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Lichtbogenschweissanordnung
Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenschweissanordnung, bestehend aus mindestens einem Dreiphasentransformator, einer Drosselspule mit Gleichstromvormagnetisierung und einem Gleichrichtersatz, wobei der Dreiphasentransformatorkern und der Drosselspulenkern gleichen Aufbau aufweisen und die Sekundärwicklungen des Dreiphasentransformators sowohl den Transformatorkern als auch den Drosselkern umfassen.
Mit bekannten Anordnungen dieser Art können Stromspannungscharakteristiken erzielt werden, die für das bekannte TIG-Schweissen oder auch für das bekannte elektrische Schweissen verwendet werden.
Will man aber eines der neueren Schweissverfahren, d. h. das MIG oder MAG-Schweissen, durch- führen (MIG = mit inertem Gas, z. B. 1000/0 Argon ; MAG = mit aktivem Gas, z. B. 250/0 COz und 75% Argon, eventuell auch mit wenig Sauerstoff), so kann eine solche Stromspannungacharakteristik nicht verwendet werden.
Die hiefür benötigte Charakteristik wird mit der Anordnung gemäss der Erfindung erhalten, und diese ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dreiphasentransformatorenhälften vorgesehen sind, von denen jede einen Kern, bestehend aus drei Säulen, aufweist und deren Primärwicklungen an ein Dreiphasenstromnetz angeschlossen sind, und dass ferner ein Magnetverstärker zum Regulieren des Schweissstroms vorgesehen ist, der drei magnetische Kerne mit je drei Säulen aufweist, wobei die Sekundär- wicklungen der Transformatoren die Gleichrichterelemente über den Magnetverstärker speisen.
An Hand der Zeichnungen wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen Fig. l ein Schema einer solchen Vorrichtung, Fig. 2 ein Strom-Spannungs-Schaubild zur Erläuterung der Funktionsweise.
Die dargestellte Vorrichtung dient zur Speisung eines elektrischen Bogenschweissgerätes mit Gleichstrom. Diese Vorrichtung enthält einen ersten Dreiphasentransformator mit einem Kern, bestehend aus drei Säulen-11, 21, 31-, und einen zweiten Dreiphasentransformator, ebenfalls mit einem Kern mit drei Säulen-12, 22 und 32--. Die Vorrichtung weist ferner einen Magnetverstärker zum Regulieren der
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und jene des dritten Kernes mit-33, 34, 35-.
Die Primärwicklungen der Transformatoren sind die folgenden : Eine Spule--41--, um den Kern - angeordnet, ist in Serie geschaltet mit einer Spule --42--, die um den Kern --12-- angeordnet
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rie geschaltet mit einer Spule-62-, die um den Kern --32-- angeordnet ist. Die Dreiphasenklemmen auf der Primärseite sind mit-R, S und T-- bezeichnet. Im vorliegenden Beispiel sind die Primärwicklungen jeder Phase der beiden Transformatoren in Serie und die drei Primärwicklungsanordnungen sind in Stern geschaltet.
Die Klemmen-A und B-- gehören zum Vormagnetisierungsstromkreis. Dieser Stromkreis enthält eine Spule die um denKern --15-- des Magnetverstärkers angeordnet ist, eine Spule --121--.
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die um den Kern --25-- und eine Spule die um den Kern --35-- angeordnet ist. Bei diesem Beispiel sind diese drei Spulen parallelgeschaltet.
Bei der Transformatoranordnung besteht die Sekundärwicklung einer Phase aus einer Spule--71--, die an dem Kern des ersten Transformators und dem Kern --13-- des Magnetverstärkers angeordnet ist, sowie einer Spule --72--, die an dem Kern --12-- des zweiten Transformators und dem Kern --14-- des Magnetverstärkers angeordnet ist. Die beiden Wicklungen --71 und 72-- sind in Serie geschaltet.
In analoger Weise sind die Sekundärwicklungen der beiden andern Phasen aufgebaut : eine Spule - -81--, an den Kernen-21 und 23-- angeordnet, ist in Serie geschaltet mit einer Spule --82--, die den Kernen --22 und 24-- zugeordnet ist ; eine Spule an den beiden Kernen --31 und 33-- an-
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Die Sekundärwicklungen, über den Magnetverstärker geführt, sind an die dreiphasige Gleichrichterbrücke angeschlossen.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende :
Die Vorrichtung dient zum Schweissen mit feuerfesten Elektroden. Die dreiphasige Speisespannung gelangt auf die Phasen --R, S und T-- der Transformatoranordnung; diese Anordnung gestattet, am Aus- gang-U, V-im wesentlichen einen konstanten Strom zu erhalten. Der Gleichstrom für die Vormagnetisierung, der die Klemmen-A, B-des Magnetverstärkers speist, ist mittels eines nicht näher dargestellten Widerstandes einstellbar, so dass an den Klemmen-U, V-ein vorgegebener Schweissstrom zur Verfügung steht, wie er zum Ausführen einer festgelegten Schweissung benötigt wird. In Fig. 2 gibt die Kurve --b-- die Abhängigkeit der Spannung an den Klemmen-U, V-von der Schweissstromstärke an.
Für jeden Vormagnetisierungsstrom ergibt sich eine im grundsätzlichen Verlauf gleichartige Kurve, d. h. eine solche, deren Vertikalteil mehr oder weniger von seiner ursprünglichen Lage beab-
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Kurve zugeordnete Schweissstromstärke erhöht. Die Schweissarbeit wird hier bei konstanter Intensität im vertikalen Teil der Kurve durchgeführt, jedoch bei veränderlichem Potential, das durch den Lichtbogen gegeben ist. Der Punkt-c-, wo die Kurve-b-die Abszisse erreicht, entspricht der Kurzschlussstromstärke. Es ist ersichtlich, dass diese Kurzschlussgrösse praktisch gleich dem Arbeitsstrom ist.
Wenn die beiden Sekundärwicklungen jeder Phase parallel anstatt wie beschrieben in Serie geschaltet werden, erhält man eine Variante, die bei andern Bedingungen arbeitet und die dem Schwei- ssen mit Schmelzdraht entspricht, der von einem Vorratssystem abrollt. In diesem Fall entspricht der Abhängigkeit der Spannung --v-- von der Stromstärke-i-- die Kurve-a-- der Fig. 2. Die Lage des Horizontalteiles ist durch die halbe maximale Spannung der Kurve --b-- festgelegt. Dagegen erstreckt sich der Horizontalteil in den Bereich höherer Schweissströme und die Vorrichtung wird auf diesem Horizontalteil gesteuert, wobei die Vorrichtung bei konstanter Spannung arbeitet, jedoch bei veränderlicher Stärke, je nach der Ablaufgeschwindigkeit des Drahtes.
Auch in diesem Fall ist die Grösse des Kurzschlusses begrenzt, jedoch auf einen Wert-d--. Dies ist sehr wichtig, da bei dieser Vorrichtung der Strom Im Augenblick der Zündung, d. h. wenn der Draht mit dem Werkstück in Kontakt kommt, vollkommen begrenzt wird, wodurch die Nachteile bekannter Apparate vermieden werden, insbesondere werden die Leistungsdioden aus Silizium nicht mehr den schädlichen Überlastungen ausgesetzt. Für jede Drahtgeschwindigkeit kann man die günstigste Kurzschlussintensität bestimmen. In beiden Anwendungsfällen legt der Magnetverstärker den Kurzschlussstrom in seiner Höhe fest.
Wenn die beiden Sekundärwicklungen jeder Phase parallelgeschaltet werden, können vorzugsweise Anzapfungen vorgesehen sein, damit die bei-X, Y und Z-- zugeführte Spannung eingestellt werden kann. Diese Regulierung mittels Anzapfungen an den Sekundärwicklungen ermöglicht das Regulieren der Sekundärspannung in erster Annäherung je nach den Erfordernissen der Arbeit. Eine feinere Regulierung dieser Spannung kann erreicht werden durch Abgriffe an der Primärwicklung. Die Primärspulen ein und derselben Phase können, wie in den Zeichnungen dargestellt, in Serie oder eventuell paralleleschaltet werden. Es ist aber eine wesentlich feinere Regulierung möglich bei Serienschaltung.
In der Praxis ist es vorteilhaft, einen Umschalter vorzusehen, mit dem die Sekundärspulen nach Wunsch in Serie oder parallelgeschaltet werden können, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, mit derselben Vorrichtung einerseits entweder feuerfeste Elektroden (TIG) oder überzogene Elektroden, anderseits kontinuierlichen Schmelzdraht ab einem Speisesystem mit einem Schutzgas MIG, MAG zu verwenden.
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umgibt.
Die Vorrichtung, bei welcher die Sekundärwicklung zwei Kerne umschliesst, hat einige praktische Vorteile : weniger Kupfer, bessere Kühlung und weniger Wicklungsarbeit. Die gleichen Vorteile ergeben sich für den Fall einer einzigen Vormagnetisierungswicklung, die alle drei Säulen-15, 25, 35- ge- meinsam umschliesst.
Die beschriebene Vorrichtung ist in ihren drei Phasen elektrisch identisch und geometrisch vollkommen symmetrisch. Ihr Gewicht und Volumen sind bezüglich der klassischen Vorrichtung mit Transformator und von diesem getrennten Magnetverstärker verkleinert. Die Kompaktheit der Vorrichtung erlaubt eine Kühlung durch natürliche Konvektion und die Verkleinerung der Anzahl Spulen hat den Vorteil einer Verkleinerung der Anzahl von Verbindungen und der Herstellungs- und Montagekosten.
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Vormagnetisierungsstromkreises hat.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lichtbogenschweissanordnung, bestehend aus mindestens einem Dreiphasentransformator, einer Drosselspule mit Gleichstromvormagnetisierung und einem Gleichrichtersatz, wobei der Dreiphasentransformatorkern und der Drosselspulenkern gleichen Aufbau aufweisen und die Sekundärwicklungen des Dreiphasentransformators sowohl den Transformatorkern als auch den Drosselkern umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dreiphasentransformatorenhälften vorgesehen sind, von denen jede einen Kern, bestehend aus drei Säulen, aufweist und deren Primärwicklungen an ein Dreiphasenstromnetz angeschlossen sind, und dass ferner ein Magnetverstärker zum Regulieren des Schweissstroms vorgesehen ist, der drei magnetische Kerne mit je drei Säulen aufweist, wobei die Sekundärwicklungen der Transformatoren die Gleichrichterelemente über den Magnetverstärker speisen.