 380 V angelegt werden. Bei Erregung der Wicklung 6 wird in
der Sekundärwicklung 4 über das Blechpaket 1 eine Spannung von 40 V induziert. Wenn
nun die Schweißelektrode auf das Werkstück aufgesetzt wird, fließt der Schweiß-Strom
von der Sekundärwicklung 4 über Schweißkabel 12, Zange 13, Elektrode 14, Werkstück
15 und Anschlußverbindung 16 zurück zur Sekundärwicklung 4. Durch die Amperewindungen
der Sekundärwicklung 4 wird in dem Kern 10 ein magnetisches Feld erregt, das in
der Steuerwicklung 11 eine Spannung induziert. Über Leitung 17 mit Schmelzsicherung
29, Leitung 18, Erregerwicklung 19 eines Steuerschützes und
Leitungen 20 und 21 wird ein Stromkreis geschlossen, der das erste von zwei in Reihe
geschalteten Schaltschützen zum Ansprechen bringt. Zugleich fließt auch ein Strom
von Wicklung 11 über Leitung 17 mit Schmelzsicherung 29, Leitung 22, Erregerwicklung
23 eines zweiten Schaltschützes und Leitungen 24 und 21 zurück zur Steuerwicklung
11. Die beiden Schaltschütze sprechen daher gleichzeitig an und schließen einen
Stromkreis, der von dem einen Ende der Primärwicklung 6 über Leitung 30, die beiden
Schaltschütze, Leitung 31 und die Wicklung 8 des zweiten Primärteils zum anderen
Ende der Wicklung 6 verläuft. Im Blechpaket 2 entsteht nunmehr ein entsprechendes
magnetisches Feld, so daß in der Sekundärspule 4 nunmehr die volle Schweißleistung
wirksam wird. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, sind normale Schütze für Dreiphasenwechselstrom
vorgesehen. Da indessen die Primärspule 8 nur einphasig geschaltet wird, werden
die drei Kontakte jedes Schützes parallel geschaltet, so daß das Schütz in üblicher
Weise mit dem doppelten Nennstrom belastet werden kann. Da die Kontakte der beiden
Schütze in Reihe geschaltet sind, kann die Primärspule 8 nur dann unter Spannung
gesetzt werden, wenn beide Schütze' eingeschaltet sind. Auf diese Weise ist ein
hohes Maß an Sicherheit erreicht.
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Um zu vermeiden, daß weitergearbeitet wird, wenn eines der beiden
Schütze versagt und nach Abschalten des Erregerstroms in Einschaltstellung bleibt,
ist als zusätzliche Sicherung ein Pol des Ruhe-Hilfskontaktes des ersten Schützes
mit einem Pol des Arbeits-Hilfskontaktes des zweiten Schützes verbunden. Die beiden
freien Pole der Hilfskontakte sind unter Zwischenschaltung der Sicherung 29 an die
Spule 11 des Zusatzkernes 10 gelegt, von der beide Schützspulen gespeist werden.
Kommt es zu einer Unregelmäßigkeit in der Schützsteuerung, beispielsweise durch
Kleben eines Schützes in der Einschaltstellung, so wird bei Abfallen des anderen
Schützes der Steuerstromkreis kurzgeschlossen.
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Wenn beispielsweise der linke der beiden Steuerschütze nach Abnehmen
der Elektrode 14 von dem
Werkstück 15, also bei Stromlosigkeit der
Steuerwicklung 11 in Einschaltstellung verbleibt, während der rechte Schütz abschaltet,
so wird bei erneutem Aufsetzen der Elektrode auf das Werkstück von der Steuerwicklung
11 ein Strom fließen über Leitung 17 mit Schmelzsicherung 29, den nun geschlossenen
Kontaktteil 25, Kontaktteil 28 und Leitung 21. Da in diesem
Kurzschlußkreis keine nennenswerten Impedanzen vorhanden sind, wird die Schmelzsicherung
ansprechen, so daß an der Schweißstelle nur eine Spannung von 40 V wirksam werden
kann, so daß der Schweißer seine Arbeit einstellt und eine Inspektion der Schützensteuerung
vorgenommen wird.
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Falls in entsprechender Weise nach dem Abnehmen der Elektrode vom
Werkstück ein Kleben des rechten Schaltschützes erfolgen sollte, fließt bei erneutem
Aufsetzen der Elektrode auf das Werkstück ein Strom von der Steuerwicklung 11 über
Leitung 17 mit Schmelzsicherung 29, Kontaktteil 27, dem nun geschlossenen Kontaktteil
26 und Leitung 21 zurück zur Steuerwicklung 11. Auch in diesem Fall wird die Schmelzsicherung
den Erregerkreis der Steuerschütze unterbrechen.
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Da bei Geräten der beschriebenen Art eine Lageunempfindlichkeit von
mindestens 30°/o gefordert wird, also beim Kippen des Gerätes um 300/9 nach allen
Seiten die Schutzeinrichtung noch einwandfrei funktionieren muß, werden zweckmäßig
Schütze in Zugankerkonstruktion verwendet, die bei entsprechend gewählten Kontaktfedern
praktisch in jeder Lage einwandfrei arbeiten. Auch kann es zweckmäßig sein, die
beiden Schütze so anzuordnen, daß ihre Achsen horizontal um 90° gegeneinander versetzt
werden.
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Durch die Erfindung ist eine besonders günstige Dimensionierung der
Schütze möglich. Die Primärspule 8 ist mit 42% an der gesamten Transformatorenleistung
beteiligt. Da normale dreipolige Schütze verwendet werden, können diese im vorliegenden
Fall mit dem doppelten Nennstrom belastet werden. Die Schütze werden daher für 210/0
des Primärstroms gewählt.
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Bei den bekannten Ausführungsformen der Schweißtransformatoren wird
demgegenüber der Sekundärstrom geschaltet, der etwa das sechsfache des Primärstroms
beträgt. Berücksichtigt man außerdem, daß bei der Erfindung nur etwa 42% der Transforrnatorleistung
zu beherrschen sind, so ergibt sich bei der Erfindung eine erhebliche Ersparnis
an Schaltgeräten.
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Bei Transformatoren für zwei oder drei Netzspannungen wird die Primärwicklung
8 stets nur für eine, und zwar die höchse Netzspannung 9; gewickelt und für die
beiden Schütze an die entsprechenden Anschlüsse der Primärwicklung 6 angeschlossen.
Bei Anschluß des Gerätes an eine niedrigere Netzspannung liefert die Primärwicklung
6 in Sparschaltung den Strom für den Wicklungsteil B. Auf diese Weise wird
die Gesamtschaltung sehr einfach, und die Schütze können kleiner gewählt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Insbesondere können die Schalteinrichtungen in anderer zweckmäßiger
Weise ausgebildet sein, wobei z. B. auch an Stelle der in Fig. 5 dargestellten beiden
Schütze drei oder mehr Schütze hintereinander geschaltet werden können. Auch kann
der konstruktive Aufbau des Transformators, insbesondere im Hinblick auf die Anordnung
der Blechpakete und der Wicklungen, in zweckmäßiger Weise geändert werden.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Wicklung 8 so zu schalten, daß
sie im entlasteten Zustand eingeschaltet ist, jedoch im Sinne einer Herabsetzung
der Leerlaufklemmenspannung arbeitet, so daß in diesem Zustand an der Schweißstelle
nur eine Spannung von etwa 40 bis 42 V wirksam ist, während bei Belastung eine Umpolung
der Wicklung derart erfolgt, daß die Klemmenspannung auf den vorgesehenen Wert erhöht
wird. Beispielsweise kann die Wicklung 6 im Leerlaufzustand eine Spannung von 56
V erzeugen, und von dieser Spannung werden im unbelasteten Zustand 14 V der Spule
8 subtrahiert, so daß sich eine Spannung an der Schweißstelle von 42 V ergibt. Bei
Aufsetzen der Elektrode auf das Werkstück wird die Wicklung 8 dann umgepolt, so
daß sich nun 56 -f- 14 V = 70 V an der Schweißstelle ergeben.
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Auch kann es zweckmäßig sein, die Wicklung 8 im Leerlaufzustand kurzzuschließen.
Man erhält dadurch die vorteilhafte Wirkung, daß das Eisenpaket, das von der Wicklung
umfaßt wird, nicht zu einer Drosselwirkung beiträgt und die Leistung im Augenblick
der Zündung herabsetzt.
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Es ist ferner nicht erforderlich, daß zur Änderung der Eigenschaften
des Aggregates ein Tauchpol oder Streupol verwendet wird, sondern es können auch
andere geeignete Einrichtungen dieser Art verwendet werden.