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Einrichtung zum Betrieb von elektrischen Lichtbogen mittels einer
mechanisch und elektrisch mit einer Gleichstromnebenschlußmaschine gekuppelten Gleichstrommaschine
Beim Betrieb eines elektrischen Lichtbogens, z. B. einer Bogenlampe, oder beim Schweißen
durch Lichtbogen ändert sich die Länge des Lichtbogens dauernd, wodurch .der vom
Lichtbogen aufgenommene Strom erheblich schwankt und beim unmittelbaren Berühren
der Elektroden., also bei Kurzschluß, einen beträchtlichen Wert annimmt. Zum Speisen
von Lichtbogen sind besondere Einrichtungen erforderlich, durch die der vom Lichtbogen
aufgenommene Strom begrenzt und eine Rückwirkung der Stromschwankungen auf das Netz
vermieden wird. Man hat daher bisher .hierfür besondere Schweißgeneratoren verwendet,
,die von den normalen elektrischen Maschinen wesentlich verschieden sind. Derartige
Generatoren sind aber kostspielig und haben einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad,
so .daß ihre Verwendung aus diesem Grunde häufig unerwünscht ist.
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Durch,die Erfindung wird,die Verwendung normaler Gleichstrommaschinen
dadurch ermöglicht, daß eine Gleichstromreihenschlußmaschine mit einer Gleichstromn.eb.enschlußmaschine
mechanisch -und elektrisch .gekuppelt und in Reihe mit dem Lichtbogen geschaltet
ist. Die Gleichstromnebenschlußmaschine kann, mechanisch angetrieben von der Reilienschlußmaschine,
als Generator arbeiten und einen Teil der von der Reihenschlußmaschin.e aufgenommenen
Energie dieser wieder zuführen. Die Verwendung von zwei mechanisch und elektrisch
miteinander gekuppelten Gleichstrommaschinen zum Speisen von Bogenlampen ist bereits
bekannt geworden, jedoch hat man hierbei ,mit ,einer Gleichstromnebenschlußmaschine
eine Gleichstrommaschine gekuppelt, die außer der in Reihe mit den Bogenlampen liegenden
Reihenschlußwicklung noch eine als Gegenkompoundwicklung wirkende N.ebenschlußwicklung
hat. Hierdurch wird die an .den Lampen herrschende Spannung größer als die Netzspannung
und fällt bei Belastung ab, während beim Gegenstand der Erfindung die Spannung des
Lichtbogens nicht ,größer als die Netzspannung werden kann. Dies ist aber für elektrische
L ichtbogenschweißung von besonderer Bedeutung, da man zur Vermeidung des verlustbringenden
Vernächtens der Spannung in Widerständen die von der Schweißmaschine gelieferte
Spannung möglichst gering .halten will.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abb. r schematisch
dargestellt. An ein Gleichstromnetz N, deren einer Pol an Erde angeschlossen ist,
liegt eine Reihenschlußmaschine
.mit dem Anker B und der Feldwicklung
G, die in Reihe mit edem Lichtbogen F jin .solcher Weise ,geschaltet ist, daß der
.Strom vom Netz in Richtung der Pfeile die Maschine durchfließt und ,diese als Motor
arbeitet. Die Reihenschlußmaschine ist über die Welle D mit einer aus dem
Anker A und der Feldwicklung C bestehenden Nebenschlußmaschine gekuppelt,-
deren Anker A und deren Feldwicklung C parallel zur Reihenschlußmaschine am Netz
liegen und deren Drehzahl konstant gehalten wird.
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Während des Betriebes des Lichtbogens F arbeitet die Reihenschluß.mascliin.e
als Motor, wobei sie einen Teil .der vom Netz aufgenommenen Energie über die Welle
D in .die Maschine A sendet, die als Generator diese Energie in Form von :elektrischer
Leistung an das Netz zurückgibt. Das Netz hat also hierbei lediglich .die vom Lichtbogen
aufgenommene Energie sowie die Eigenverluste der :beiden Maschinen zu liefern.
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Abb. 2 zeigt ein Schaubild des elektrischen Verhaltens .der Einrichtung.
E ist die 'Netzspannung, Ehi die Spannung der Reihenschlußmaschine und
EL die des Lichtbogens. Die Spannungen E sind über dem Strom T aufgetragen.
Bei .offenem Lichtbogen hat die Schweißmaschine mit .dem Anker B keine Spannung,
und an den Elektroden des Lichtbogens herrscht die @Tetzspannting E. Beim Auftreten
eines Lichtbogens entwickelt die Schweißmaschine, entsprechend ihrer Magnetisierungscharakteristik,
die Spannung Ein, wobei innerhalb des aus Maschine und Lichtbogen gebildeten Stromkreises
der 0li:msche Spannungsverlust ER entsteht, so daß die Spannung
EL des Lichtbogens F sich als Differenz der Netzspannung E und des Spannungsverlustes
ER ergibt. Aus :dem Verlauf der Kurve EL ist ersichtlich, daß bei Kurzschluß
des Lichtbogens die Grenzstromstärke fx auftritt. Die Kurve der Lichtbogenspannung
EL ist bei ,diesem Beispiel leicht nach unten gekrümmt.
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Infolge der großen Selbstinduktion der Reiliensclilußmaschsne ändert
sich bei raschen Schwankungen der Lichtbogenlänge der Strom nur langsam, so daß
ein sauberes Arbeiten beim Schweißen ermöglicht wird.
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Der Schaltung nach Abb. i liegt die Annahme zugrunde, daß die Netzspannung
E als offene Schweißspannung brauchbar ist, z. B. einen Wert von :etwa ioo Volt
hat. Ist aber die Netzspannung kleiner oder größer oller steht nur Wechsel- oder
Drehstrom zur Ver fügung, so kann die Reilienschlußmaschine nicht mehr unmittelbar
aus dem Netz gespeist werden, sondern es muß eine Anor dnung gemäß Abb.3 getroffen
werden. Die Anker A und B der N ebenschluß- und Reihenschlußmaschine
sind hierbei unmittelbar mit einem Motor 2,1 gekuppelt, z-on dem sie mit annähernd
gleichbleibender Drehzahl angetrieben werden. Der Motor 1l kann beispielsweise ein
Gleiclistromn.ebensclilußmotor oder asynchroner Dreh- oder Wechselstrommotor sein.
Auch können Motor ill und Nebensclilußinascli.i.ne A wie bei-in Einankerumf:ormer
zu einer Maschine vereinigt werden. Die Wirkungsweise dieser Schaltung entspricht
vier nach Abb. i.
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Beim Lichtbogenschweißen ist es in vielen Fällen erforderlich, daß
der Kurzschlußstrom Ih sowie die Charakteristik der Lichtbogenspannung
EL regelbar sind. Zti dieseln Zwecke können alle an sich bekannten Mittel
verwendet werden, die geeignet sind, um die Eigenschaften der elektrischen Maschine
zu beeinflussen. Zweckmäßig kann man dies durch eine Drehzahlregelun,- des Motors
1f oder der Xebenschlußmaschine A erreichen, sobald diese als Motor läuft. Man kann
auch parallel in bekannter '%Abreise zur Feldwicklung G der Reilienschlußmaschine
Regelwiderstände schalten oder die Erregerwicklungen G untereinander parallel oder
in Reihe schalten oder diese zur Beeinflussung der magnetischen Charakteristik der
Schweißmaschine mit Anzapfungen versehen. Zur selbsttätigen Beeinflussung .der Spannung
bzw. der Drehzahl der Nebensclilußmaschine empfiehlt es sich auch, den Motor 31
oder die Maschine _2 mit einer Kompoundwicklung zu versehen. wobei in manchen Fällen
auch eine Gegenkompoundwicklung zweckmäßig sein kann.
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Die Spannungskurve der Nebenschlußmaschi.ne A kann durch die Belastung
dadurch beeinflußt werden, daß ihre magnetische Rückwirlzung ,erhölrt wird, während
sie selbst ein schwaches Feld besitzt. Abb. d. zeigt (las Schaubild dieser Maßnahme,
wobei durch die magnetische Rückwirkung die Kurve der Lichtbogenspannung
EL im Gegensatz zti Abb.2 einen gerade oder nach oben gekrümmten Verlauf
erhalten kann.
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Wird die NiLaschine A defekt, während der Stromkreis der unmittelbar
vom Netz gespeisten Schweißmaschine B über die Bogenlampe F geschlossen ist, so
könnte diese :infolge ihrer Reih.enschltißcharakteristik durchgehen. Um dies zu
vermeiden, müssen besondere Sicherheitseinrichtungen vorgesehen werden, die .beispielsweise
aus einem Flielikraftschalter, Schmelzsicherungen ini :'Netzstromkreis oder ähnlichem
bestehen können.
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Die bei der Einrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Maschinen
sind normaler Bauart, bei denen lediglich die Wicklungen den besonderen elektrischen
Betriebsverhältnissen angepaßt werden müssen.