-
Die Erfindung betrifft eine einstellbare Drossel, mit zwei oder mehreren
Hauptinduktivitätsbereichen in einer Baueinheit, zur Veränderung des Verlaufs der
übergangsfunktion des Schweißstromes I = ¢ (t) in Gleichstrom-Schweißkreisen.
-
Beim Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode treten durch
die Werkstoffübertragung Störgrößen in der Bogenstrecke auf, die zu Ausgleichsvorgängen
im Schweißkreis führen. Der zeitliche Verlauf dieser Ausgleichsvorgänge hat einen
großen Einfluß auf die chemisch-physikalischen Reaktionen in der Bogenstrecke und
auf den Mechanismus der Werkstoffübertragung. Bekanntlich kann der Verlauf der übergangsfunktion
des Schweißstromes bzw. können die Zeitkonstanten durch Induktivitäten beeinflußt
werden. Da der Charakter der Werkstoffübertragung bei den einzelnen Schweißverfahren
unterschiedlich ist oder sich mit zunehmender Stromstärke ändert, wie z. B. beim
C02 Schutzgasschweißen, gewährleisten erst einstellbare Induktivitäten optimal angepaßte
Schweißtechnologien.
-
Dazu ist bereits eine Reihe von Drosseln und Verfahren zur Beeinflussung
des Verlaufs der übergangsfunktion bei Ausgleichsvorgängen im Schweißkreis bekannt.
So werden Regeldrosseln benutzt, bei denen durch Verdrehen eines Ringkernes mit
Luftspalt in einer Spule eine Veränderung der Induktivität erzielt wird. Diese Veränderung
der Lage des Luftspaltes zum Kraftlinienverlauf bewirkt eine Änderung der Magnetisierungskurve
und damit der Abhängigkeit der wirksamen Induktivität bei größer werdendem Strom.
Dabei kann man die Spulen und den drehbaren Eisenkern so anordnen, daß eine Reihenschaltung
oder eine Gegenschaltung der magnetischen Flüsse erfolgt.
-
Grundsätzlich ist bekannt und wird sowohl bei Drosseln als auch bei
Transformatoren angewendet, daß durch Verschieben oder Verdrehen von miteinander
gekoppelten Spulen die Kopplungsinduktivität verändert werden kann.
-
Es sind auch einstellbare Drosseln bekannt, bei denen die Einstellung
durch einen Abgriff von Windungen der äußeren Lage der Schleifkontakte vorgenommen
wird. Diese Schleifkontakte sind jedoch verschleißbehaftet und teuer in der Herstellung.
-
Eine weitere Möglichkeit, Einstelldrosseln zu schaffen, ist mit Hilfe
gleichstromvormagnetisierter Drosseln möglich geworden. Die Einstellung der Induktivität
erfolgt durch Vormagnetisierung des Magnetkreises. Die Wirksamkeit dieser Einrichtung
setzt jedoch eine Steuerwicklung mit gleicher Durchflutung wie die der Arbeitswicklungen
voraus, was jedoch einen erhöhten Aufwand an Wicklungsmaterial bedeutet.
-
Zweck der Erfindung ist es, den Aufwand für die Herstellung derartiger
einstellbarer Drosseln bei gleichen Gebrauchseigenschaften auf ein Minimum herabzusetzen
und deren Funktionssicherheit zu verbessern.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einstellbare Drossel
mit mehreren Induktivitätsbereichen bei gleichbleibender magnetischer Charakteristik
des Eisenkreises zu schaffen, die als selbständige Baueinheit in jeden Gleichstromschweißkreis
eingeschaltet werden kann und die den Verlauf der Übergangsfunktionen des Kurzschlußstromes
kontinuierlich zu verändern geeignet ist.
-
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst, indem zwei oder mehrere
Spulen mit beim Stromdurchfluß gleichgerichteten magnetischen Feldern einer weiteren
Spule in Reihe geschaltet sind, die variabel magnetisch angekoppelt ein der örtlich
nebenliegenden Spule entgegengerichtetes magnetisches Feld aufbaut, sobald sie vom
Schweißgleichstrom durchflossen wird. Auf diese Weise ergeben sich ein oder mehrere
feststehende Induktivitätsbereiche und ein veränderlicher Induktivitätsbereich,
die auf Grund der Schaltungsanordnung wahlweise eingeschaltet werden können.
-
Bei Änderung des Kopplungsfaktors k dieser Spulen ist die Veränderung
der Gesamtinduktivität nach folgenden Ableitungen möglich: Es gilt für die Reihenschaltung
zweier gekoppelter Spulen
Das positive Vorzeichen gilt für gleichgerichtete Felder, das negative für entgegengesetzt
gerichtete Felder. Somit können folgende Gesamtinduktivitäten mit zwei in Reihe
geschalteten gekoppelten Spulen erzielt werden: Bereich 1:
Minimum für k-@ 1 und bei L, = L2; Lges l ^ 0 Maximum für k -, ß ; Lgcs
1 ^. L, -F- L2 . Bereich 2:
Maximum für k -+1;
Minimum gilt für k-> 0; Lges 2 #- L, + L2.
-
Mit einer Drosselanordnung nach diesem Prinzip könnte theoretisch
bei L1 = L2 = Leine einstellbare Drossel mit einem Induktivitätsbereich
von Lges=Obis4-L erzielt werden. Die Kopplung der Spulen geschieht bei gleichbleibender
magnetischer Charakteristik des Eisenkreises.
-
In bekannter Weise können die Induktivitäten als Scheibenspulen ausgebildet
werden, welche auf einem kreisförmigen Abschnitt eines magnetischen Kreises angeordnet
sind. Die Spulen, welche beim Streufluß gleichgerichtete Magnetfelder erzeugen,
lassen sich in den Endlagen des magnetischen Kreises fest anordnen. Zwischen diesen
um den Radius des Magnetkreises drehbar, wird eine weitere Spule angeordnet, welche
als Gegeninduktivität wirkt.
-
Mit auf einem E-I-Kern angeordneten Scheibenspulen läßt sich der gleiche
Effekt erzielen, indem eine der Spulen relativ zu einer der übrigen Spulen verschieblich
gelagert ist.
-
Um Einzelspulen einzusparen, können zwei Spulen mit variabler magnetischer
Kopplung umschaltbar angeordnet sein, so daß gleichgerichtete oder entgegengesetzt
gerichtete magnetische Felder entstehen.
Diese Anordnung bedingt
jedoch die Anwendung entsprechender Umschaltmittel.
-
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einstelldrossel sind, daß zwei
oder mehrere Induktivitätsbereiche nur durch Anschließen mittels einer Steckvorrichtung
auswählbar sind, wobei der kleinere Induktivitätsbereich stufenlos einstellbar ist.
Zu dieser Einstellung sind keine Schleifkontakte oder Umschaltmittel erforderlich.
Es ist auch eine Fernbetätigung der Einstellung möglich. Außerdem ergibt sich für
den kleinen Induktivitätsbereich eine nicht vom Schweißstrom abhängige Induktivität
L, da der magnetische Kreis durch die Gegeneinanderschaltung der magnetischen Flüsse
nicht gesättigt wird und durch das Einstellprinzip keine Veränderung der magnetischen
Charakteristik des Eisenkreises erfolgt.
-
Mit der erfindungsgemäßen Einstelldrossel können die Schweißeigenschaften
einer Mehrzweckstromquelle optimal angepaßt werden, so daß mit einer Stromquelle
verschiedene Schweißverfahren, z. B. das CO,-Kurzlichtbogen- durch Wahl des einstellbaren
Bereiches und das Sprühlichtbogenschweißen, das MIG-Schweißen, das Pulverdrahtschweißen
und das Elektrodenschweißen durch Wahl des nicht einstellbaren Induktivitätsbereichs
ausgeführt werden können. Durch die bauliche Anordnung und durch die Schaltung der
Drosselspulen wird gegenüber herkömmlichen Einstelldrosseln eine Spule eingespart
und das Umschalten von einem Induktivitätsbereich zum anderen vereinfacht.
-
Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 das Hauptschema der Einstelldrossel,
F i g. 2 die Anordnung der Wicklungen auf einem magnetischen Kreis mit einem kreisbogenförmigen
Abschnitt, F i g. 3 die Anordnung der Wicklungen auf einem EJ-Kern.
-
Die Einstelldrossel ist zweckmäßigerweise mit drei Spulen 1, 2, 3
ausgeführt. Die Spulen 2 und 3 erzeugen in Reihenschaltung entgegengesetzt gerichtete
Felder, die Spulen 1 und 2 in Reihenschaltung erzeugen gleichgerichtete Felder.
Die Spulen sind magnetisch gekoppelt. Der Kopplungsfaktor der Spule 2 zur Spule
3 ist veränderlich. Damit ergeben sich zwei Hauptinduktivitätsbereiche gemäß den
Gleichungen (vgl. F i g. 1).
-
Bereich 5-6: LgeS ;z--- 0 bis L2 -i- L,1.
Bereich 4-5:
F i g. 2 zeigt eine praktische Ausführung der erfindungsgemäßen Einstelldrossel.
Die Spulen 1 und 2 sind fest angeordnet und erzeugen in Reihenschaltung gleichgerichtete
Felder. Die Spulen 3 und 2 in Reihenschaltung erzeugen entgegengesetzt gerichtete
Felder. Die Spule 3 ist auf einem kreisbogenförmigen Abschnitt des magnetischen
Kreises 7 drehbar angeordnet. Hierdurch wird der Kopplungsfaktor durch Annäherung
bzw. Entfernung geändert. Durch den Luftspalt 9, der nur bei gleichgerichteten Feldern
wirksam ist, wird die Abhängigkeit L d = t (IS) so beeinflußt, daß L d nur wenig
mit steigendem Strom abnimmt.
-
In F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die
Spulen 1 und 2 sind fest auf einem EJ-Kern 8 angeordnet. Die Spule 3 ist auf dem
Mittelschenkel verschiebbar. Bei Annäherung der Spule 3 an die Spule 2 wird der
Kopplungsfaktor größer, bei der Entfernung dieser kleiner. Der Luftspalt hat die
gleiche Wirkung wie in F i g. 2.