DE621209C - Vorrichtung zur Erzeugung von extrem hohen, kurzzeitigen Energiestoessen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von extrem hohen, kurzzeitigen Energiestößen, insbesondere zum Schweißen. Sie besteht darin, daß unter Zuhilfenahme von Mittel- oder Hochfrequenzstromerzeugern bei gleichzeitiger starker Überbemessung der Felderregung des Stromerzeugers die in umlaufenden Schwungmassen gespeicherte Energie magnetisch induktiv in extrem hohe Energiestöße bei regelbarer Drehzahl der Schwungmassen und regelbarer Felderregung kurzzeitig umgewandelt wird, daß der regelbare Strom zur Erregung des Stromerzeugers durch Zeitschalter o. dgl. zeitlieh begrenzt wird und der zur kurzzeitigen Erregung des Stromerzeugers notwendige Energiestoß ebenfalls der umlaufenden Masse des Energiespeichers entnommen wird. Weitere Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung.

Es ist bekannt, daß beim Schweißen von Leichtmetallen, ζ. B. Aluminium ο. dgl., der Schweißvorgang in äußerst kurzer Zeit durchgeführt sein muß, um die Struktur des Stoffes nicht nachteilig zu verändern. Man hat sich bei solchen Vorrichtungen bisher jedoch mit verschiedenen Unvollkommenheiten, beispielsweise beim Schweißen von Aluminium mit einer schwachen Oberflächenverbindung, begnügen müssen und insbesondere zur Lösung verschiedener, wenn auch verwandter Aufgaben jeweils angepaßte besondere mehr oder weniger umfangreiche und unhandliche Vorrichtungen schaffen müssen.

Es ist ferner bekannt, bei hohen Stoßbelastungen, wie sie beispielsweise in Walzwerken, beim Schweißen usw. vorkommen, Generatoren mit Schwungmassen zu verwenden, bei denen die notwendige mechanische Energie ganz oder teilweise der Schwungmasse entnommen wird. Dies hat jedoch seine Grenzen darin, daß bei Verwendung solcher Generatoren für den erreichbaren Energiestoß eine Grenze durch den zur Verfügiung stehenden Eisenquerschnitt und durch die magnetische Feldsättigung gesetzt war. Durch solche bisher verwendeten und an sich bekannten Generatoren mußte für die Umwandlung der mechanischen Energie in die gewünschte elektrische zu Geräten Zuflucht genommen werden, die unhandlich sind. Man hat beispielsweise versucht, hier mit Kondensatoren zu arbeiten. Eine solche Vorrichtung ist recht unhandlich und bedarf gewisser Zeiten zur Speicherung.

Solche Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Es wird erfindungsgemäß die Häufigkeit des· Pol- bzw. des Feldwechsels eines Stromerzeugers dazu benutzt, den in der

Zeiteinheit übertragbaren Energiewert zu erhöhen. Ist beispielsweise bei dem Wechselstromgenerator ein bestimmter Gesamtfeldfluß vom Läufer zum Ständer und zurück erzielbar, so wird bei jedem Polwechsel ein elektrischer Energiestoß induziert, der der Größe des Gesamtfeldflusses entspricht. ■ Durch Erhöhung der Drehzahl des Läufers bzw. Vermehrung der Polzahl wird die ίο Häufigkeit des Feldwechsels und damit die 'Frequenz des induzierten Wechselstromes erhöht.

Die Erfindung macht sich die an sich bekannten Mittel nutzbar, um zunächst den Energiewert zu steigern. Da nun aber die bisher gebräuchlichen Hochfrequenzmaschinen, wie man sie beispielsweise bei der drahtlosen Telegraphie benutzt, bei Kurzschluß und bei" angepaßter Belastung keine besonders hohen Energiestöße hergeben, wird das Erregerfeld eines Energiestoßgenerators nach der Erfindung mit einer ganz extrem hohen, felderzeugenden Amperewindungszahl ausgerüstet, um einer Rückwirkung von Seiten der Generatorwicklung entgegenzuwirken. Solche Felderregeranordnungen lassen sich auch bei besonders hohen Polzahlen unschwer herstellen. Den verschiedenen Einflüssen der Feldstreuung wird konstruktiv begegnet. Unter Mittel- und Hochfrequenzen werden im Sinne der Erfindung Frequenzen über 50 Per./Sek. bis 100 000 Per./Sek. verstanden, ' wobei vorzugsweise 300 bis 10 000 Per./Sek. * bei der Erfindung angewendet werden. Diese zunächst beschriebenen und auf den verschiedenen Gebieten der Elektrotechnik an sich bekannten Mittel werden miteinander und mit einem an sich bekannten Mittel zur Speicherung mechanischer Energie, z. B. einem Schwungrad oder einer Anbringung größerer Massen, im Rotor vereinigt, wobei die Um-. setzung der mechanischen Energie in elektrische magnetisch-induktiv im Zusammenwirken der vorgenannten Mittel bewirkt wird:

Weiterhin nimmt die Erfindung besondere Rücksicht auf die; hohen Reaktanzverluste bei der Weiterleitung und Verwendung solcher hochfrequenter elektrischer Energiestöße, die mit steigender Frequenz ein starkes Abfallen der Spannung zur Folge haben. Erfindungsgemäß werden Hochfrequenzgeneratoren mit möglichst hoher Spannung bei entsprechend geringen Stromstärken verwendet, wobei durch Verlegen der Hin- und Rückleitungen dicht beieinander und schließlich durch Unterteilung der einzelnen Leiter in verschiedene Stromzweige und durch Vermeidung def Verlegung in der Nähe von Eisenteilen die Reaktanzverluste verringert werden. Werden an der Arbeitsstelle, beispielsweise bei Widerstandsschweißungen, besonders hohe Stromstärken und geringe Spannung verlangt, so wird abwärts transformiert, wobei jedoch unter Vermeidung von Leitungen die Elektroden oder anderen Anschlüsse unmittelbar an den Enden der Sekundärwicklung angeschlossen oder die Nutzwiderstände als Teil der Sekundären oder an Stelle derselben um das Feldeisen herum angeordnet werden.

Diese Kombination von an sich zum Teil und für andere Zwecke bekannten Mitteln ergibt ferner die Möglichkeit, unter Verwendung nur sehr geringer Eisen- und Kupfergewichte bei der Transformierung verhältnismäßig hohe Leistungsstöße zur Wirkung zu bringen, so daß der entsprechende Apparat von Hand gehalten und betätigt werden kann. So können beispielsweise Punktschweißungen von Metallen mit großer Leitfähigkeit, Aluminium, Kupfer u. dgl., mit Hilfe eines Handapparates selbst bei größeren Werkstoffstärken nach dem Doppelpunktverfahren durchgeführt werden. Das so beschriebene Verfahren zur Erzeugung von Energiestößen kann nun neben den schon erwähnten Verwendungsgebieten auch zur Erlangung besonders hoher Temperaturen für chemische und metallurgische Prozesse verwendet werden, da man Temperaturen wird erzeugen können, die mit den bisher bekannten Verfahren nicht zu erreichen waren.

Hierzu wird der Strom zur Erregung des Induktors durch Zeitschalter, Automaten o. dgl. zeitlich begrenzt, so daß eine bestimmte Energiemenge in kürzester Zeit umgesetzt und Wärmeverluste etwa durch Leitung oder Strahlung auf ein Zeitminimum beschränkt werden.

Weiterhin wird bei dem Verfahren eine genaue Dosierung der Energiestöße vorgesehen, so daß jeder zu leistenden Arbeit genau geregelte Energiestöße zur Verfügung stehen. Neben solchen an sich bekannten Mitteln, wie Zeitautomaten, Maximalstromrelais im Arbeitsstromkreis, ist erfindungsgemäß eine Regelung des Generators vorgesehen, so daß die Frequenz und Sekundärspannung verändert werden kann. Ferner wird die Schwungmasse, das polare Tragheitsmoment, der umlaufenden Anordnung und die Erregung des Wechselstromgenerators durch Ändern der Stromstärke des Erregerstromes geändert. Einzelne oder mehrere dieser Mittel oder alle können angewendet werden. Trotz Anwendung von Hochfrequenz bei verhältnismäßig hoher Eisensättigung bleibt die Erwärmung der Maschinenteile in erträglichen Grenzen, weil nur mit außerordentlich kurzzeitigen Belastungen gerechnet zu werden braucht. Es ist deshalb auch zweckmäßig, die Erregung des Genera-

tors möglichst nicht für längere Zeit einzuschalten, sondern, die Dosierung bereits auf der Erregerseite Vorzunehmen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Abb. ι ist eine schaubildliche Darstellung der Anlage.

Abb. 2 und 3 sind schaubildliche Darstellungen von Transformatoren, die einen Teil der Anlage bilden und besonders, geeignet sind, einen sehr kleinen handlichen Doppel¹ punktschweißapparat zu bilden.

α ist der Antriebsmotor, der seinen Antrieb von einer Stromquelle erhält und über-die in den Lagern e gelagerte Welle b mit dem Generatorpolrad d und einer zusätzlichen Schwungmasse/ verbunden ist. Eine Kupplung c kann vorgesehen sein. Das Polrad d

ao kann beispielsweise als Zahnläufer hergestellt sein, dessen Erregerwicklung aus Einzelpolen oder Zickzackwicklung (Mäanderband) bestehen kann. Der Ständer g besitzt Nuten in gleicher Teilung wie der Läufer mit einer entsprechenden Generatorwicklung m. Der Erregerstrom wird im Läufer d über die Schleifringe h, die Bürsten i und den Unterbrecher / von der Stromquelle k aus zugeführt. Selbstverständlich können auch andere im Hochfrequenzmaschinenbau bekannte Anordnungen gewählt werden, insbesondere solche, bei denen die Erreger- und Generatoranordnung feststehen, während eiserne Leitstücke zwischen ihnen zwecks Erzeugung der FeIdwechsel hindurchbewegt werden. Die Erregerwicklung ist besonders stark überbemessen und regelbar eingerichtet,, so daß die Felderregung je nach der beabsichtigten Verwendung der Energiestöße geändert werden kann.

Der induzierte Hoch- oder Mittelfrequenzwechselstrom wird über die Leitungen η einem Transformator mit der Primärwicklung o, dem Eisen p und der Sekundärwicklung q zugeführt. Der transformierte Strom wird bei-

+5 spielsweise bei Benutzung der Vorrichtung zum Punktschweißen den Elektroden r zugeführt. Je nach dem Verwendungszweck der im Betrieb erzeugten Energiestöße kann der oben beispielsweise beschriebene Transformator gegen anders gestaltete ausgewechselt werden. Der Transformator kann "beispielsweise auch so beschaffen sein, daß zum Zwecke der Umwandlung der Energie in Wärme der Sekundärkreis durch Umlegen des zu erhitzenden Werkstoffes um das Eisen durch diesen ersetzt werden kann. Es ist selbstverständlich, daß mit diesen angegebenen Ausführungsbeispielen die Art und Beschaffenheit der Transformatoren nicht erschöpft ist und sonst für besondere Zwecke besonders hergestellte und eingerichtete Transformatoren als Ergänzung der Gesamtanordnung benutzt werden können.

Schon- für die Zwecke des Doppelpunkt- _. schweißenssitid in der Abb. 2 und 3 zwei weitere ATisführungsformen des angeschlossenen Transformators dargestellt, und zwar solche, die zur Erzeugung besonders niedriger Sekundärspannungen geeignet sind. In Abb. 2 ist der Eisenquerschnitt p in drei Teile 1, 2, 3 unterteilt, die eine gemeinsame Primärwicklung 0 besitzen. Auf der Sekundärseite befinden sich die einzelnen parallel geschalteten Schleifen q, die zu den Elektroden führen. Nach Abb. 3 ist eine Ausführungsform gewählt, bei der der Eisenweg nicht in seiner Gesamtheit unterteilt ist. Die Eisenbleche besitzen Bohrungen oder Schlitze s, durch die die Sekundärschleifen hindurchgeführt sind. Bei diesen Ausführungsbeispielen und allgemein nach der Erfindung schließen die Elektroden o. dgl. unmittelbar an die Sekundärwicklung an oder bilden unter entsprechender Abwandlung der mechanischen Ausführungsform die Sekundäre oder einen Teil derselben.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von extrem hohen, kurzzeitigen Energiestößen, insbesondere zum Schweißen, dadurch gekennzeichnet, daß' unter Zuhilfenahme von

- Mittel- oder Hochfrequenzstromerzeugern bei gleichzeitiger starker Überbemessung der Felderregung des Stromerzeugers die in umlaufenden Schwungmassen gespeicherte mechanische Energie magnetischinduktiv in extrem hohe Energiestöße bei regelbarer Drehzahl der Schwungmassen und regelbarer Felderregung kurzzeitig umgewandelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 'daß der regelbare Strom zur Erregung des Stromerzeugers durch Zeitschalter o. dgl. zeitlich begrenzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur kurzzeitigen Erregung des Stromerzeugers notwendige Energiestoß ebenfalls der um- nc laufenden Masse des Energiespeichers entnommen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmassen in bezug auf das Schwungmoment regelbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zur Ausführung von Widerstandsschweißungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfr.eimejj^scli.weißtransfojnjatQr^unmittelbar mit den Elektroden

"verbunden und als Handgerät mit Hand-

haben und Schalter zur Auslösung der Energiestöße ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5) dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzschweißtransformator einen unterteilten Eisenkern besitzt und einzelne Leiterschleifen jeweils nur einen Teil des Eisenquerschnittes umfassen und parallel geschaltet unmittelbar in die Elektroden münden.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen