DE404602C

DE404602C - Regelschaltung der Primaerwicklung an Transformatoren fuer elektrische Widerstands-Schweiss- und Erwaermungsmaschinen

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Publication number: DE404602C
Application number: DESCH66068D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1922-10-11
Filing date: 1922-10-11
Publication date: 1925-03-04

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Schaltungsart der Transformatorwicklungen an elektrischen Schweiß- und Erwärmungsmaschinen. Die Transformatoren solcher Maschinen werden außer für Sonderzwecke durchweg als Stufentransformatoren mit Abstufung im Primärkasten ausgeführt. Abb. ι zeigt ein Schaltschema der bisher bekannten Art für einen Manteltransformator, Abb. 2 für einen

ίο Kerntransformator.

Die vier Schaltstufen der Abb. ι entstehen, wie Abbildung erkennen läßt, durch Änderung der primären Windungszahl. Die vier Anzapfungen sind zu den Kontakten ι bis 4 geführt,

ig so daß diese wahlweise mit dem einen Pol 6' durch Stecker o. 'dgl. verbunden werden können. Der andere Pol E liegt fest am anderen Windungsende.

Beim Kerntransformator (Abb. 2) liegen die

Regelwinidungen auf dem nicht von der Sekundärwindung umschlossenen Nebenschenkel b. Hier sind fünf Schaltstufen dargestellt. Die Regelung auf verschiedene Leistungen geschieht auch hier dttrch Änderung der Sekundärspannung (des Übersetzungsverhältnisses) . Nun ist diese Regelungsart eigentlich falsch. Denn die Wirkungsweise der Schweißmaschinen beruht ja auf der Wärmeentwicklung durch den Übergangswiderstand an der Berührungsfläche der zu verschweißenden Teile.

Dieser Übergangswiderstand hat aber im Anfang immer die gleiche Größe unabhängig von der Größe der zu verschweißenden Stücke oder, z. B. Punktschweißung, unabhängig von der Blechdicke. Würde man aber bei Punktschweißungen dicke und dünne Bleche mit der gleichen Sekundärspannung schweißen, so würden entweder dünne Bleche überhitzt oder dicke Bleche nicht warm genug werden. Um die Sekundärspannung den verschiedenen Materialabmessungen anzupassen, müssen also die Transformatoren der bisherigen Schaltart die Sekundärspannung ändern. Dies führt dazu, daß die bei kleinen Materialabmessungen kleinen Sekundärspannungen entweder ein langsames Anspringen verursachen oder die Maschinen empfindlich gegen kleine Änderungen des Kontaktwider Standes machen.

Es ist deshalb wohl möglich, mit Punktschweißmaschinen starke Bleche auch mit rostigen oder verzunderten Oberflächen zu schweißen, weil die bei dicken Blechen zulässige höhere Sekundär spannung auch bei solchen Flächen ein sicheres Anspringen bewirkt, dagegen wird bei dünnen Blechen die Arbeit sehr unsicher, weil die hier zulässige kleinere Sekundärspannung schon bei kleineren Änderungen der Kontaktoberfläche versagt.

Nahtschweißmascmnen mit gleichförmig drehenden Rollenelektroden sind bei der alten

Schaltungsart so empfindlich gegen kleine Änderungen des Oberflächenzustandes der Schweißzonen sowie gegen Spannungsschwankungen im Primärkreis, daß diese Empfindlichkeit ihre allgemeine Verwendung verhindert hat.

Bei Stumpfschweißmaschinen und Erwärmungsmaschinen führt die notwendige Verwendung kleiner Sekundärspannungen bei kleinen Werkstücken häufig zum Versagen beim Vorkommen von auch nur dünnen Zunder- und Rostschichten. Besonders zeigt sich dies bei Nietwärmern. Wählt man die Spannung so hoch, daß auch verzunderte Niete sicher anspringen, so verbrennen dieselben; bei kleiner Sekundär spannung aber springen die Niete zu langsam oder gar nicht an.

Nun verhalten sich Kerntransformatoren, welche nach Abb. 2 die Regelung auf dem Nebenkern tragen, in dieser Beziehung etwas besser, denn besonders beim Arbeiten auf den ■ kleineren Spannungsstufen ist ihre Streuung ; größer als die des Manteltransformators, so daß ihre Leerspannung höher als die Arbeits- i spannung liegt. Infolgedessen kann man bei solchen Transformatoren mit höheren sekun- ' dären Leerspannungen arbeiten und erreicht ' schon ein besseres Angehen als beim Mantel- ₍ transformator. l

Trotzdem wird aber das Arbeiten bei stark ' wechselnden Kontaktwiderständen auf den : kleineren Spanniungsstufen recht unsicher.

Allerdings bat auch ein Transformator nach Abb. ι infolge des Spannungsabfalls im Se- 1 kundärkreis eine etwas höhere Anlaufspannung, doch ist der Unterschied dieser gegen die Arbeitsspannung zu klein, um die Anlaufsicherheit wesentlich zu beeinflussen. Auch ist ein zu großer Abfall ein Zeichen zu hohen [ Widerstandes im Sekundärweg und bewirkt starke schädliche Erwärmung der Maschine. ■

Der Vorteil einer höheren Anlaufspannung ist aber auch noch kaum erkannt, denn es werden wohl noch ebensoviel Schweiß- und Erwärmungsmaschinen mit dem Manteltransformator als mit dem Kerntransformator ausgeführt. Auch ist man vielfach bestrebt, auch : den Kerntransformator durch Verlegung aller Windungen auf Kern α (Abb. 2) mit möglichst kleiner Streuung, also kleiner Spannungsände- : rung, auszuführen. I

Es ist nun noch eine andere Art der Regelung möglich; man kann die Streuung des Transformators veränderbar machen. Wird diese Regelung so ausgeführt, daß über den ganzen Regelbereich die Leerspannung des Sekundärkreises gleichbleibt und nur die ' Streuung sich ändert, so kann hier erreicht werden, daß für jede Stelle des Regelbereichs i gerade die gewollte Stromaufnahme auftritt, j Diese Art der Regelung ist bei Transformatoren für Lichtbogenschweißung allgemein ] bekannt. Sie wird erreicht durch Änderung des Abstandes zwischen Sekundär- und Primärspule, von denen eine auf dem genügend langen Kern verschiebbar ist.

Auch für Widerstands-Schweißtransformatoren ist diese Regelungsart schon vorgeschla- ^: gen, aber praktisch kaum in Anwendung. Denn sie erfordert für die Verschiebung der bewegbaren Spule einen langen Kern, der Eisenaufwand wird also groß und der große Transformator würde den Bau des den Transformator , tragenden und umhüllenden Maschinengehäuses, welches auch die Armaturen trägt, sehr verteuern.

Ein solcher Transformator würde, um genügend großen Regelbereich zu erzielen, ungefähr dreimal so viel Eisen erfordern als die normalen Bauarten. Die Regelungsart aber, welche auf jeder Stelle des Regelbereichs die ■ gleiche Leerspannung ergibt, bietet betriebs- ; technisch wesentliche Vorteile. Sie gibt auf jeder Eirtstellstufe ein sicheres Angehen. Sie ergibt eine geringere Empfindlichkeit gegen Spannungsschwankungen im Primärnetz und gegen Änderungen des Kontaktflächenwiderstandes. Sie gibt aber auchbesonders bei Maschinen mit häufiger Schaltung, also z. B. Punkt- go Schweißmaschinen und Nietwärmeru, einen besseren durchschnittlichen Leistungsfaktor; denn jeder neue Arbeitsgang besteht erst aus einer Leerlaufzeit, die vom Einschaltmoment des Primärstromes bis zum Anspringen des Sekundärstromes läuft. Ist nun infolge kleiner sekundärer Leerspannung, bei welcher das Angehen langsamer erfolgt, die Leerzeit lang, so wird natürlich der leer laufende Transformator einen schlechten Leistungsfaktor haben.

Bei vielen Arbeitsgängen summieren sich also die Leerzeiten, und wenn z. B. einePunktschweißmaschine 12 000 Schweißungen bei je 2 Sekunden Stromschlußdauer ausübt, dabei aber je ¹Z₂ Sekunde Leerlauf hat, so läuft in der ganzen Zeit der Transformator 100 Minuten = ^x/₄ der Zeit leer, also· mit schlechtem Leistungsfaktor.

Ist aber im Einschaltmoment eine höhere Spannung im Sekundärkreis vorhanden, die erst bei beginnendem Stromstoß auf den eingestellten Wert abfällt, so wird offenbar diese höhere Spannung ein schnelleres oder sofortiges Angehen bewirken, so daß die Leerlaufzeiten auf einen Teil der bisherigen zurückgehen oder ganz verschwinden. Dadurch wird aber der durchschnittliche Leistungsfaktor besser. Auch wenn dann der mit größerer Streuung arbeitende Transformator während der Schweißzeit selbst bei momentaner Messung einen schlechteren Leistungsfaktor zeigt, so wird die Summe derselben über die ganze

Claims

Schlußdaucr des Primärkreises einen besseren Wert zeigen. Natürlich ist, um dies zu erreichen, eine Bauform .des Transformators nötig, welche keine Verlängerung des Eisen-S wegs bedingt.

Die bisher bekannten Arten der Regelung erfüllen diese Bedingung nicht. Erfindungsgemäß wird nun die Regelung durch Veränderung der Streuung bei konstanter Lcerspannung erreicht, ohne 'den Eisenweg gegenüber dem Transformator mit Änderung des Übersetzungsverhältnisses zu verlängern. Abb. 3 zeigt das Schaltschema des Transformators.

Die auf dem von der Sekundären umschlossenen Kern liegende Wicklung α ist hier mit Anzapfungen versehen. Ebenso hat die auf dem Nebenkern liegende Wicklung b fünf Anzapfungen. Beide Wicklungen sind nun so unterteilt, daß das Übersetzungsverhältnis des Transformators immer dasselbe bleibt, wenn je zwei beliebige Kontakte der mit ι bis 5 bezeichneten Regelstufen beispielsweise durch Stecker verbunden werden.

Die Anschlußpole liegen bei B und 5".

Wie nun aus Abb. 3 erkennbar, ändert sich aber beim Umstecken des Steckers die Streuung. Sie ist, wenn die Kontakte 1 geschlossen sind, am größten, beim Schließen der Kontakte 5 am kleinsten. Denn bei 1 liegen eine große Zahl der Windungen auf dem Nelenkeru, während bei 5 nahezu alle auf dem von der Sekundäre umschlossenen Hauptkern liegen.

Infolge dieser Schaltung ist die Anlauf-.spannung auf allen Regelstufen gleich groß. Die Arbeitsspannung ist aber je nach der gewählten Stufe anders. Eine mit diesem Transformator versehene Maschine geht also auf allen Regelstufen gleich sicher und schnell an, während doch bei kleinen Dimensionen infolge der kleineren Arbeitsspannung eine Überhitzung nicht eintritt. Es ist aber bei der neuen Schaltung leicht möglich, durch geeignete Wahl der Streuung und der Schaltstufe ein Überhitzen auch bei zu langer Stromdaucr zu verhindern, denn bei richtiger Wahl der Streuung kann eine für jede Regelstufe bestimmte maximale Stromstärke nicht wesciitlieh überschritten werden. Ist diese richtig bemessen, so ist bei dem gewünschten maximalen Wärmegrad die Wärmezufuhr im '-üeichgcwicht mit der Wärmeerzeugung. Dies ist besonders von Wert bei Xietwärmcrn, wo also nun durch passende Bemessung (!er Streuung eine Überhitzung der Xiete verbinden werden kann.

Nähmaschinen mit gleichförmig drehenden Rollenelektroden werden durch die neue Schaltung wesentlich betriebssicherer. Denn bisher mußte man, um Versager bei unvermeidbaren kleinen Widerstandserhöhungen der Naht-, zonen zu vermeiden, die höchste zulässige Sekundärspannung wählen. Dies führte dann bei kleinen Geschwindigkeitsschwankungen der Rollen schon zum Durchbrennen und meist zu spröden Nähten. Bei der neuen Schaltung kann man eine mittlere ,Spannung wählen, denn eine Widerstandserhöhung bewirkt auch eine Erhöhung der Spannung.

Nahtmaschinen mit intermittierendem Strom, wie z. B. sogenannte Rollenschrittmaschinen, erhöhen mit der neuen Schaltung ihre schon bekannte Unempfindlichkeit gegen Änderungen des Oberfiächenzustandesder Nahtzonen und können bei dünneren Blechen höhere Schweißgeschwindigkeiten erreichen.

Bei Erwärmungsmaschinen für Erwärmung langer Werkstücke bewirkte bisher die mit fortschreitender Erwärmung steigende Zunähme des Widerstandes eine starke Verminderung der Stromaufnahme, die nur durch stufenweise Einschaltung höherer Sekundärspannung verhindert werden konnte.

Die neue Schaltung wirkt selbstregelnd und macht die Zuschaltung ganz entbehrlich oder erfordert sie erst bei größeren Änderungen. Infolgedessen erfolgt auch hier die Erwärmung schneller, die Strahlungs- und Arbeitsverluste werden kleiner, so daß die neue Schaltung Strom spart.

Es kann sogar jetzt die Hochspannung der Sekundärseite etwas kleiner als bisher gewählt werden, weil eine Rücksichtnahme auf die kleineren Stufen nicht mehr nötig ist. Läßt man den Eisenquerschnitt dabei unverändert, so tritt noch eine weitere Ersparnis an Leerstrom und damit eine Verbesserung des Leistungsfaktors ohne Mehraufwand von Material ein.

Ρλτεν τ-An Spruch:

Regelschaltung der Primärwicklung an Transformatoren für elektrische Widerstands-Schweiß- und Erwärmungsmaschineu mit veränderbarer Streuung des Transformators, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Streuung durch stufenweise Zuschaltung von. Windungen einer fest auf dem nicht von der Sekundärwindung umschlossenen Nebenkern augeordneten Hilfsspule unter gleichzeitiger Abschaltung entsprechender Windungen der Hauptspule erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.