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Tragbares Lichtbogenschweißgerät Die Erfindung betrifft ein tragbares
Lichtbogenschweißgerät bzw. ein Gerät, wie es auch zum elektrischen Widerstandsschweißen
bzw. elektrischen Erwärmen Verwendung finden kann.
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Für viele Zwecke ist es erwünscht, ein leistungsfähiges Gerät für
derartige Zwecke zur Hand zu haben, das von einer Person leicht transportiert werden
und auch auf schwierigem Baugelände Verwendung finden kann. Es ist bereits eine
ganze Reihe von Lösungen bekanntgeworden, welche die Transportfähigkeit des Gerätes
erhöhen, so daß dieses von einer Person nach Art eines Karrens geschoben oder von
zwei Personen getragen werden kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Lichtbogenschweißgerät
zu schaffen, das bei geringen Abmessungen und vergleichsweise größter elektrischer
Leistung für die Bedienungsperson auch bei Auftreten etwaiger Fehler in dem Gerät
absolute Sicherheit bietet.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gerätegehäuse
aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht und die Teile des Gerätes in
ihren Formen angepaßten Ausnehmungen des Gehäuses derart gehaltert sind, daß an
keiner Stelle metallische Konstruktionsteile nach außen frei liegen.
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Es ist an sich seit langem bekannt, auch Gehäuseteile für elektrische
Geräte aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff herzustellen. So ist es z. B.
bei Grubentransformatoren bekannt, den ganzen Transformator in ein Epoxyharz einzugießen
und nur die Anschlußstücke herauszuführen. Man hat auch schon für elektrische Kleingeräte,
wie Kleinwandler, aus Isolierpreßstoffschalen zusammengesetzte Gehäuse verwendet,
die mittels durchgehender Metallrohrnieten zusammengehalten sind. Für Elektrizitätszähler
hat man Gehäuseschalen aus Isolierstoff gepreßt, in die metallische Befestigungselemente
sowohl für das Gehäuse als auch für das in diesem angeordnete Meßsystem eingebettet
sind. Auch hat man beispielsweise das Gehäuse und den Handgriff elektrischer Bohrmaschinen
aus Kunststoffen hergestellt. Schließlich ist es bekannt, den die Umschalter tragenden
Deckel des metallischen Gehäuses eines Lichtbogenschweißgerätes aus Kunststoff herzustellen.
Mit diesen an sich bekannten Maßnahmen wird jedoch der Zweck der vorliegenden Erfindung
nicht erreicht, da nicht die Gewähr dafür besteht, daß nicht an den aus den Isolierstoffgehäusen
oder Gehäuseteilen herausgeführten Metallteilen derartige, die Bedienungsperson
gefährdende Spannungen auftreten können.
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Es hat sich gezeigt, daß gerade auf dem Gebiet der tragbaren Schweißgeräte
eine erhebliche Unfallgefahr besteht, da diese Geräte an Baustellen od. dgl. oft
unter rauhen, schwierigen und kritischen Verhältnissen eingesetzt werden müssen.
Es kommt daher darauf an, daß die Anordnung in der durch die Lehre der vorliegenden
Erfindung aufgezeigten Weise so getroffen ist, daß nicht nur auf die Erdung des
Gerätegehäuses, sondern auf eine Erdleitung für das Gerät überhaupt verzichtet werden
kann, da für deren wirksamen Anschluß auf Bauplätzen od. dgl. keine Gewähr besteht.
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Eine besonders sichere Anordnung ergibt sich, wenn man das Gehäuse
aus zwei Kunststoffblöcken herstellt, in denen die Teile des Gerätes in entsprechend
geformte Ausnehmungen eingesetzt sind.
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Diese Ausbildung des Gehäuses hat einmal den Vorteil, daß das Gehäuse
die Teile des Gerätes eng anliegend umschließen kann, da der Kunststoff von dem
den Transformator umgebenden Magnetfeld nicht beeinflußt wird und seinerseits dieses
Feld nicht stört. Bei den bekannten Anordnungen mußten bisher stets ein bestimmter
Mindestabstand zwischen den Transformatorteilen und dem Metallgehäuse eingehalten
oder aber antimagnetisches Blech verwendet werden. Dennoch ließ es sich nicht vermeiden,
daß durch die gegenseitige Beeinflussung von Magnetfeld und Gehäuse ein störendes
Brummen entstand sowie zusätzliche Verluste auftraten.
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Ein weiterer Vorteil der neuen Ausbildung ist darin zu sehen, daß
bei der Unterbringung der Teile des Gerätes in dem Gehäuse keine besonderen Befestigungsmittel
mehr erforderlich sind. Bei Zusammensetzen der beiden Gehäuseblöcke ruhen die Geräteteile
unmittelbar in den Ausnehmungen. Abgesehen davon, daß sich dadurch die Herstellungskosten
wesentlich senken lassen, sind bei dieser Anordnung die einzelnen Teile leicht zugänglich
und auswechselbar. Außerdem läßt sich durch Anordnung entsprechender
Kanäle
eine durch Konvektion wirksame Kaminlüftung erzielen. Schließlich sind alle Teile
leicht und schnell zu montieren, so daß sich sehr kurze Montagearbeiten ergeben.
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Bei regelbaren Transformatoren mit Einstellmöglichkeiten auf unterschiedliche
Schweißströme hat es sich bekanntlich als sehr schwierig erwiesen, die Leerlaufspannung
möglichst niedrig zu halten, was für Arbeiten in engen Behältern od. dgl. von außerordentlicher
Wichtigkeit ist. Zum anderen ist es bisher nur durch besondere Kunstgriffe möglich
gewesen, trotz der Veränderung des Schweißstrombereiches die Schweißspannung (Brennspannung)
in engen Grenzen konstant zu halten. Bekanntlich läßt sich eine zufriedenstellende
Schweißung nur in einem relativ engen Spannungsbereich für die Brennspannung durchführen,
der in weiten Grenzen unabhängig von der Dicke des zu verschweißenden Materials
ist.
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Zur Einstellung des Schweißstromes gibt es verschiedene Möglichkeiten.
In vielen Fällen wird zu diesem Zweck ein Teil des Magneteisens des Transformators
verschiebbar angeordnet. Hierdurch ist ein relativ großer Raumbedarf erforderlich.
Das gleiche gilt für die Möglichkeit, bei der die beiden Wicklungen des Transformators
gegeneinander verschoben werden können. Am häufigsten ist eine Regelung durch Anordnung
verschiedener Abgriffe in der Sekundärwicklung, zwischen denen Umschalter angeordnet
sind. Diese letzte Möglichkeit hat den Nachteil, daß sekundärseitig der gesamte
Schweißstrom umgeschaltet werden muB. Der Umschalter muß daher beispielsweise bis
150 Amp. belastbar sein und benötigt daher auch einen entsprechend großen Raum.
Außerdem ändert sich beim Umschalten das Windungsverhältnis und damit auch die Spannung.
Die gleichen Nachteile treten in verstärktem Maße bei einer Umschaltung auf der
Primärseite des Transformators auf. Dadurch wird die praktische Ausnutzung der verschiedenen
Schweißstrombereiche wesentlich beeinträchtigt, indem die Brennspannung entweder
zu niedrig wird und die Elektrode zu kalt bleibt oder solche Werte annimmt, daß
das Material an der Schweißstelle verbrennt.
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Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß man diese Nachteile
vermeiden kann, wenn man gemäß der Erfindung als Kern für den Transformator in an
sich bekannter Weise einen Schnittbandkern aus verlustarmem Kernwerkstoff verwendet
und an der Primärwicklung mit Umschaltern versehene Abgriffstellen anordnet. Bei
Versuchen stellte sich wider Erwarten heraus, daß die Verwendung eines Schnittbandkerns
nicht nur eine wesentliche Gewichtsersparnis bedeutet, sondern daß dieser Schnittbandkern
erheblich dazu beiträgt, die Brennspannung trotz Änderung des Windungsverhälnisses
in relativ engen Grenzen (z. B. zwischen 22 und 24 Volt) zu halten. Der oben in
Klammern angegebene Wert bezieht sich auf eine Schweißstromänderung zwischen etwa
65 und 140 Amp.
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Ein weiterer überraschender Effekt wurde bei der erfindungsgemäßen
Verwendung dieses Schnittbandkerns aus verlustarmem Kernwerkstoff erzielt. Es zeigte
sich nämlich, daß durch die oben beschriebene Anordnung die Leerlaufspannung des
Gerätes außerordentlich konstant gehalten werden konnte. Bekanntlich ist die Leerlaufspannung
bei Schweißtransformatoren aus Sicherheitsgründen von großer Bedeutung. So wird
nach den VDE-Vorschriften beim Arbeiten in engen Behältern entweder Gleichstrombetrieb
oder bei Wechselstrom ein maximaler Wert der Leerlaufspannung von 42 Volt verlangt.
Diese Spannung läßt sich durch entsprechende Auslegung der Wicklungen erzielen.
Es war bisher jedoch nur unter erheblichem Aufwand möglich, Schwankungen dieser
Spannung über das zulässige Maß hinaus zu vermeiden. Durch die erfindungsgemäße
Anordnung wurde diese Schwierigkeit vollständig beseitigt.
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In der gleichen Richtung, nämlich Konstanthaltung der Arbeitsspannung,
dient eine weitere Maßnahme gemäß der Erfindung. Diese besteht darin, daß zwischen
den Lagen der Sekundärwicklung Streukerne, d. h. Kerne aus Magnetwerkstoff, isoliert
angeordnet werden. Diese sind so bemessen und angeordnet, daß sie bei starker Belastung
der Sekundärwicklung auf die Primärwicklung in der Weise induktiv einwirken (induktive
Rückkopplung), daß sie die gegenelektromotorischen Kräfte, die sich im Primärkreis
auszubilden suchen, schwächen und damit einer Änderung der Arbeitsspannung
entgegenwirken.
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Die primärseitige Regelung und die Verwendung eines Schnittbandkerns
aus verlustarmem Werkstoff sowie die Anordnung von Streukernen ist selbstverständlich
nicht beschränkt auf die Verwendung eines elektrisch isolierenden Gehäuses für den
Transformator. Dennoch dienen diese Maßnahmen dem gleichen Zweck wie die Verwendung
eines solchen Gehäuses gemäß der Erfindung, nämlich die Transportierbarkeit und
Handlichkeit des Gerätes zu erhöhen. Beide Maßnahmen zusammen ermöglichen nämlich,
das Gewicht und die Abmessungen des Transformators gemäß der Erfindung gegenüber
Geräten gleicher Leistung um ein Mehrfaches zu verringern.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Gerät in perspektivischer Ansicht
in betriebsfertigem Zustand; Fig. 2 zeigt das aufgeklappte Gehäuse des erfindungsgemäßen
Transformators und die Anordnung der einzelnen Teile des Gerätes in dem Gehäuse;
Fig. 3 zeigt schematisch die Schaltung des Transformators, während die Fig. 4 und
5 im Längs- bzw. Querschnitt die Anordnung der Streukerne in sekundärer Wicklung
veranschaulichen.
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Fig. 1 läßt das kofferartige Gerät gemäß der Erfindung in seinem allgemeinen
Aufbau erkennen. Das Gerät besteht aus zwei Gehäusehälften 1 und
2, die durch Bolzen 3 zusammengehalten werden. In der Mitte des Gerätes
ist ein Handgriff 4 zum Tragen des Gerätes vorgesehen. An der einen Stirnseite
sind Anschlußbuchsen 5 für die vertauschbaren Leitungsstecker 6 angeordnet,
die zu den nicht dargestellten Schweißelektroden führen. Auf der anderen Stirnseite
(in Fig. 1 nicht zu erkennen) ist der Schalter zum Einstellen der Schweißstrombereiche
vorgesehen, während die Anschlußbuchse 7 für den Netzstrom auf der einen
Seitenfläche des Koffers angeordnet ist. Außerdem erkennt man in Fig. 1 noch Lüftungsöffnungen
8,
die zu der vorgesehenen Kanallüftung gehören und die im Zusammenhang mit
den anderen Figuren noch näher beschrieben werden.
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Die Gehäusehälften 1 und 2 des Koffergerätes sind aus einem elektrisch
isolierenden Kunststoff hergestellt, in dem die Befestigungsbolzen 3 isoliert
eingebettet sind.
Das in Fig. 1 dargestellte Gerät ist in Fig. 2
auseinandergeklappt, so daß man in die beiden Gehäusehälften 1 und
2 hineinschauen kann. Die gleichen Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern
wie in Fig. 1 bezeichnet. Wie ersichtlich, bestehen die beiden Gehäusehälften aus
Blöcken aus Isoliermaterial, in denen Bohrungen 9 vorgesehen sind, durch welche
die Befestigungsbolzen 3 isoliert hindurchgeführt werden können. In den Gehäuseblöcken
sind Ausnehmungen eingearbeitet, deren Form praktisch genau der Form der einzelnen
Geräteteile entspricht. So ist in der linken Hälfte der beiden Gehäusehälften eine
Ausnehmung 10 zu erkennen, die der Form des eigentlichen Transformators angepaßt
ist. In der oberen Hälfte ist gezeigt, wie bei der Herstellung des Gerätes die einzelnen
Bauteile in der einen Hälfte des Gehäuses angeordnet und verdrahtet werden und ohne
besondere Hilfsmittel durch Zusammenbau der beiden Gehäusehälften in ihrer Lage
gehalten werden. In der linken Hälfte der oberen Gehäusehälfte 2 sind der
Kern 12 des Transformators, die Primärwicklung 13 und die Sekundärwicklung
14 zu sehen. Von der Sekundärwicklung 14 aus gehen die isolierten
Zuleitungen zu dem Anschlußstück 5. Bei der Primärwicklung 13 ist schematisch
angedeutet, daß mehrere Anzapfleitungen zu dem in der rechten Hälfte montierten
Mehrfachschalter 15 laufen. Weiterhin ist jeweils in der rechten Hälfte der
beiden Gehäuseteile 1
und 2 ein Kondensator 16 und
17 in den Wänden des Gehäuses eingebettet untergebracht. Wie strichpunktiert
in der unteren Hälfte 1 des Gehäuses angedeutet ist, ist in der Trennwand
18 zwischen dem Kondensator 17 und der Ausnehmung für den eigentlichen
Transformator die Netzanschlußbüchse 7 isoliert eingebettet. Eine nicht dargestellte
Leitung führt zu dem Umschalter 15.
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Die Ausnehmungen in den Gehäuseteilen sind, wie bereits erwähnt, den
Umrißformen der Geräteteile möglichst genau angepaßt, derart, daß diese Geräteteile
ohne besondere Halterungsmittel zwischen den beiden Gehäusehälften fest in ihrer
Lage gehalten werden. Die Ausnehmungen sind jedoch so ausgebildet, daß an einigen
Stellen zwischen den Geräteteilen und der Gehäusewand Lüftungskanäle frei bleiben.
Um durch diese Kanäle eine Luftzirkulation aufrechterhalten zu können, sind am Boden
20 des Gehäuses Lüftungsöffnungen 21 vorgesehen. Füße 22
stellen
sicher, daß die Bodenwand des Gerätes beim Aufsetzen im Abstand von der Stützfläche
gehalten wird. Wie in der unteren Gehäusehälfte 1 zu erkennen ist, sind in der Seitenwand,
und zwar im Bereich des Deckelteils des Gehäuses, ebenfalls Lüftungsöffnungen
8 vorgesehen, so daß die durch Konvektion durch die Öffnungen 21 angesaugte
Luft nach Durchströmen der Lüftungskanäle durch die Öffnungen 8
wieder austreten
kann. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Wärmeabfuhr sichergestellt.
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Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gerät besitzt bei einem Gesamtgewicht
von beispielsweise 2,5 kg nur Abmessungen von etwa 31 X 24,5 X 16,5 cm. Es
stellt also ein außerordentlich leichtes und handliches Gerät dar, das auch bei
schwierigen Raumverhältnissen ohne Behinderung eingesetzt werden kann.
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Der Einsatz des Gerätes gemäß der Erfindung unter schwierigen Verhältnissen
wird noch weiter dadurch ermöglicht, daß trotz hoher Leistung des Gerätes ein Einsatz
ohne jede Gefahr erfolgen kann. Dies ist insbesondere da von großer Bedeutung, wo
Schweißungen innerhalb enger Behälter od. dgl. vorgenommen werden müssen.
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Die Gefahrlosigkeit und Sicherheit der Anwendung des erfindungsgemäßen
Gerätes wird dadurch sichergestellt, daß einmal, wie bereits erwähnt, ein Schnittbandkern
aus verlustarmem Magnetwerkstoff verwendet wird, auf dem die Spulen ortsfest eingebettet
sind. Die Umschaltung der einzelnen Schweißstrombereiche erfolgt über verschiedene
Abzapfstelien, wie sie in Fig. 3 schematisch bei 30 a, 30 b und
30c angedeutet sind. Die Zapfstellen sind in der Primärspule 13 vorgesehen,
während die Sekundärspule 14 direkt mit den nicht dargestellten Elektroden
verbunden ist. Die Verwendung dieser an sich bekannten Schaltung wurde durch die
Verwendung des oben beschriebenen Schnittbandkernes ermöglicht, dessen Wirkung in
der Einleitung eingehend dargelegt ist.
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Die Streukerne, die ebenfalls, wie oben erwähnt, eine erhebliche Rolle
für die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gerätes spielen, sind in der Sekundärwicklung
14 zwischen die einzelnen Lagen eingelegt. In den Fig. 4 und 5 sind diese
Streukerne mit den Bezugsziffern 31 bezeichnet. Wie ersichtlich, sind die
Streukerne 31 ortsunveränderlich in den Lagen der Sekundärwicklung
14 angeordnet. Ihre Wirkung kommt besonders bei starker Belastung des Transformators
zur Geltung.
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Durch die entsprechende Auslegung der Wicklungen 13 und
14 sowie die erfindungsgemäßen Maßnahmen wurde bei dem erfindungsgemäßen
Gerät bei einer Höchstschweißstromstärke von 140 Amp. eine höchste Leerlaufspannung
von 42 Volt erzielt. Ohne besondere Kurzschaltungen bzw. Vorsichtsmaßnahmen kann
demnach das erfindungsgemäße Gerät ohne weiteres auch beim Schweißen in engen Behältern
verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß der Leerlaufstrom so gering ist (unter
7 Amp.), daß das Gerät an beliebige Steckdosen angeschlossen werden kann. Dies ist
um so eher möglich, da eine Erdleitung zum Erden des Gehäuses nicht erforderlich
ist. Das Gerät kann also auch an Einfachsteckdosen angeschlossen werden. Ein weiterer
Vorteil wurde weiter oben bereits erwähnt. Er besteht in der außerordentlichen Sicherheit
des Gerätes gegen Spannungsgefährdungen. Eine derartige Gefährdung des Schweißers
kann bei dem neuen Gerät nicht auftreten, da alle Teile gegen Erde isoliert sind
und damit praktisch eine doppelte Isolation des Gerätes vorhanden ist.
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Es hat sich weiter gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Kombination
der Verwendung eines Schnittbandkernes aus hochwertigem Magnetmaterial und der Streukerne
trotz der primärseitigen Umschaltung der Schweißstrombereiche nicht nur die Leerlaufspannung
von 42 Volt mit Sicherheit nicht überschritten wird, sondern auch die Schweißspannung
in den engen Grenzen konstant bleibt, in denen ein sicheres Zünden des Lichtbogens
und ein zuverlässiges Schweißen gewährleistet sind.