Querfeld-Gleichstrammaschine mit regelbarer Kurzschlussstromstärke. Die unter dem Namen ,Querfeldmaschine" bekannte Gleichstrommaschine hat zwei Paare von Bürsten am Stromwender. Die Bürsten des ersten Paares stehen in der neutralen Zone und sind durch einen Leiter von klei nem Widerstand direkt miteinander verbun den. Die Bürsten des zweiten Paares sind am 90 gegen die Bürsten des ersten Paares versetzt; sie berühren also, die Stellen des Stromwenders; die den Mitten der Erreger pole entsprechen. Durch die Bürsten des zweiten Paares wird dem Anker der Strom.
entnommen; dieser Strom wird durch das ,Querfeld" induziert. das den Anker quer zur Achse der Erregerpole durchsetzt, sich in den Polschuhen der Erregerpole schliesst und von der mittelst der Bürsten des ersten Paares kurzgeschlossenen Ankerwicklung er zeugt wird, wenn sie im Felde der Erreger pole umläuft.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Querfeld-Gleichstrommaschine so auszufüh ren, dass sie auf rein elektrischem Wege, nämlich durch blosse Veränderung ihrer Er regung, auch vom einer entfernten Stelle aus, für die verschiedenen Kurzschlussstromstrek- ken eingestellt werden kann, die erforderlich sind, wenn die Maschine als Stromerzeuger einer Lichtbogen-Schweissanlage verwendet werden soll.
Beim Betrieb einer solchen Anlage muss die Schweissstromstärke von Fall zu Fall ver schieden gross gewählt werden, je nach der Beschaffenheit, insbesondere der Dicke des Werkstückes. Da der Stromerzeuger, der einen Schweisslichtbogen speist, nahezu kurz geschlossen arbeitet, so ist eine Veränderung des Zustandes des Stromerzeugers, die seine Kurzschlussstromstärke verändert, ein brauch bares, den Fachleuten wohlbekanntes Mittel zur Regelung der Schweissstromstärke.
Dieses Mittel ist aber bei der Querfeld- Gleichstrommaschine mit Reihenschluss der Erregerwicklung nicht in der Weise anwend bar, dass man die Wirkung der Erregerwick lung etwa durchVerstellen einesParallelwider- standes oder durch Zuschalten und Abschalten von Windungen verändert. Denn bei dieser Art der Regelung wird die als Belastungs- charakteristik bezeichnete Beziehung zwi schen der Klemmenspannung der Maschine und der Stromstärke immer ungünstiger, je weiter man mit der Kurzschlussstromstärke unter den erreichbaren Höchstwert herabgeht; für kleine Kurzschlussstromstärke eingestellt, liefert die Maschine nicht mehr die für den Schweissbetrieb nötige Klemmenspannung.
Es ist aber möglich, mit einer gemäss vorliegender Erfindung ausgeführten Quer feld-Gleichstrommaschine eine von dem ge nannten Mangel freie Regelung der Kurz schlussstromstärke durch Veränderung der Erregung durchzuführen. Bei dieser Maschine besteht die Erregerwicklung aus zwei Teilen, nämlich aus einer Haupterregerwicklung und aus, einer Hilfserregerwicklung, die auf Eisen enthaltenden, ausserhalb der Haupterreger wicklung liegenden, je an die Polschuhe von zwei ungleichnamigen Haupterregerpolen an geschlossenen magnetischen Hilfspfaden an geordnet ist.
Diese geteilte Erregerwicklung ist so geschaltet, dass in den magnetischen Hilfspfaden die magnetomotorischen Kräfte der Hilfserregerwicklung den magnetischen Flüssen entgegengerichtet sind, die die Haupt erregerwicklung durch die Hilfspfade zu trei ben sucht; ferner ist die Erregerwicklung mit einer, Regeleinrichtung verbunden, die es möglich macht, das Stärkeverhältnis der magnetomotorischen Kräfte der Hilf serreger- wicklung und der Haupterregerwicklung will kürlich zu verändern.
Bei der praktischen Ausführung der Er findung wird in der Regel die Haupterreger wicklung in Reihe mit dem Anker und dem äussern Stromkreis geschaltet. Die Hilfs erregerwicklung könnte wohl auch aus einer andern Stromquelle gespeist werden; doch ist es zweckmässig, auch ihr den Strom aus dem Anker der Maschine zuzuführen.
Die einfachste und für die praktische Anwendung geeignetste Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn man die Haupterregerwicklung und die Hilfserreger- Wicklung zueinander parallel und zu sammen in Reihe mit dem Anker und dem äussern Stromkreis schaltet und in den Zweig der Hilfserregerwicklung einen Regelwider stand legt.
Die Erfindung soll durch die Beispiele näher erläutert werden, die auf der Zeich nung dargestellt sind.
Die Fig. 1, 2 und 3 sind schematische Darstellungen von zweipoligen Querfeld- Gleichstrammaschinen, die sich durch ver schiedene Anordnung der magnetischen Hilfs pfade und der Hilfserregerwicklung vonein ander unterscheiden; in den Fig. 4 und 5 ist ein konstruktiv durch gebildeter Teil eines Pols einer nach dem Schema Fig. 3 ausgeführten Maschine dar gestellt, und zwar in Fig. 4 im gestreckten Schnitt längs der Zylinderfläche mit der Spur A-B in Fig. 5, in Fig. 5 im Schnitt nach der Ebene mit der Spur C-D in Fig. 4.
In den Figuren ist 1 der Anker, 2 der Stromwender. 3 und 4 sind die in der neu tralen Zone stehenden Bürsten, die durch den Leiter 5 direkt miteinander verbunden sind. 6 und 7 sind die Bürsten, durch die dem. Anker der Strom entnommen wird.
Die Haupterregerwicklung besteht aus den Spulen E1 und E2, die in üblicher Weise auf den Schäften 8a, 9a der Pole 8, 9 des zweipoligen Magnetgestelles angeordnet sind. Diese Pole werden als Träger der Haupt erregerwicklung ,Haupterregerpole" genannt. Ihre Polschuhe sind mit 8b und 9b bezeichnet. 10 ist das Joch des Magnetgestelles.
Die Haupterregerwicklung ist mit dem Anker und dem äussern Stromkreis in Reihe geschaltet. Der Stromweg verläuft von Bür ste 6 durch Leitung 11, Spule E1, Leitung 12, Spule E2, Leitung 13 zum Werkstück 14 über den Lichtbogen 15, Schweisskolben 16, Leitung 17 zur Bürste 7.
Bei der Maschine nach F'ig. 1 sind zwi schen die Polschuhe 8b und 9b und das Joch 10 die Eisenkerne h" h2, h., <I>h4</I> eingesetzt. Die Kerne lt., und lt.:: bilden zusammen mit dem Joch 10 einen magnetischen Hilfspfad, der ausserhalb der Haupterregerwicklung E1, liegt und mit dem einen Ende an den Polschuh 8b, mit dem andern an den Pol schuh 9b angeschlossen ist. Einen gleich artigen magnetischen Hilfspfad bilden die Kerne h3 und h4 zusammen mit dem Joch 10.
Die Hilfserregerwicklung besteht aus den Spulen e1, e2, e3, e4, die auf den Kernen hl, h2, h3, h4 angeordnet sind. Diese Spulen sind miteinander in Reihe und alle zusammen parallel zur Haupterregerwicklung E1, E2 ge schaltet. Der Stromweg führt von Leitung 11, durch Leitung 18, Spule e3, Leitung 19; Spule e1, Leitung 20, Regler 21, Leitung 22, Spule e2, Leitung 23, Spule e4, Leitungen 24 und 25 und über 14, 15, 16 zur Leitung 17. Die Hilfserregerwicklung befindet sich dabei, wie die Haupterregerwicklung, in Reihenschluss mit dem Anker und dem äussern Stromkreis. Sie könnte aber auch als Nebenschlusswicklung ausgeführt werden.
Dafür wäre die Leitung 25 zu unterbrechen und dafür die Leitung 24 durch die Lei tung 26 direkt an die Leitung 17 anzu schliessen, Die Spulen der Erregerwicklung sind so angeschlossen, dass bei positiver Polarität der Bürste 6 die magnetomotorischen Kräfte die Richtungen der innerhalb der Spulen ge zeichneten Pfeile haben. Die Spulen e1 und e2 wirken in gleichem Sinne auf den aus den Kernen h1, h2 und dem Joch bestehenden Hilfspfad; ebenso wirken die Spulen e3 und e4 im gleichen Sinne auf den aus den Ker nen h3, h4 und dem Joch bestehenden Hilfs pfad. Dieser Sinn ist in beiden Hilfspfaden entgegengesetzt der Richtung, in der die magnetomotorischen Kräfte der Haupterreger wicklung einen magnetischen Fluss durch die Hilfspfade zu treiben suchen.
Bei der Maschine nach Fig. 2 werden die magnetischen Hilfspfade durch die Kerne h5 und h6 gebildet, die die Lücken zwischen den Polschuhen 8b und 9b überbrücken. Die Hilfserregerwicklung besteht aus den beiden Spulen e5, und e6, die auf den Kernen h5 und h6 angeordnet sind. Diese Spulen sind miteinander in Reihe und beide zusammen parallel zur Haupterregerwicklung geschal tet. Der Stromweg der Hilfserregerwicklung geht von Leitung 11 über Leitung 18, Spule e6, Leitung 27, Spule e5, Leitung 28, Regler 21, Leitungen 29 und 30 und über 14, 15, 16 zur Leitung 17, da die Hilfserregerwicklung als Reihenwicklung geschaltet ist. Der Stromweg führt über die Leitungen 29 und 31, nach Unterbrechung der Leitung 30 di rekt zur Leitung 17, wenn die Hilfserreger, wicklung als Nebenschlusswicklung geschal tet wird.
Die Richtungen der magnetomotorischen Kräfte der Erregerspulen sind wieder durch Pfeile angegeben, unter der Voraussetzung, dass Bürste 6 positive Polarität hat.
Bei der Maschine nach Fig. 3 besteht der eine Hilfspfad aus dem Joch 10 und den Eisenkernen h7, h8, der andere aus dem Joch 10 und den Eisenkernen h9 und h10. Die Eisenkerne h7 und h9 sind zwischen das Joch und den Polschuh 8b so ein gesetzt, dass sie ausserhalb der Spule E1 der Haupterregerwicklung liegen. Die gerne h8 und h10 sind zwischen das Joch und den Polschuh 9b so eingesetzt, dass sie ausserhalb der Spule E2 der Haupterreger wicklung liegen. Die Hilfserregerwicklung besteht aus den beiden Spulen e7 und es; die erste umschlingt die Eisenkerne h7. h2, den Schaft 8a des Haupterregerpols und die Spule E1 der Haupterregerwicklung. Die zweite umschlingt die Eisenkerne h8 und h10 den Schaft 9a des Haupterregerpols und die Spule E2 der Haupterregerwicklung.
Die Schaltung der Spulen e7 und e8 stimmt überein mit der Schaltung der Spulen e5 und e6 von Fig. 2. Die Spulen e7 und e8 sind so angeschlossen, dass ihre magneto- motorischen Kräfte, die durch gestrichelte Pfeile angedeutet sind, im Raum dieselben Richtungen haben wie die magnetomotori- schen Kräfte der Haupterregerspulen, die durch ausgezogene Pfeile angedeutet sind, wieder unter der Annahme, dass die Bürste 6 positive Polarität besitzt.
Auch bei dieser Anordnung ist die Richtung der magneto- motorischen Kräfte, mit denen die Hilfs erregerwicklung auf die Eisenkerne 7h7, h8, h9, h10 der Hilfspfade wirkt, entgegengesetzt der Richtung, in der die Haupterregerwick lung magnetische Flüsse durch diese Eisen kerne zu treiben sucht.
Bei der Benutzung dieser Maschinen braucht zur Veränderung der Kurzschluss stromstärke nur der Regler 21 im Zweig der Hilfserregerwicklung verstellt zu werden. Ist der Widerstand in diesem Zweige gross, so dass die Hilfserregerwicklung nur einen schwachen Strom führt, so ist die Kurz schlussstromstärke der Maschine klein. Sie nimmt höhere Werte an, wenn man durch Verstellen des Reglers Widerstand aus dem Zweige der Hilfserregerwicklung entfernt.
Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Konstruktion des Pols 8 der Maschine von Fig. 3 sind die Kerne h7 und h9 der mag netischen Hilfspfade als Teile des Pols aus geführt. Der Pol ist aus Blechen aufgeschich tet und mittelst der Schrauben 32, die ihre Muttergewinde in dem Schaft 8a und in den Teilen h7 und h9 haben, am Joch 10 be festigt. Zwischen den Pol und das Joch sind an den Sitzflächen des Pols Bleche 33 ein gelegt. Durch Veränderung der Zahl dieser Bleche, die nach Bedarf aus magnetischem oder unmagnetischem Metall genommen wer den. können der Luftspalt am Anker 1 und die Widerstände der magnetischen Pfade im Magnetgestell geregelt werden.
Der Polschuh 8b hat in der Mitte eine Nut 8e. Sie dient dazu, das Feld im Kom mutierungsbereich der Bürste 6 zu schwä chen und dadurch die Kommutierung zu ver bessern.
Die Erfindung kann noch in andern For men ausgeführt werden; im besonderen kann die Schaltung der geteilten Erregerwicklung in mannigfaltiger Weise gegen die Schaltung abgeändert werden, die für die Beispiele ge wählt worden ist. Für die Regelungseinrich tungen können nicht nur Widerstandsregler, sondern auch Schalter für das Zuschalten und Abschalten von Spulenteilen oder von gan zen Spulen verwendet werden.