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Lichtbogenschweißtransformatoren Die Lichtbogenschweißtechnik, die
sich auf allen Gebieten der Metallverarbeitung in großem Umfang durchgesetzt hat,
bezieht ihren Schweißstrom entweder von besonderen Schweißgeneratoren oder aus dem
Netz unter Zwischenschaltung besonders ausgestalteter Schweißtransformatoren. Die
Hauptforderungen, die von der Schweißtechnik gestellt werden, sind dabei die, daß
der Kurzschlußstrom bei der Berührung zwischen Elektrode und Werkstück auf ein zulässiges
Maß begrenzt sein soll, daß weiterhin die Leerlaufspannung der Stromquelle so bemessen
ist, daß sich dvr Lichtbogen leicht ziehen läßt. Schließlich soll der Lichtbogen
elastisch sein, d. h., er soll bei Änderung seiner Länge, wenigstens in gewissen
Grenzen, nicht abreißen. Diese Bedingungen erfüllen Schweißaggregate mit sogenannter
fallender Charakteristik. Diese fallende Charakteristik wurde bei Schweißtransformatoren
bisher ganz allgemein in erster Linie durch Herbeiführung einer magnetischen Streuung
durch Zu- oder Abschalten von Windungen oder durch Anordnung von Streupaketen erzielt.
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Sollen Schweißarbeiten in engen Behältern, z. B. in Kesseln, Rohrleitungen
od. dgl. oder auch an Bord von Schiffen ausgeführt werden, müssen über die obengenannten
Bedingungen hinaus von den zur Verwendung gelangenden Lichtbogenschweißtransformatoren
weitere Bedingungen erfüllt werden. So soll die Klemmen- oder Berührungsspannung
im Leerlauf eine gewisse Höchstgrenze nicht überschreiten. Nach Unterbrechen des
Schweißstromkreises müssen auftretende höhere Spannungen innerhalb von Sekundbnbruchteilen
wieder auf die Leerlauf-Klemmenspannung abklingen, wobei schließlich auch für diese
kurzzeitigen höheren Spannungen eine obere Grenze gesetzt ist. Die Zulassungsbestimmungen
sehen als solche Grenzen für die Klemmen- oder Berührungsspannung im Leerlauf 42V,ff,
für die kurzzeitig bei Unterbrechung des Schweißstromkreises auftretende höhere
Spannung 70 V", vor; diese muß innerhalb von 0,2 Sekunden auf 42V,ft abklingen.
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Zur Einhaltung dieser Bedingungen sind insbesondere in neuerer Zeit
eine Reihe von Einrichtungen für die selbsttätige Senkung der Leerlaufspannung an
Schweißtransformatoren entwickelt worden. So wurde vorgeschlagen, am Transformator
eine zusätzliche Spule anzuordnen, durch die bei Leerlauf der magnetische Fluß des
Transformators verdrängt wird, womit eine Herabsetzung der Leerlaufspannung verbunden
ist. Die Hilfsspule wird hierbei im Leerlauf durch einen Schützschalter kurzgeschlossen.
Die Verwendung von irgendwelchen Schaltungsteilen mit mechanischer Wirkung bringt
aber immer eine gewisse Unsicherheit des Betriebes mit sich, so auch die Verwendung
von Schützschaltern. Weiterhin fließt im Leerlauf in der Hilfsspule ein nicht zu
vernachlässigender Strom, der die Leerlaufverluste erheblich erhöht und damit den
Wirkungsgrad des Transformators verschlechtert. Dasselbe gilt für eine Einrichtung
nach einem weiteren bekannten Vorschlag, nach dem parallel zur Sekundärwicklung
des Transformators eine Drosselspule geschaltet wird. Diese nimmt im Leerlauf Strom
auf, wird hoch gesättigt und reduziert damit die Spannung. Bei Last wird sie mehr
oder weniger entsättigt.
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Betriebssicherer und vorteilhafter ist eine weitere bekannte Einrichtung,
bei der in den Primärkreis des Schweißtransformators eine eisenhaltige Drosselspule
geschaltet ist, die zwei magnetisch starr gekoppelte Wicklungen aufweist und deren
Induktivität im Leerlauf groß und bei Last praktisch gleich Null ist. Im einzelnen
ist die Wirkungsweise dieser Einrichtung so, daß die eine der beiden magnetisch
starr gekoppelten Wicklungen vom Primärstrom und die andere vom Schweißstrom derart
durchflossen werden, daß sich bei Last die beiden Erregungen gegeneinander aufheben,
während im Leerlauf die Erregung des Leerlaufstromes wirksam ist und die Drosselspule
zur Spannungsaufnahme veranlaßt. Die geschilderte Einrichtung arbeitet verzögerungsfrei.
Weiterhin treten auch keine nennenswerten Leerlaufverluste auf. Von Nachteil ist
jedoch, daß bei mehreren Strombereichen die Vorschaltdrossel umgeschaltet werden
muß.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Lichtbogenschweißtransformator
zu schaffen, der die eingangs aufgeführten Bedingungen erfüllt, wie sie insbesondere
bei Schweißarbeiten unter örtlich be-
engten Verhältnissen
gelten, der aber weiterhin nicht die Nachteile der bisher bekannten und ebenfalls
im vorhergehenden geschilderten Einrichtungen aufweist.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung durch einen Lichtbogeenschweißtransformator
mit selbsttätiger Senkung der Leerlaufspannung, dem erfindungsgemäß zu seiner Steuerung
als sogenannt-- Ramey-Verstärker (= »Rücklaufinagnetverstärker«) bekannte
Rücklaufmagnetverstärker oder Verstärkerdrosseln vorgeschaltet sind.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß das zeitliche Verhalten
dieser Rücklaufmagnetverstärker nicht die üblicherweise bei Verwendung von magnetischen
Verstärkem auftretende Schwierigkeiten mit sich bringt. Im allgemeinen ist es nämlich
mit magnetischen Verstärkern nicht möglich, die vorgeschriebene Zeitkonstante von
0,2 Sekunden beim Ab-
bau der Spannung nach Unterbrechen des Schweißstromkreises
auf 42 V,ff einzuhalten.
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Erfindungsgemäß können weiterhin zur trägheitslosen Steuerung der
vorgeschalteten Ramey-Verstärker Hilfsverstärkerdrosseln in die Steuerstromkreise
derselben eingeschaltet sein.
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Vorzugsweise besteht der Schweißtransformator aus zwei sekundärseitig,
in Reihe geschalteten Teiltransfonnatoren, von denen nur einem zu dessen Steuerung
ein Ramey-Verstärker vorgeschaltet ist.
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Zur trägheitslosen Steuerung der gegebenenfalls, vorgesehenen Hilfsverstärkerdrosseln
kann ein Stromwandler fin Lastkreis des Transformators vorgesehen sein.
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Schließlich können noch gleichstromvormagnetisierte, die Gleichstromwicklung
nicht induzierende geschaltete Einstelldrosseln mit vom Teiltransformator abgenommener
und gleichgerichteter Einstellgleichspannung vorgesehen sein.
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Weitere, Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe
erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in den
Zeichnungen dargestellten beispielsweisen Schaltung eines Lichtbogenschweißtransformators
gemäß der Erfindung sowie der Wiedergabe entsprechender Kennlinienfelder.
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Fig. 1 gibt dabei das Schaltschema des Schweißtransformators
wieder; Fig. 2 zeigt die statischen Kennlinien; Fig. 3 läßt an Hand des dort
wiedergegebenen Oszillogramms das dynamische Verhalten der Spannung der Schaltungsanordnung
gemäß Fig. 1 erkennen.
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In der Schaltung gemäß Fig. 1 sind zwei Transformatoren Trl
und Tr2 vorgesehen, wobei sich die gesamte Leistung auf zwei etwa gleich große Kerne
verteilt. Im einzelnen sind im Schaltschema der Fig. 1
die Primärwicklungen
des Transformators Trl mit 1,
dessen Sekundärwicklungen mit 2 bezeichnet.
Die Primärwicklungen des Transformators Tr 2 sind mit 3,
dessen Sekundärwicklungen
mit 4 bezeichnet. Die beiden Rücklaufmagnetverstärkerdrosseln sind mit
5,
die beiden diesen zugeordneten Verstärkerglei-chrichter mit 6 und
7 bezeichnet.
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Jeder Kein der Transformatoren Tr 1 und Tr 2 ist etwa für die
Hälfte der gesamten Leistung bemessen. Durch diese Anordnung wird erreicht daß die
Gleichrichter 6 und 7, die mit den Verstärkerdrosseln 5
(Ramey-Verstärker)
in Reihe geschaltet sind, nur für einen entsprechend halb so großen Primärstrom
bemessen zu sein brauchen. Der Transformator Tr2 wirkt als Zusatztransformator und
addiert sekundärseitig seine volle Spannung zur Sekundärspannung des Transformators
Trl hinzu, wenn der Vormagnetisierungsstrom im Rücklaufmagaetverstärker
5 ein Minimum erreicht. Dagegen geht die sekundärseitige Spannung des Transformators
Tr2 fast auf Null herab, wenn der Vormagnetisierungsstrom im Steuerkreis des Rücklaufmagnetverstärkers
5 ein Maximum erreicht.
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Die an dem Zusatztransformator Tr2 angelegte Netzspannung wird im
Rücklaufmagnetverstärker 5
in ihre beiden Halbwellen aufgetrennt, so
daß in je-
dem Zweig des Rücklaufmagnetverstärkers 5 ein pulsierender
Gleichstrom fließt, der die Selbstsättigung der einzelnen Drosselkerne herbeiführt.
Zur Steuerung des Rücklaufmagnetverstärkers dient ein Gleichrichter 10 in
Doubler-Schaltung, ferner zwei durchflutungsgesteuerte Vorverstärkerdrosseln
8 und 9 und ein kleiner niederohmiger Widerstand 11. Die einzelnen
Ventile des Gleichrichters 10 sind mit den Gleichrichtem 6 und
7 derart geschaltet, daß nur der Vormagnetisierungsstrom, über die Ventile
des Gleichrichters 10 fließt. Je nach der Größe des Widerstandes
11 nimmt hierbei der Vormagnetisierungsstrom sein Maximum oder sein Minimum
an. In der dargestellten Schaltung ist der Widerstand 11 so klein bemessen,
wie es die Herabsetzung der Leerlaufspannung erfordert. Wenn der Vormagaetisierungsstrom
ein Maximum hat, sind die beiden Verstärkerdrosseln 5
völlig entmagnetisiert.
Sie haben also ihren maximalen, induktiven Widerstand angenommen.
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Der induktive Widerstand des Transformators Tr2 wird dann bei maximaleni
Vormagnetisierungsstrom in den Verstärkerdrosseln 5 iin Verhältnis zu dem
induktiven Widerstand der Drosseln 5 sehr klein. Daher wird, fast die ganze
angelegte Spannung von den Drosseln 5 aufgenommen, während der Transformator
Tr2 nur einen geringen Bruchteil aufnimmt.
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Die beiden Vorverstärkerdrosseln 8 und 9 haben folgende
Wirkung: Beim Schweißen oder bei Belastung sind gewisse Spannungserhöhungen erforderlich,
vor allem, um eine leichtere Zündung zu ermöglichen oder allgemein, um auf Leistung
zu kommen. Daher muß der Vormagnetisierungsstrom in den Verstärkerdrosseln
5
verkleinert werden, damit den Primärwicklungen 3
des Transformators
Tr2 eine größere Spannung zugeführt wird.
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Mit Hilfe einer durch einen Stromwandler 12 und einen Hilfsgleichrichter
13 erzeugten Hilfsspannung werden bei Belastung die beiden Vorverstärkerdrosseln
8 und 9 zugestenert, was gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Widerstandes
11 ist. Wird der Schweißstromkreis unterbrochen, werden die beiden Vorverstärker
wieder geöffnet, d. h., ihr induktiver Eigenwiderstand geht wieder auf nahezu
Null herunter.
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Zur Einstellung des Schweißstromes sind gleichstronivormagnetisierte
Drosseln 14 vorgesehen, welche so geschaltet sind, daß in ihrer gemeinsamen Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung
keine Wechselspannung induziert wird. Zur Vormagnetisierung dieser Drosseln 14 wird
über eine Wicklung 15 eine Hilfsspannung vom Transformator Trl abgenommen,
die in dem Hilfsgleichrichter 16 gleichgerichtet wird. Ein Regelwiderstand
17 dient schließlich zur Veränderung des Magnetisierungsstromes und damit
zur Regelung des Schweißstromes.
Fig. 2 gibt die statischen Kennlinien
der gezeigten und beschriebenen Schaltung wieder, wobei an der Abszisse die Stromstärken,
an der Ordinate die Spannungen aufgetragen sind.
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Bedeutend aufschlußreicher ist jedoch die Wiedergabe eines aufgenommenen
Oszillogramms in Fig. 3,
das das dynamische Verhalten der Spannung erkennen
läßt. Wie erkennbar, steigt die Spannung von normal 42 V,ff bei Unterbrechen des
Schweißstromkreises auf 65 V,ff, fällt jedoch inne#rhalb 0,14 Sekunden wieder
auf 42 V,f f ab. Die Vorrichtung genügt also in jedem Falle den eingangs
aufgestellten strengen Forderungen.