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Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenschweißanordnung für Anschluß
an Dreiphasennetz, bestehend aus einem Dreiphasentransformator, mit Gleichstrom
vormagnetisierte Drosselspulen als Magnetverstärker zur Regelung des Schweißstromes
und einem Satz Gleichrichter für den Schweißstrom.
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Nach der Erfindung sind zwei Dreiphasentransformatorhälfen vorgesehen,
wobei jeder der dreiMagnetvierstärker bzw. Magnetregler magnetische Kerne mit je
drei Säulen je Phase aufweist, deren äußere je von der Sekundärwicklung der betreffenden
Phase und deren innere Säulen von der gemeinsamen,Vormagne= tisierungswicklung umfaßt
werden.
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Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich die Anordnung gemäß
der Erfindung durch Einfachheit und Effektivität aus. Es sind zwar Lichtbogen-Schweißanordnungen
für Einphasenanschluß bekannt, bei denen der Transformator ebenfalls aus zwei Hälften
besteht, welche mittels Primär- und Sekundärwicklung gekoppelt sind und welche durch
eine gemeinsame Gleichstromwicklung vormagnetisiert werden, um den Schweißstrom
zu regeln. Bei der Anwendung dieses Prinzips auf Dreiphasenstrom würden sich ohne
weiteres sechs Transformatorhälften ergeben. Demgegenüber wird beim Anmeldungsgegenstand
nur ein - gehälftelter - Dreiphasentransformator angewendet; dadurch werden die
drei Phasen auf magnetischem Wege gekoppelt, die einphasig bekannte magnetische
Kopplung zwischen Transformator und Drosselspule hingegen aufgehoben und durch die
Kopplung durch die Sekundärwicklung je Phase ersetzt, unter Beibehaltung der Symmetrie,
indem die drei Drosselspulen je drei Schenkel aufweisen, deren äußere von der Sekundärwicklung
und deren innere von der Vormagnetisierungswicklung umfaßt werden.
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Die ganze Anordnung kann somit aus fünf normalen Dreiphasentransformatoren
bzw. deren Magnetkern zusammengesetzt gedacht werden.
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Die Zeichnung zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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F i g. 1 ist ein Schema der Lichtbogenschweißanordnung gemäß der Erfindung,
während F i g. 2 in Form eines Diagramms die Wirkungsweise erläutert.
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Die dargestellte Vorrichtung dient zur Speisung eines elektrischen
Bogenschweißgeräts mit Dreiphasenstrom. 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 Schweißstromstärke auf, der drei Magnetkerne
mit je 3 Säulen besitzt. Die drei Säulen des ersten-Kernes sind mit 13,14 und 15
bezeichnet, die drei Säulen des zweiten Kernes mit 23, 24, 25 und jene des dritten
Kernes mit 33, 34; 35.
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Die Primärwicklung der Transformatoren sind die folgenden: Eine Spule
41, um den Kern 11 angeordnet, ist in Serie geschaltet mit einer Spule 42, die um
den Kern 12 angeordnet ist; eine Spule 51, um den Kern 21 angeordnet, ist in Serie
geschaltet mit einer Spule 52; die um den Kern 22 angeordnet ist; eine Spule 61,
um den Kern 31 angeordnet, ist in Serie 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 Primärwicklungen sind in Stern
geschaltet.
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Die Klemmen A und B gehören zum Vormagnetisierungsstromkreis.
Dieser Stromkreis enthält eine Spule 111, die um den Kern 15 des Magnetverstärkers
angeordnet ist, eine Spule 121, die um den Kern 25 und eine Spule 131, die um den
Kern 35 angeordnet ist. Bei diesem Beispiel sind diese drei Spulen parallel geschaltet.
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Die Sekundärwicklung der Transformatoren besteht aus .einer Spule
71, die um die beiden Kerne 11 des ersten Transformators und 13 des Magnetverstärkers
angeordnet ist; in der gleichen Phase ist eine Spule 72 um die Kerne 12 des zweiten
Transformators und 14 des Magnetverstärkers angeordnet. Die beiden Wicklungen 71
und 72 sind bei diesem Beispiel in Serie geschaltet.
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In analoger Weise sind die beiden anderen Phasen aufgebaut: eine Spule
81, um die Kerne 21 und 23 angeordnet, ist in Serie geschaltet mit einer Spule 82;
die um die Kerne 22 und 24 angeordnet ist; eine Spule 91, um die beiden Kerne 31
und 33 angeordnet, ist in Serie geschaltet mit einer Spule 92, die um die beiden
Kerne 32 und 34 angeordnet ist. Die Sekundärklemmen, mit X, Y und Z bezeichnet,
sind mit den Gleichstromausgangsklemmen U, Y der Vorrichtung in bekannter Weise
über sechs Halbleiterröhren verbunden. Die Sekundärwicklungen speisen also im vorliegenden
Fall die Gleichrichterelemente über den Magnetverstärker.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Die Vorrichtung
dient einmal zum Schweißen mit feuerfesten Elektroden. Die dreiphasige Speisespannung
gelangt auf die Phasen R, S und T, und es handelt sich darum, am Ausgang U, V einen
konstanten Strom zu erhalten. Der .Gleichstrom für die Vormagnetisierung, der an
den Klemmen A, B liegt, ist z. B. mittels eines Widerstandes geregelt, so
daß an den Klemmen U, V ein genau bestimmter Schweißstrom zur Verfügung steht, wie
er zum Ausführen einer bestimmten Arbeit benötigt wird. Die Kurve b in F i g. 2
gibt die Spannung an den Klemmen U, V in Funktion der Schweißstromstärke an. Für
jeden Vormagnetisierungsstrom ergibt sich eine analoge aber verschiedene Kurve,
d. h. eine solche, deren Vertikalteil mehr oder weniger vom ursprünglichen Kurventeil
beabstandet ist. Je mehr der Vormagnetisierungsstrom erhöht wird, um so mehr wird
die dem Vertikalteil der Kurve entsprechende Größe erhöht. Die Schweißarbeit wird
hier bei konstanter Intensität durchgeführt, d. h. daß man im vertikalen Teil der
Kurve arbeitet, 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.
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Wenn die beiden Sekundärwicklungen jeder Phase parallel anstatt wie
beschrieben in Serie geschaltet werden, was man sich leicht vorstellen kann, erhält
man eine Variante, die bei anderen Bedingungen arbeitet und die dem Schweißen mit
Schmelzdraht entspricht, der von einem Vorratssystem abrollt.
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Die Charakteristik würde in diesem Fall der Kurve a der F i g. 2 entsprechen.
Der Horizontalteil dieser Charakteristik entspricht offensichtlich der halben
n;aximalen
Spannung der Kurve b. Dagegen ist der Horizontalteil beträchtlich breiter, und die
Vorrichtung arbeitet eben auf diesem Horizontalteil. Das heißt, daß die Vorrichtung
diesmal bei konstanter Spannung arbeitet, jedoch bei veränderlicher Stärke, je nach
der Ablaufgeschwindigkeit des Drahtes. Auch in diesem Fall ist die Größe des Kurzschlusses
bearenzt, 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 Gleichrichterelemente (üblicherweise Siliziumdioden)
nicht mehr den schädlichen Überlastungen ausgesetzt. Für jede Drahtgeschwindigkeit
kann man die günstigste Kurzschlußintensität bestimmen. Bei dieser Variante wie
im beschriebenen Beispiel bestimmt der Magnetverstärker den Kurzschlußstrom.
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Wenn die beiden Sekundärwicklungen jeder Phase parallel geschaltet
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 der Zeichnung dargestellt, in Serie oder
eventuell parallel geschaltet werden. Selbstverständlich ist eine wesentlich feinere
Regulierung möglich bei Serienschaltung.
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In der Praxis ist es vorteilhaft einen Umschalter vorzusehen, mit
dem die Sekundärspulen nach Wunsch in Serie oder parallel geschaltet werden können,
wodurch die Möglichkeit gegeben ist, mit derselben Vorrichtung einerseits entweder
feuerfeste Elektroden (TIG) oder überzogene Elektroden, andererseits kontinuierlichen
Schmelzdraht ab einem Speisesystem (MIG - MAG) zu verwenden.
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Was den Vormagnetisierungsstromkreis betrifft, könnte man bei einer
anderen Ausführungsform an Stelle der drei Spulen 111, 121 und 131 eine einzige
Wicklung vorsehen, die alle drei Säulen 15, 25 und 35 umgibt.
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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 gesamthaft umschließt.
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Man wird feststellen, daß die beschriebene Vorrichtung, wie übrigens
auch ihre erwähnten Varianten, in ihren drei Phasen identisch ist und elektrisch
und geometrisch vollkommen symmetrisch ist. Ihr Gewicht und Volumen sind bezüglich
der klassischen Vorrichtung mit Transformator und von diesem getrenntem 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. Im übrigen ist
die magnetische Kopplung viel besser, was eine Verminderung der Amperewindungen
des Vormagnetisierungsstromkreises hat.