CH456803A - Schweissstromerzeugervorrichtung für das Widerstandsschweissen - Google Patents

Description

      Schweissstromerzeugervorrichtung    für das Widerstandsschweissen    Es ist bekannt, dass     Widerstandsschweissmaschinen     Stromimpulse kurzer Zeitdauer, aber grosser Amplitude  aufnehmen. Der Anschluss solcher Maschinen an ein       Stromversorgungsnetz    stellt oft Probleme. Die     Schweiss-          maschine    läuft während vergleichsweise langen Zeitab  schnitten im Leerlauf. Wenn der Schweisstrom kurzzeitig       benötigt    wird, muss dem Netz eine beträchtliche momen  tane Leistung entnommen werden, die Netzstörungen  hervorruft. Um der Schweissmaschine die notwendige  Leistung liefern zu können, sind die Stromspeiseleitun  gen entsprechend den hohen Stromspitzen zu dimensio  nieren.

   Dies hat zur Folge, dass Transformatoren und  Zuführungsleitungen des speisenden Netzes überdimen  sioniert werden müssen.  



  Wenn der Anschluss der Schweissmaschine einphasig  erfolgt, tritt eine unsymmetrische Belastung des Netzes  auf. Zudem liegt meist ein ungünstiger Leistungsfaktor  vor, so dass die     hiefür    aufzuwendende Blindleistung  durch Zuschalten von Kondensatoren kompensiert wer  den muss.  



  Es sind Schweissmaschinen bekannt, die einen Drei  phasen-Frequenzwandler-Transformator aufweisen. Ein  derartiger Schweisstransformator ist mit drei Primär  wicklungen und einer Sekundärwicklung versehen, an  welche die Schweisselektroden angeschlossen sind. Alle  Wicklungen des Transformators liegen hierbei über dem  gleichen Eisenkern. Mit jeder primären Wicklung ist in  Serie ein unter sich     antiparallel.geschaltetes        Ignitronröh-          renpaar    verbunden, wobei jede Wicklung mit Röhren  paar an einer anderen Phase des speisenden Dreileiter  netzes liegt. Die Last wird demnach     gleichmässig    auf alle  Phasen des Netzes verteilt.

   Zudem wird durch die       verminderte    Sekundärfrequenz eine geringere Blindlei  stung erzeugt. Neben der Notwendigkeit eines speziellen  Transformators und einer komplizierten Steuerung weist  aber auch diese Schweissmaschine den Nachteil auf, das  Netz impulsmässig zu belasten.  



  Zweck der Erfindung ist, die genannten Nachteile zu    vermeiden. Erfindungsgemäss ist die     Schweisstromerzeu-          gervorrichtung    für das Widerstandsschweissen, beste  hend aus einem mit einem Antrieb versehenen Genera  tor, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator einen  ruhenden,     geblechten    Anker mit mehreren, axial ange  ordneten, je an ihren Enden miteinander verbundenen       Ankerleitern    aufweist, die im Feld eines mit dem  Gehäuse des Generators verbundenen und mittels des  Antriebs um den Anker rotierenden Magnetsystems  liegen, das mehrere derart am Umfang des Gehäuses  angeordnete Polpaare, die je aus benachbarten Polen  bestehen, aufweist,

   dass alle in den parallelgeschalteten  Ankerleitern induzierten elektromotorischen Kräfte im  gleichen Zeitpunkt die gleiche Richtung haben.  



  Die Erfindung wird nachstehend anhand von Figu  ren beispielsweise     erläutert.    Es zeigen:       Fig.    1 einen     axialen    Schnitt durch einen Generator,  teilweise in schematischer Darstellung,       Fig.    2 einen Schnitt durch den Generator längs der  Linie     II        II    von     Fig.    1.  



  Gemäss     Fig.    1 ist auf einer Achse 1 aus Kupfer  hoher elektrischer Leitfähigkeit ein aus Blechen ge  schichteter Anker 3 befestigt. Der Anker 3 trägt Anker  leiter 5, die in Nuten 8 verteilt sind     (Fig.    2). Die  Ankerleiter 5 sind von den Blechen des Ankers 3 durch  eine Isolationsschicht 7 getrennt.  



  Zur Verminderung der Wirbelströme können die  Ankerleiter 5 aus mehreren parallel angeordneten,  emaillierten Einzelleitern bestehen, die in die Nuten 8  eingelegt sind. Die Einzelleiter jedes Leiterbündels bil  den dann einen Ankerleiter 5.     Hierbei    werden die  Einzelleiter an ihren Enden miteinander verlötet und  gleichzeitig an den beiden     Stirnseiten    des Ankers 3 mit  runden Metallplatten 9 und 11 aus einem Metall hoher  Leitfähigkeit, also zum Beispiel aus Kupfer, verbun  den.  



  Die Ankerleiter 5 bedecken nur einen     Teil    der  Oberfläche des Ankers 3. Gemäss     Fig.    2 sind im      dargestellten     Ausführungsbeispiel    vier Ankerleiter 5  symmetrisch über den Ankerumfang     verteilt.     



  Eine abweichende Anzahl von Ankerleitern 5 ist  möglich; die Ankerleiter dürfen aber wegen der besonde  ren, weiter unten beschriebenen Ausbildung des Erreger  feldes nicht zu nahe beieinander liegen.  



  Die     runde    Platte 9, die     bezüglich    der Stromleitung  eines der Enden der parallel geschalteten Ankerleiter 5  bildet, ist fest auf der Achse 1 angebracht. Die Achse 1  dient demnach als einer der beiden benötigten Leiter für  die Zu- oder     Wegführung    des Ankerstromes. Zwischen  dem Blechpaket des Ankers 3 und der Achse 1 wie auch  zwischen dem Blechpaket und den Platten 9 und 11 ist  eine Isolationsschicht 13 eingebracht, um die genannten  Leiter von den Blechen zu isolieren. Die     zweite    runde  Platte 11 ist mit einem grösseren zentralen Loch verse  hen. Sie ist fest auf einen Ring 15 aufgebracht, der  konzentrisch zur Achse 1 verläuft und von dieser durch  ein     Isolierrohr    17 isoliert ist.

   Der     Ring    15 stellt demnach  den zweiten Leiter für den Ankerstrom dar. Der Strom  verlauf     imAnker    und den     Zuführungen    ist durch Pfeile  dargestellt.  



  Die Achse 1     und    der Ring 15 sind in gleicher  konzentrischer Anordnung bis in die     Nähe    der     Schweiss-          elektroden    (nicht dargestellt)     weitergeführt.    Die Achse 1  ist hierbei mit der festen Schweisselektrode der Maschine  verbunden, während der Ring 15 mit der     beweglichen     Elektrode über Leiter 19, die auf dem     Ring    15 befestigt  sind, verbunden ist. Die Leiter 19 werden so nahe der  beweglichen Elektrode der Maschine mit dem Ring 15  verbunden, als es die Bedienung der Schweissmaschine  erlaubt.

   Dadurch ist es möglich, die     Stromschleife    der       Stromzuführungen    zu den Schweisselektroden klein zu  halten. Um ein unbeabsichtigtes Berühren der Stromzu  führungen zu den Schweisselektroden zu vermeiden, ist  es zweckmässig, das Rohr 15 mit einem nicht dargestell  ten Balg aus Leder oder einem Kunststoff zu umge  ben.  



  Die aus Kupfer bestehende Achse 1 ist     als    Hohlachse  ausgebildet, was erlaubt, einen Wasserkreislauf zur  Kühlung des Ankers 3 und der Schweisselektroden  vorzusehen. In der Mitte der Hohlachse 1 ist ein Rohr  21 angeordnet, das der     Zuführung    des Kühlwassers  dient. Die     Rückführung    des Kühlwassers erfolgt durch  den ringförmigen Raum 23 zwischen dem Rohr 21 und  der Innenwand der Hohlachse 1. Der Wasserkreislauf ist  im     Innern    der Achse 1 bis zu der mit ihr verbundenen  Elektrode geführt und kühlt diese gleichzeitig.  



  Um eine dauernde Pressung der Bleche des Ankers 3  zu erzielen und trotzdem Ausdehnungen wie Wärmeaus  dehnungen Rechnung zu tragen, ist es zweckmässig,  elastische Zwischenglieder wie Tellerfedern oder dgl.  (nicht dargestellt) zu verwenden.  



  Ein Gehäuse 51 des Generators stützt sich einerseits  auf die Achse 1 und andererseits auf den Ring 15 ab.  Das Gehäuse 51, in welchem ein in     Fig.    1 schematisch  dargestelltes Magnetsystem 25 angeordnet ist, rotiert um  den beschriebenen Anker 3. Der Zentrierung und Lage  rung des Gehäuses 51 und damit des Magnetsystems 25  gegenüber dem festen Anker 3     sind    zwei schematisch  dargestellte Lager 27 und 29 vorgesehen. Das erste  Lager 27 ist in der     Nähe    der Platte 9 direkt auf die über  die Platte 9 vorstehende Achse 1 montiert. Das zweite  Lager 29 ist neben der Platte 11 auf dem     Ring    15  angeordnet, von welchem es durch eine Isolationsschicht  31 elektrisch getrennt ist.  



  Zur     Zuführung    des Erregerstromes zum Magnetsy-         stem    25 sind auf der Stirnseite des Gehäuses 51 zwei  konzentrische Schleifringe 33 angebracht, die mit festen  Schleifern 35 in elektrischer Verbindung stehen. Die  Schleifer     sind    an eine nicht dargestellte, gesteuerte  Gleich- oder     Wechselstromquelle    angeschlossen.  



  Das zusammen mit dem Gehäuse 51 rotierende  Magnetsystem 25 wird durch einen beliebigen Motor  angetrieben, z. B. durch einen Explosionsmotor, einen  Gleichstrommotor, einen     Wechselstrommotor    mit Ein  phasen- oder     Dreiphasenspeisung.    Zwischen der Achse  des Antriebsmotors und dem Gehäuse 51 wird auf der  Seite des Lagers 27 eine nicht dargestellte Kupplung  angeordnet.  



  In einer besonders vorteilhaften     Ausführungsform     des Antriebs weist der Antriebsmotor ein um einen  festen Anker, z. B. einen     Käfiganker    rotierendes Ma  gnetsystem auf. Das Magnetsystem des Antriebsmotors  wird hierbei im gleichen Gehäuse angeordnet wie das  Magnetsystem 25 des Generators,     während    der feste  Anker des Antriebsmotors auf der zu diesem Zwecke  verlängerten Achse 1 befestigt wird.  



  Der magnetische Kreis des Magnetsystems 25 enthält  ein oder mehrere am Umfang hintereinander angeordne  te Paare von benachbarten Polen 41 und 43, wobei jedes  Polpaar bezüglich des Ankers einen magnetischen Kreis       bildet.    Jedes Paar von Polen 41, 43 besteht aus beiden  Polen 41, 43 gemeinsamen Blechen 45, die zu einem  Paket geschichtet sind.     Spulen    47 und 49 sind auf den  Polen 41 bzw. 43 angeordnet. Der resultierende     Induk-          tionsfluss    0 dieser Anordnung ist in     Fig.    2 dargestellt.  Der Fluss verläuft     demnach    vom einen zum anderen Pol  desselben Polpaares. Er schliesst sich über die gemeinsa  men Bleche 45 und die Bleche des Ankers 3.

   Diese  Ausbildung des Flusses hat zwei Auswirkungen, näm  lich:  - Der     Induktionsfluss    steht senkrecht zu den  Ankerleitern 5. Das Erregerfeld erzeugt demnach im  Anker 3 elektromotorische Kräfte, die in allen parallel  geschalteten Ankerleitern die gleiche     Richtung    und die  gleiche Grösse haben.  



  - Das Gehäuse 51 wird von keinem Magnetfeld  durchquert. Das Gehäuse kann demnach     ausschliesslich     nach Gesichtspunkten der mechanischen Festigkeit, die  zur Aufnahme der beträchtlichen     Zentrifugalkräfte    und  Drehmomente notwendig ist, dimensioniert werden. Sei  ne magnetischen Eigenschaften spielen     keine    Rolle.  



  Die Polbleche 45 sind auf das Gehäuse 51 abgestützt  und mittels Spannklammern 53 festgehalten. Diese sind  von     schwalbenschwanzförmigem    Querschnitt und sind  am Gehäuse 51 mittels Schrauben 55 befestigt. Die Pole  41 und 43 sind an ihren Füssen     mit        Blockierungselemen-          ten    57 versehen, auf welchen die Spulen 47 und 49  ruhen. Nach dem Aufbringen der Spulen 47, 49 auf die  Pole 41 bzw. 43 können auf die Pole     Verlängerungsstük-          ke    aufgebracht werden.  



  Der zwischen den Polpaaren befindliche freie Raum  59 kann als Ventilationskanal zur Kühlung des Ankers 3  und des Gehäuses 51 ausgebildet sein. Zur Erzeugung  eines     Kühlluftstromes    wird beispielsweise das Gehäuse  51 an seinen Stirnflächen mit     öffnungen    und Ventila  tionsschaufeln 61 versehen, von welchen in     Fig.    1 je eine  dargestellt ist. Mit Vorteil wird hierbei der Kühlluftstrom  von der Antriebsseite zur Seite der Schweisselektroden  des Generators geführt.  



  Das Magnetsystem 25 wird mit Hilfe eines Erreger  stromes magnetisiert, der ein Gleichstrom oder ein  Wechselstrom sein kann und dessen Intensität massge-           bend    für die Intensität des     Schweisstromes'    ist. Im  Augenblick, in welchem den Schweisselektroden ein  Strom     zugeführt    werden soll, hat eine dem Schweisstrom  und dem auf den Anker wirkenden Erregerfluss entspre  chende Krafteinwirkung eine Entnahme kinetischer, in  den rotierenden Massen des Magnetsystems und des  Antriebsmotors     gespeicherter        Energie    zur Folge. Der  Antriebsmotor liefert die zur Kompensation der Rei  bungsverluste und der infolge der Energieentnahme  gesunkenen Drehgeschwindigkeit nötige Energie.

   Da der  momentane Energiebedarf aber hauptsächlich durch die  gespeicherte kinetische Energie gedeckt wird, treten  keine hohen Stromspitzen auf der Antriebsseite auf,  wenn der Antriebsmotor beispielsweise ein elektrischer  Motor ist. Die Leistung des Speisestromkreises kann  deshalb in     vorteilhafter    Weise auf die mittlere. stündliche  Leistung reduziert werden.  



  Das Magnetsystem 25     benötigt    zu seiner Erregung  keine     grosse    Leistung, sondern nur etwa 2 bis 4     ()/o    der  Spitzenleistung während des Schweissvorganges. Die  Erregerleistung kann deshalb durch einen besonderen  Kreis aufgebracht werden, der beispielsweise einen       Gleichrichter-Speisekreis    enthält. Eine mit Transistoren  bestückte Schaltungsanordnung kann zur     Steuerung    der  Schweisszeiten vorgesehen werden.

   Die zum Schalten des       Erregerstromes        benötigten        Thyratrons    oder     Thyristore     können hierbei im Vergleich zu entsprechenden Schalt  elementen bei bekannten     Widerstandsschweissmaschinen     von kleiner Leistung sein. Ein solcher Steuerkreis erlaubt  beispielsweise, die Zahl und die Amplitude von Strom  impulsen für den Erregerkreis des Generators zu beein  flussen. Die Amplitude dieser Stromimpulse ist für die  Grösse des Schweisstromes massgebend. Da zu ihrer  Erzeugung keine     Hochleistungs-Schaltröhren    wie       Ignitrone    mehr nötig sind, werden die Steuerkreise  wesentlich einfacher und billiger.  



  Unter Umständen ist es von Vorteil, einen     Schweiss-          strom    mit     verhältnismässig    niedriger Frequenz zu erzeu  gen. Durch eine besondere Ausbildung des Magnetsy  stems 25, das mit Wechselströmen erregt wird, ist es  möglich, hierzu den beschriebenen Generator zu verwen  den.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Schweisstromerzeugervorrichtung für das Wider- standsschweissen, bestehend aus einem mit einem An trieb versehenen Generator, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator einen ruhenden, geblechten Anker (3) mit mehreren, axial angeordneten, je an ihren Enden miteinander verbundenen Ankerleitern (5) aufweist, die im Feld eines mit dem Gehäuse des Generators verbun denen und mittels des Antriebs um den Anker rotieren den Magnetsystems (25) liegen, das mehrere derart am Umfang des Gehäuses angeordnete Polpaare, die je aus benachbarten Polen (41, 43) bestehen, aufweist,

   dass alle in den parallelgeschalteten Ankerleitern induzierten elektromotorischen Kräfte im gleichen Zeitpunkt die gleiche Richtung haben. UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Anker (3) auf einer feststehen den, aus einem Metall mit hoher elektrischer Leitfähig- keit bestehenden Achse befestigt ist, die als Leiter für den Ankerstrom dient. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Stirn seite des Ankers (3) eine runde Platte (9; 11) hoher elektrischer Leitfähigkeit angeordnet ist, mit welcher die Enden der Ankerleiter (5) verbunden sind. 3.

   Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteran spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Platte (9) auf der Achse (1) und die andere Platte (11) auf einem auf der Achse (1) isoliert aufgebrachten Ring (15) hoher elektrischer Leitfähigkeit befestigt ist. 4. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Isolierschichten (7, 13) zwischen den Ankerleitern (5) und dem Blechpaket des Ankers (3), zwischen dem Blechpaket des Ankers (3) und der Achse (1) sowie zwischen den Platten (9, 11) und dem Blechpaket des Ankers (3) angeordnet sind. 5.

   Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Nuten (8) des Ankers (3) eingelegten Ankerleiter (5) aus mehreren isolierten, ein Leiterbündel bildenden, mit den Platten (9 , 11) verbundenen Einzelleitern bestehen. 6. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (1) und der Ring (15) mit den Schweisselektroden verbunden sind.

   7. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Achse (1) hohl ist und ein konzentrisches Rohr (21) enthält, wobei der ringförmige Raum (23) zwischen dem Rohr (21) und der Innenwand der hohlen Achse (1) und der Innenraum des Rohrs (21) als Kanäle für eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, die nen. B. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Elemente hoher Leitfähigkeit aus Kupfer bestehen. 9.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass jedes Paar von Polen (41, 43) durch ein am Gehäuse (51) befestigtes Paket von Blechen (45) gebildet ist, die beiden Polen (41, 43) gemeinsam sind. 10.

   Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteran spruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pol (41, 43) mit einer von einem Erregerstrom durchflossenen Spule versehen ist, wobei die Spulen aller Polpaare in Reihe oder parallel derart geschaltet sind, dass der Induktionsausfluss (0) von einem Pol (41) zum andern Pol (43) desselben Polpaares verläuft und sich über die gmeinsamen Bleche (45) und die Bleche des Ankers (3) schliesst. 11. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich am Gehäuse Schleifringe (33) angeordnet sind, die mit feststehenden Schleifern (35) zur Zuführung des Erregerstromes für die Spulen (47, 49) dienen. 12.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen zwei Polpaaren be findliche freie Raum (59) als Ventilationskanal ausgebil det ist. 13. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Un teransprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Magnetsystem (25) mit Hilfe von Lagern (27, 29) auf der Achse (1) und dem Ring (15) drehbar angeordnet ist. 14.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass als Antrieb des rotierenden Magnet- systems (25) ein dem Generator anliegender, gleichachsi ger Motor dient, der einen feststehenden Anker und ein um diesen rotierendes Magnetsystem aufweist, wobei das Magnetsystem des Motors mit dem Magnetsystem (25) des Generators mechanisch kraftschlüssig verbunden ist, und beide Magnetsysteme z. B. an einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.