DE520205C - Stromerzeuger fuer Lichtbogenbetrieb, insbesondere Lichtbogenschweissung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 9. MÄRZ 1931

REIC HS PATE NTAMT

PATENTSCHRIFT

520205 KLASSE 21di GRUPPE

„Elin" Akt-Ges. für elektrische Industrie in Wien*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. Juni 1926 ab

Bei elektrischen Stromerzeugern für Lichtbogenbetrieb, insbesondere für Lichtbogenschweißung, ist eine veränderliche Einstellung der Stromstärke nach Art der vorzunehmenden Arbeit erwünscht, dabei aber soll unter allen Umständen die für das Schweißen erwünschte Charakteristik beibehalten werden, die im normalen Bereich der Lichtbogenspannung bei Abnahme der Stromstärke eine Zunahme der Spannung ergibt. Die höchst erreichbare Spannung soll bei den verschiedenen Einstellungen nicht sehr stark verschieden sein, wenn auch die bei Kurzschluß des äußeren Stromkreises erreichten Ströme auf verschiedene Werte eingestellt sind.

Der Schweißvorgang besteht bekanntlich darin, daß die mit einem Pol des Stromerzeugers verbundene Schweißelektrode aus Kohle oder Metall mit dem an den zweiten Pol an-

ao geschlossenen Werkstück zur Berührung gebracht und unmittelbar darauf abgezogen wird, so daß ein Lichtbogen entsteht, der das Metall zum Schmelzen bringt. Bei jeder direkten Berührung von Werkstück und Schweißelektrode entsteht ein Kurzschluß.

Bisher wurde die Reglung des Schweiß-Stromes meist durch Verwendung veränderlicher, energieverzehrender elektrischer Widerstände im Hauptstromkreis oder im Stromkreis von Erregerwicklungen vorgenommen.

Gemäß der Erfindung wird ein Stromerzeuger mit einem Primärfeld und einem das Primärfeld schwächenden Gegenfeld angewendet und der Eisenquerschnitt in einem Teil des Feldmagnetkreises oder des Feldmagnetstreufrusses veränderlich gemacht, wie dies bei normalen Motoren und Stromerzeugern für andere Zwecke bereits vorgeschlagen wurde, mit dem neuen Ergebnis, daß hauptstromerregte Stromerzeuger für Lichtbogenbetrieb ohne Regelwiderstände verwendet werden können, eine bisher nicht erreichte Regelfähigkeit und Stabilität mit denkbar einfachster Bedienung vereint und große Ersparnisse erzielt werden, und zwar in der An-Schaffung durch den Wegfall von Regelwiderständen und durch den Aufbau der Maschine selbst und im Betrieb infolge des besseren Wirkungsgrades der Einrichtung.

Verschiedene Formen von Maschinen mit einem Hauptfeld und einem dasselbe schwächenden Gegenfeld sind im Aufsatz von E. Rosenberg in ETZ 1905 S. 393 angegeben. Für Schweißzwecke insbesondere wurde (siehe ETZ 1906 S. 1036 fr.) die als Rosenbergdynamo bezeichnete Form der

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Emanuel Rosenberg in Wei\_} Österreich,

Querfeldmaschine angewendet, eine Maschine mit zwei Bürstensätzen, deren einer an normaler Stelle befindlicher kurzgeschlossen ist und dazu dient, durch die Ankerrückwirkung des ihn durchfließenden Hilfsstromes den Anker quer zu magnetisieren, während der zweite Bürstensatz um eine halbe Polteilung verschoben ist und den ISTutzstrom führt, der eine dem ursprünglichen Feld entgegenwirken de Gegenmagnetisierung des Ankers hervorruft.

Das Wesen der Erfindung ist die örtliche Änderung des magnetischen Querschnittes. In Abb. ι ist dies nur für einen, den oberen Pol dargestellt, der als Regelpol dient. Der untere Pol ι der zweipoligen Maschine mit Polschuh 2 ist normal, der Regelpol 3 hat eine Öffnung, in der das Einsatzstück 4 durch Verschraubung gegen den Anker zu- oder von ihm wegbewegt werden kann. 5 stellt das Gehäuse der Maschine dar, 6 sind zwei Hilfsbürsten, die an der gewohnten Stelle befindlich, aber kurzgeschlossen sind, 7 die dagegen um eine halbe Polteilung versetzten Nutzbürsten, von denen die obere mit der Magnetwicklung 8, die untere mit dem durch einen Stern 9 dargestellten äußeren Stromkreis, einem Lichtbogen, verbunden ist, während das zweite Ende des äußeren Stromkreises zum zweiten Ende der Hauptstromwicklung 8 führt.

Ist der äußere Stromkreis nicht geschlossen, so wird infolge des remanenten Magnetismus zwischen den Hilfsbürsten 6 ein Strom fließen, der den Anker quer magnetisiert und zwischen den Nutzbürsten 7 eine merkliche Spannung schafft. Schaltet man im Nutzstromkreis 9 einen hohen Widerstand ein und verringert ihn allmählich, so wird vorerst die ,Stärke des Feldes zunehmen, dadurch auch der Hilfsstrom und die Spannung zwischen den Nutzbürsten. Wenn aber die Verringerung des äußeren Widerstandes und die Größe des Nutzstromes ein gewisses Maß erreicht haben, so wird das primäre Feld sich der Sättigung nähern, während das Rückwirkungsfeld des Ankerstromes, wenn geeignete Streupfade geboten sind, immer weiter steigt, so daß von da an eine Schwächung des Hilfsstromes und eine Verringerung der Nutzspannung eintritt. Bei Kurzschluß des äußeren Stromkreises erreicht der Nutzstrom einen bestimmten Grenzwert.

In Abb. 2 ist die bekannte Kurzschlußcharakteristik 11 einer solchen Maschine gezeichnet, nämlich die Beziehung zwischen Erregerstrom als Abszisse o* und Nutzstrom als Ordinate o^y, wenn der äußere Stromkreis kurzgeschlossen ist, unter der Annahme, daß man den Erregerstrom unabhängig vom Nutzstrom verändert und daß die Maschine vor Aufnahme der Charakteristik entmagnetisiert worden ist. Sind Anker und Magnetwicklung in Reihe geschaltet, so zeigt für ein bestimmtes Verhältnis der Windungszahlen ein vom Koordinatenurspruingspunkt ο ausgehender Strahl 12, welcher Feldstrom als Abszisse dem Ankernutzstrom als Ordinate zugehört, und der Schnittpunkt 112 zeigt den Strom, den. die Maschine bei Reihenschlußerregung im Kurzschluß geben wird. Um diesen Strom auf einen geringeren Wert zu begrenzen, ist es bekanntlich möglich, einen Parallelwiderstand zur Reihenschlußwicklung anzuwenden. Dann zeigt der Strahl 13 die Beziehung zwischen Feld- und Ankerstrom, und die Ordinate des Schnittpunktes 113 zeigt den Grenzstrom bei Kurzschluß. Für einen Strahl 14, der mit dem geradlinigen Teil der Kurzschlußcharakteristik zusammenfällt, ergibt sich keinerlei bestimmter Schnittpunkt mit der Kurzschlußcharakteristik. Der Strom, der bei Anwendung eines solchen Parallelwiderstandes entsteht, kann durch geringe Zufälligkeiten, z. B. durch eine kleine Änderung in der Größe des remanenten Magnetismus, sich in weiten Grenzen ändern.

Durch die Anwendung des Einsatzstückes 4 gemäß der Erfindung läßt sich nun die Kurzschlußcharakteristik nach Belieben ändern. In Abb. 3 ist eine Schar von Kurzschlußcharakteristiken herausgezeichnet. Die Kurve 21 gilt, wenn das Einsatzstück sich in der tiefsten Stellung (zunächst dem Anker) befindet und ist identisch mit der Kurve 11 von Abb. 2. Schiebt man das Einsatzstück her- · aus, so kann eine der Charakteristiken 22 bis 25 eingestellt werden. In diesem Falle ist es zur Reglung unnötig, einen Parallelwiderstand zur Magnetwicklung anzuwenden. Der Strahl 26 in Abb. 3, der dem Strahl 13 von Abb. 2 entspricht, schneidet jede Kurve der Schar unter einem günstigen Winkel. Die erreichten Kurzschlußströme sind durch die Koordinaten der Punkte 121, 122.. .125 dargestellt. Durch geeignete Bemessung des Einsatzstückes im Verhältnis zum Polquerschnitt läßt sich beispielsweise eine stabile ,. Reglung des Grenzstromes bis auf ein Zehntel des maximalen erzielen. Dies ist bei der elektrischen Lichtbogenschweißung sehr wertvoll. Es ist möglich, mit derselben Maschine ohne fremde Widerstände ganz große und anz kleine Schweißarbeiten auszuführen, wobei der Strom von 500 bis 50 Amp. verändert wird.

Ein großer Vorteil ist es, daß dabei auf Parallelwiderstände zur Reihenschlußwicklung verzichtet werden kann, denn solche Widerstände haben nicht nur eine begrenzte Stufenzahl und unbestimmten Kontaktwiderstand, sondern haben auch den ferneren Nach-

teil, daß der induktionslose Parallelwiderstand zu der mit Induktivität behafteten Magnetspule bei plötzlichen Stromänderungen ein ganz anderes Verhältnis des Magnetstromes zum Ankerstrom ergibt als während des stationären Betriebszustandes, so daß die Gefahr der Umpolung besteht.

Die Erfindung erlaubt auch eine Ersparnis an Baustoffen. Da Feld- und Ankerwicklung »° stets vom gleichen Strom durchflossen wird, so kann die Windungszahl der Feldspulen weitaus kleiner gewählt werden als bei einer Aiaschine, wo für die Reglung ein Parallelwiderstand zur Feldwicklung verwendet wird. Die Anwendung der Regelpole auf eine andere bekannte, für Lichtbogenschweißung vorgeschlagene Maschine zeigt Abb. 4. Sie ist nach Art der alten Manchestermaschine gebaut. Sie hat äußere Magnetsäulen 31, Joche 32 und daran befestigte Polschuhe 33. Auf den äußeren Säulen sind hauptstromerregte Spulen 35, auf den Polschuhen entgegenwirkende Spulen 36 angebracht, die infolge großer Streuung von einem bestimmten Sättigungszustand an das Feld bei steigendem Strom mehr schwächen als die Haupterregung 35 es verstärken kann. Durch Verschiebung der Einsatzstücke 4 in den Magnetsäulen kann dieser Sättigungszustand nach Belieben höher oder tiefer gewählt werden. Anstatt des einfachen Einsatzstückes nach Abb. ι und 4 kann auch gemäß Abb. 5 ein Einsatzstück gewählt werden, das aus mehreren teleskopartig verschiebbaren Stücken 41, 42, 43 besteht.

Es können entweder alle Pole der Maschine oder ein Teil derselben als Regelpole ausgebildet werden. Bei Verwendung einer geeigneten Ankerwicklung kann auch bei einer mehrpoligen Maschine unter Umständen ein einziger Regelpol verwendet werden.

Verwendet man mehrere Regelpole an der gleichen Maschine, so kann in bekannter Weise eine gleichzeitige Betätigung aller Pole oder der Hälfte aller Pole vorgenommen werden. Bei der Ausführungsform nach Abb. 6 ist dies durch einen Verdrehring 51 erreicht, in dessen schräge Nuten 52 Führungsstifte 53 der glatten prismatischen oder zylindrisehen Poleinsatzstücke 54 eingreifen.

Anstatt die Einsatzstücke in den Polen anzubringen, können sie auch nach Abb. 7 am Joch angebracht werden. Die dort gezeichneten Platten 64 können herausgezogen oder verdreht werden, um den örtlichen Querschnitt des Joches 65 zu verringern. Steht das Einsatzstück 64 parallel mit der Kraftlinienrichtung, wie in Abb. 7 gezeichnet, so bietet es einen geringen magnetischen Widerstand. Wird es um 90⁰ verdreht, so ist der magnetische Widerstand fast ebenso groß als bei Entfernung des Einsatzstückes.

Derselbe Erfolg, der durch Änderung des wirksamen Pol- oder Jochquerschnittes erzielt werden kann, wird durch eine Änderung des Streuweges der Maschine erreicht. Polschuhe mit verdrehbaren Teilen, die es erlauben, die Spitzen der Nachbarpol schuhe gegeneinander zu bewegen, sind bekannt. In Abb. 8 ist eine vierpolige Maschine gezeichnet, bei der zwischen den Polen 70 Streuplatten 71 angewendet werden, die mittels geeigneter, hier nicht gezeichneter Vorrichtungen parallel zur Achse der Maschine verschoben werden können. Einen je größeren Eisenquerschnitt die Streuplatten dem Wege von einem Pol zum anderen bieten, desto geringere Teile des primären Kraftflusses werden in den Anker eindringen und desto größer wird der von den Ankeramperewindungen hervorgebrachte gegenwirkende Streufluß sein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Stromerzeuger für Lichtbogenbetrieb, insbesondere Lichtbogenschweißung,-mit einem primären Feld und einem dasselbe schwächenden Gegenfeld mit großer gegenseitiger Streuung, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenquerschnitt in einem Teil des primären Feldes oder des Gegenfeldes veränderbar und so der bei Kurzschluß des äußeren Stromkreises oder bei hochgetriebener Drehzahl erreichte Strom auf verschiedene Größen einstellbar ist.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1 bei hauptstromerregten Gleichstrommaschinen mit zwei Bürstensätzen, deren einer kurzgeschlossen ist und eine Quermagnetisierung ergibt, während der zweite, um eine halbe Polteilung versetzt, den Nutzstrom führt und eine Gegenwirkung der Ankeramperewindungen gegen die Primärerregung herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß Einsatzstücke im Körper eines oder mehrerer Pole des Magnetgestelles in an sich bekannter Weise mechanisch verschiebbar angeordnet sind.

3. Ausführungsform nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch teleskopartige Anordnung von verstellbaren Einsatzstücken in einem oder mehreren Polen des Magnetgestelles.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen