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Wechselstrom-Lichtbogenschweißtransformator 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 der 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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In den USA wurde 1943 ein Schweißtransformator entwickelt, dessen
Leerlaufspannung niedriger ist als die Zündspannung. Auch dort wird das kontaktlose
Arbeiten durch magnetische Streuung im Eisenkerngestell erreicht. Allerdings kann
mit dieser bekannten Anordnung die magnetische Trägheit nicht überwunden werden,
da alle Wicklungen auf einem Kern sitzen und demgemäß, wie nachstehend im Zusammenhang
mit der Erfindung ausgeführt werden wird, keine Zwischenschaltung einer getrennten
Regeldrossel vorgesehen ist.
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Sollen Schweißarbeiten in engen Behältern, z. B. 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 Sekundenbruchteilen
wieder auf die Leerlauf-Klemmen-Spannung 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 42
Veff für die kurzzeitig bei Unterbrechung des Schweißstromkreises auftretende höhere
Spannung 70 Veff vor; diese muß innerhalb von 0,2 Sekunden auf 42 Veff abklingen.
Zur angenäherten Einhaltung dieser Bedingungen wurde, insbesondere in neuerer Zeit
eine Reihe von Einrichtungen für die selbsttätige Senkung der Leerlaufspannung an
Schweißtransformatoren entwickelt. Diese Einrichtungen weisen jedoch entweder Schaltungsteile
mit mechanischer Wirkung auf oder sie arbeiten mit verhältnismäßig großen Leerlaufverlusten,
so daß sie nicht das Maximum des Erreichbaren auf diesem Gebiet darstellen.
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Nach einem früheren Vorschlag der Erfinderin wurde die hier gestellte
Aufgabe durch Vorschalten flußgesteuerter oder sogenannter Rücklaufmagnetve:rstärker
gelöst.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine andere Möglichkeit
der Lösung dieser Aufgabe, nämlich einen Lichtbogenschweißtransformator zu schaffen,
der die eingangs aufgeführten Bedingungen erfüllt, wie sie also insbesondere bei
Schweißarbeiten unter örtlich bedingten, beengten Verhältnissen gelten.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch einen Wechselstrom-Lichtbogenschweißtransformator
mit selbsttätiger Senkung der Leerlaufspannung, der aus einem üblichen Schweißtransformator
besteht, dem Regeldrosseln in an sich bekannter Selbstsättigungsschaltung mit oder
ohne Rücklaufschaltung vor- oder nachgeschaltet sind, wobei diese Regeldrosseln
eine zusätzliche wechselstromdurchflutete Wicklung mit der Hauptdurchflutung entgegengerichteter
Durchflutungs:richtung aufweisen.
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Zur gleichzeitigen übernahme der Einstellung des Schweißstromes infolge
geregelter Begrenzung der Gleichstromvormagnets:ierung können die Regeldrosseln
noch mit zusätzlichen Schaltungsmitteln ausgestattet sein, so z. B. mit zusätzlichen
Wicklungen, die von einem einstellbaren von einem Stromwandler über Gleichrichter
erzeugten Gleichstrom durchflossen sind.
Bei Verwendung solcher
Drosseln mit der zusätzlichen wechselstromdurchfluteten Wicklung wird tatsächlich
ein fast zeitloses Arbeiten der Drosseln erreicht, entgegen den bekannten Schaltungen
dieser Art, bei denen das zeitlose Verhalten Schwierigkeiten bereites, so daß insbesondere
die geforderten Abklingzeiten bei kurzzeitig auftretenden höheren Spannungen nicht
erzielt werden konnten.
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Ein wirtschaftlich sehr großer Vorteil ist darin zu sehen, daß die
Drosseln neben ihrer selbsttätigen Spannungsregelung durch geringe Schaltungsergänzung
und richtige Anpassung auch die magnetische Regelung des Schweißstromes mit übernehmen
können, wobei verhältnismäßig steile Kennlinien und somit eine gute Kurzschlußfestigkeit
des Schweißtransformators erzielt werden.
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Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Schaltschema, bei dem gemäß der Erfindung
beispielsweise die Steuerdrosseln im Sekundärkreis eines Haupttransformators angeordnet
sind. In diesem Falle werden die Drosseln zwecks Gleichstromvormagnetisierung mit
den Halbwellen des Schweißstromes gleichsinnig durchflossen.
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Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Schaltung. Da die Art, mit welcher
die Drosseln vormagnetisiert werden, nur eine untergeordnete Rolle spielt, kann
die Gleichstromsättigung natürlich auch von dem Stromwandler 4 über Gleichrichter
3 in Verbindung mit der erwähnten dritten Hilfswicklung der Drosseln 2 und 3 allein
übernommen werden. Die Gleichrichter 1 werden dabei überflüssig und können fortfallen.
Die Hauptwicklung Wi 3 der Drosseln 2 und 3 mit ihren Gleichrichtern Gl l
liegen in Reihe zu der Sekundärspannung Wi2 des Haupttransformators Trl, welcher
für die volle Schweißleistung und Zündspannung von 70 Volt ausgelegt sein muß (Fig.
1).
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Die Hilfswicklungen W 4 der Drosseln Dr 2 und 3 werden
über einen Widerstand R 1 mit Wechselstrom derart durchflutet, daß sie in die Drosselwicklungen
W13 eine Spannung von 28 Volt hineininduzieren, die der Sekundärspannung des Transformators
1 entgegensteht, so daß nur noch eine Restspannung von 42 Volt als Leerlaufspannung
an den Schweißklemmen liegt.
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Der nach Aufsetzen der Schweißelektrode fließende Schweißstrom wird
mit Hilfe der Gleichrichter Gl l in den Drosseln 2 und 3 in seine Halbwellen aufgeteilt,
so daß diese die Drosselkerne aufmagnetisieren und sättigen. Die Sättigung der Drosseln
Dr2 und 3 läßt die Leistung des Transformators Tr 1 voll wirk- ; sam werden
und verdrängt zugleich die Wechselspannung aus den Hilfswicklungen W4 der Drosseln
2 und 3 in den Vonviderstand R 1 Unabhängig von dieser Schaltung läßt sich der Schweißstrom
mit beliebigen Mitteln regulieren, z. B. durch Vorschalten einer zweiten Regeldrossel
in den Primär- und Sekundärkreis; oder durch Regelung der Streuung am Haupttrafo.
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Werden aber die vorhandenen selbsttätigen spannungsregelnden Drosseln
2 und 3 mit einer Rücklaufschaltung verbunden, bestehend aus einem verhältnismäßig
kleinen Gleichrichter in Doublerschaltung G12 und einem Regelwiderstand R2, so übernehmen
sie gleichzeitig auch die Regelung des Schweißstromes. Gegenüber den Gleichrichtern
1 sind die hinzukommenden Gleichrichter 2 so geschaltet, daß über diese ein Entmagnetisierungsstrom
fließt, der mit dem Regelwiderstand R 2 regelbar ist und das Aufmagnetisieren der
Drosseln Dr 2 und 3 mehr oder weniger verhindert. Dabei müssen die Drosseln
2 und 3 so ausgelegt sein, daß sie im Falle völliger Entmagnetisierung, d. h. R
2 ist gleich 0 Ohm, genügend induktiven Widerstand besitzen, um den Schweißstrom
auf das gewünschteMaß zu reduzieren.
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Zur Regulierung der Zeit, in der sich die Magnete auf- und abbauen
bzw. zum Schwächen oder Stärken dieser Felder können noch einige Hilfsmittel angewandt
werden, z. B. durch Auftragen einer dritten Hilfswicklung W19 auf die Drosseln Dr2
und 3, welche von einem im Schweißstromkreis eingeschalteten Stromwandler 4 über
einen Gleichrichter 3 mit Gleichstrom durchflutet wird oder durch Parallelschalten
von zwei untereinander in Reihe geschalteten kleinen Hilfsdrosseln Dr5 und 6 zu
den Wicklungen 4 der Drosseln 2 und 3. Diese Hilfsdrosseln besitzen eine zweite
Wicklung Wi 8, welche wieder mit vom Wandler 4 gesteuertem Gleichstrom durchflutet
werden.
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Auch bei der abgewandelten Schaltung nach Fig. 2 läßt sich der Schweißstrom
mit beliebigen Mitteln regulieren. Die Regelung des Stromes kann ebenfalls von diesen
Drosseln mit übernommen werden, wenn mit Hilfe eines Regelwiderstandes, der in der
Stromzuführung zwischen Gleichrichter 3 und der Vormagnetisierungswicklung Wi
9 der Regeldrosseln 2 und 3 eingeschaltet ist, der Vormagnetisierungsstrom
einstellbar begrenzt wird: Die gesamte beschriebene Schaltung der Drosseln 2 und
3 mit allen Hilfsmitteln ist ohne weiteres auch im Primärkreis des Haupttransformators
Tr 1 oder im Primärkreis eines Stromzusatztransformators anwendbar.