DE646128C - Transformatoraggregat fuer die elektrische Lichtbogenschweissung - Google Patents

Description

Transformatoren für Schweißzwecke werden vielfach in der Weise ausgeführt, daß zwischen den auf den Schenkeln nebeneinander angeordneten Wicklungen (Primär- und Sekundärwicklung) ein Streusteg mit regelbarem Luftspalt angeordnet ist und daß die Stärke des Schweißstromes durch Verschieben des Eisenteils des Streusteges geregelt wird. Hierbei ergibt sich aber der Nachteil, daß die Zündspannung sich mit der Regelung in dem Sinne ändert, daß sie bei kleinem Schweißstrom kleiner ist als bei großem. Das hat aber zur Folge, daß die Zündung des Lichtbogens bei kleinem Schweißstrom unsicher ist und die Einrichtung in vielen Fällen versagt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man bereits die Primär- oder Sekundärwicklung des Schweißtransformators mit Anzapfungen versehen und bei kleinem Schweißstrom eine Ab- bzw. Zuschaltung von Primär- bzw. Sekundärwindungen vorgenommen. Aber dieses Verfahren ist umständlich und erfordert neben einer komplizierten Wicklungsanordnung die Bedienung verschiedener Einrichtungen, nämlich neben der Regeleinrichtung des Luftspaltes einen Umschalter für die Sekundärwicklung. Um ferner den Schweißstromkurzschluß auf kleinste Werte herabzusetzen, also den Strombereich der Regelung nach unten zu vergrößern, wurde zusätzlich noch eine abschaltbare Drosselspule in den Sekundärstromkreis geschaltet, welche beim Schweißen mit großen Strömen wieder abgeschaltet wurde.

In bedeutend einfächerer Weise lassen sich aber die gewünschten Vorteile, nämlich die höhere Zündspannung bei kleinerem Schweißstrom und die Erzielung eines größeren Regelbereiches des Schweißstromes mit Hilfe eines verhältnismäßig kleinen Zusatztransformators, erreichen, und es ist Gegenstand der Erfindung, ein Transformatoraggregat für Lichtbogenschweißung, bei welchem ein den Schweißstrom liefernder Haupttransformator, der einen Streusteg mit regelbarem Luftspalt besitzt, mit einem Zusatztransformator kombiniert ist, der ebenfalls einen Streusteg besitzt und dessen Sekundärwicklung mit der des Haupttransformators in Reihe geschaltet ist, während seine Primärwicklung parallel zu der des Haupttransformators angeschlossen ist, und bei dem Einrichtungen vorgesehen sind, welche den Streusteg des Haupttransformators und den Streusteg oder — im Hauptkraftlinienweg auf der Sekundärseite liegende — bewegliche Eisenteile des Zusatztransformators derart zum Regeln des Schweißstromes und der Zündspannung verschieben, daß sich das Verhältnis der Widerstände vom Streuweg und auf der Sekundärseite des Transformators liegendem Teil des Hauptkraftlinienweges beim Haupt- und beim Zusatztransformator in umgekehrtem Sinne ändert.

Der Erfindungsgegenstand kann in verschiedener Weise ausgeführt werden. So kann beispielsweise beim Zusatztransformator ein Streusteg mit regelbarem Luftspalt vorgesehen sein. In diesem Falle können die Eisen-

teile der Streuwege beider Transformatoren derart verschoben werden, daß einer Verkleinerung des Streuwegwiderstandes im Haupttransformator eine Vergrößerung des Streuwegwiderstandes im Zusatztransformator entspricht. Würde man nun bei diesen^· Aggregat dem Eisenkern des Zusatztransfor- '· mators in üblicher Weise einen kleinen magnetischen Widerstand geben, dann würde ίο er bei offenem Streuweg bei Belastung in der Spannung unnachgiebig sein, also sich bei kleinen Schweißströmen entgegengesetzt verhalten wie der Haupttransformator, dessen Streuweg gerade kurzgeschlossen ist und dessen Sekundärspannung unter Wirkung des Belastungsstromes zusammenbricht. Es ist daher vorteilhaft, den magnetischen Widerstand des Eisenkernes des Zusatztransformators auf der Seite der Sekundärwicklung durch Einfügung eines Luftspaltes etwas zu erhöhen und den Widerstand des Streuweges in der Offenstellung so zu wählen, daß sich das Feld bei Leerlauf hauptsächlich durch das Transformatoreisen schließt, daß sich aber bei Belastung ein großer Streufluß einstellt. Bei dieser Ausbildung des Kraftlinienweges besteht nur bei Leerlauf die Zusatzspannung in voller Höhe, bei Belastung fällt sie stark ab, so daß sich das Verhalten des Zusatztransformators dem des Haupttransformators angleicht. Da eine enge Beziehung zwischen der Regelung der Streuwege beider Transformatoren besteht, indem der eine geschlossen, wenn der andere geöffnet wird, und umgekehrt, lassen sich die Streuwege durch einen gemeinsamen Eisenteil regeln, und zwar derart, daß sich der Eisenteil dem Streuweg des einen Transformators nähert, wenn er sich vom Streuweg des anderen Transformators ♦o entfernt. Hierbei kann der verschiebbare Teil des Streusteges nach Art eines offenen Rahmens ausgebildet sein, der einen Schenkel des Haupttransformators umfaßt und dessen Verschiebung so erfolgt, daß beide Schenkel +5 des Haupttransformators in der einen Endlage des Rahmens gegenüberliegende Rahmenseiten innig berühren. Die Rahmenseite, welche dabei die dem Transformatorfenster abgekehrte Seite des Schenkels berührt, kann so dazu dienen, in der anderen Endlage den Streuweg des Zusatztransformators kurzzuschließen, so daß also die Regelung beider Streuwege durch eine einzige Maßnahme, nämlich die Verschiebung eines gemeinsamen Eisenteils, erfolgt. Die Höhe der zusätzlichen Sekundärspannung kann so gewählt sein, daß der bei kleinem Schweißstrom auftretende erhöhte Leerlaufspannungsabfall gerade ausgeglichen wird. Vorteilhafter aber ist es, die Zusatzspannung so zu wählen, daß sie die Sekundärspannung des Aggregates bei kleinem Schweißstrom um einen solchen Betrag erhöht, daß eine sichere Zündung des Lichtbogens erfolgt.

In anderer ebenfalls sehr vorteilhafter Weise kann der Erfindungsgegenstand in der ·-■ Weise ausgebildet sein, daß der Zusatztransformator einen festen Streusteg mit relativ kleinem Luftspalt besitzt und daß die Regelung des Widerstandsverhältnisses zwischen Streuweg und dem auf der Sekundärseite dieses Transformators liegenden Teiles des Hauptkraftlinienweges durch Verschieben eines den Hauptkraftlinienweg auf der Sekundärseite schließenden Eisenteiles erfolgt. Auch hierbei kann die Anordnung der bewegten Eisenteile beider Transformatoren so getroffen werden, daß sie von einer gemeinsamen Verstellvorrichtung betätigt werden. In zweckmäßiger Weise erfolgt die Verschiebung der Eisenteile in der Art, daß beim Zusatztransformator der verschiebbare Eisenteil den offenen Kraftlinienkreis in der Lage unmittelbar schließt, in welcher beim Haupttransformator der verschiebbare Eisenteil des Streusteges die beiden Schenkel magnetisch kurzschließt, ihn aber öffnet, wenn durch Verschieben des zugehörigen Eisenteiles der Streuweg des Haupttransformators geöffnet wird. Diese Ausführungsform und Regelung 9<> des Zusatztransformators hat vor der erstgenannten (mit regelbarem Streuweg) den Vorteil, daß bei großem Schweißstrom eine Drosselung des Stromes durch die Sekundärwicklung des Zusatztransformators vermieden wird und daß bei kleinem Schweißstrom auch der Zusatztransformator mit großer Streuung arbeitet, so daß der Regelbereich des Schweißstromes durch dieEinfügung des Zusatztransformators in keiner Weise eingeschränkt wird. Dieser Transformator dient somit lediglich dem Zweck, die Zündspannung für kleine Schweißströme heraufzusetzen.

Die Erfindung sei an Hand der Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

In Fig. ι bedeutet N_w ein Wechselstromnetz, an welches die Primärwicklungen P₁ und P₂ der beiden Transformatoren T₁ und T_t parallel angeschlossen sind. T₁ stellt den Haupt-, T₂ den Zusatztransformator dar. Q₁ ist die Sekundärwicklung des Haupttransformators, Q₂ die zu jener in Reihe geschaltete Sekundärwicklung des Zusatztransformators. Die Schenkel I und II des Haupttransformators sind in der gezeichneten Stellung des Streusteges R magnetisch überbrückt. Der Transformator besitzt also gerade die höchste Streuung und liefert dabei den kleinsten Schweißstrom. Im Gegensatz hierzu ist der aus den Schenkelfortsätzen S, S gebildete Streusteg des Zusatztransformators durch

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Entfernung des Schlußteiles R₂ geöffnet. Da aber die Öffnung O" größer ist als die Summe der beiden in das Transformatoreisen auf der Seite der Sekundärwicklung eingefügten Schlitze 0', so geht der Hauptteil des Kraftflusses des-Zusatztransformators bei Leerlauf durch das von der Sekundärwicklung Q₂ umfaßte Eisen und induziert in der Sekundärwicklung eine Zusatzspannung E₂, die aber ίο bei Belastung wegen des immer noch vorhandenen Streuweges S-S zusammenbricht. Als Spannungscharakteristik ergibt sich somit für diese Stellung der Streustege der Kurvenverlauf der Kurve A der Fig. 2, aus welcher t5 auch die Größe der Sekundär spannung E₂ von Q₁ und der in Q₂ induzierten Zusatzspannung E₂ ersichtlich ist. Ändert man die Lage der Streustege so, daß der Stegi?₂ die Fortsätze S, S überbrückt, während der Rahmen T^₁ so verschoben wird, daß er keine Brücke zwischen den Schenkeln I und II herstellt, dann kommt die Zusatzspannung E₂ in Fortfall, und es ergibt sich ein Kurvenverlauf B der Fig. 2. Hierbei wirkt die Wicklung Q₂ als Drossel und beschränkt die Größe des Kurzschlußstromes Ij_{1 max} auf den gewünschten Wert.

Eine besonders günstige Ausgestaltung des Aggregates zeigt Fig. 3. Der verschiebbare, beiden Streuwegen gemeinsame Eisenteil R hat die Form eines offenen Rahmens, der den Schenkel II des Haupttransformators T₁ umfaßt und durch die Spindel U mit Hilfe des Handrades H parallel verschoben werden kann. Seine Abmessungen sind so gewählt, daß er in der linken Endlage die beiden Schenkel I und II magnetisch kurzschließt. In der anderen Endlage, also nach rechts verschoben, schließt eine Rahmenseite die Schenkel des Zusatztransformators T₂ magnetisch kurz. So wird durch ein und dieselbe Einrichtung gleichzeitig der eine Streuweg geöffnet, der andere geschlossen.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Fig. 4 bis 6. In diesen Figuren ist die Bedeutung der Buchstaben die gleiche wie in den Fig. 1 und 3. Die Anordnung der Fig. 4 unterscheidet sich von der der Fig. 1 durch die Art der Regelung des Zusatztransformators T₂. Während in Fig. 1 sich das Schluß stück des Hauptkraftlinienweges auf der Sekundärseite des Zusatztransformators unter Einhaltung eines kleinen Luftspaltes in fester Lage befindet und die Regelung durch Verschieben des Streuwegteiles R₂ erfolgt, sind in Fig. 4 die Streuwegteile Sj S bis auf einen kleinen Luftspalt O" aneinandergerückt, und es findet keine Regelung des Streuweges statt. Dafür wird aber der Schlußteil / verschoben und der Luftspalt O' zwischen ihm und den Schenkeln des Transformatoreisens verändert. Hierbei erfolgt die Regelung des Kraftlinienweges in beiden Transformatoren derart, daß der Widerstand des Streuweges im Haüpttransformator T₁ durch Verschieben des Streusteges R₁ stets im gleichen Sinne geändert wird wie der Widerstand des Hauptkraftlinienweges im Zusatztransformator T₂ durch Verschieben des Schlußstückes /. Berührt der Streusteg R₁ die Schenkel I und II des Haupttransformators, dann soll auch das Schlußstück / die Schenkel des Zusatztransformators unmittelbar· magnetisch leitend miteinander verbinden.

Man kann nun die beweglichen Teile beider Transformatoren mechanisch so miteinander verbinden, daß sie von der gleichen Verstellvorrichtung betätigt werden. In Fig. S sind / und R₁ durch die Verbindungsstangen D, D so miteinander verbunden, daß die vom Handrad H betätigte Spindel U beide Eisenteile gleichzeitig im gewünschten Sinne verschiebt. Mit B₁, B₂ sind Wicklungen auf den Schenkeln des Haupttransformators, mit B, B dagegen Wicklungen auf den Schenkeln des Zusatztransformators bezeichnet.

Fig. 6 veranschaulicht eine weitere Vereinfachung der Konstruktion, indem das den Streuweg des Haupttransformators regelnde rahmenförmige Eisenstück R₁ gleichzeitig als Schlußstück für den Hauptkraftlinienweg des Zusatztransformators T₂ benutzt wird. Der durch ausgezogene Linien dargestellte Rahmen R₁ befindet sich in der Lage, in welcher das größte Streufeld besteht, der Schweißstrom also den kleinsten Wert besitzt. Die gestrichelten Linien kennzeichnen die Lage des Rahmens, in welcher sowohl der Streuweg von T₁ wie der Hauptkraftlinienweg von T₂ offen sind, in welcher also der Schweißstrom seinen größten Wert annimmt.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Transformatoraggregat für die elektrische Lichtbogenschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schweißstrom liefernder Haupttransformator, der einen Streusteg mit regelbarem Luftspalt besitzt, mit einem Zusatztransformator kombiniert ist, der ebenfalls einen Streusteg besitzt und dessen Sekundärwicklung mit der des Haupttransformators in Reihe geschaltet ist, während seine Primärwicklung parallel zu der des Haupttransformators angeschlossen ist, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche den Streusteg des Haupttransformators und den Streusteg oder — im Hauptkraftlinienweg auf der Sekundärseite liegende iao-— bewegliche Eisenteile des Zusatztransformators derart zum Regeln des Schweiß-

   stromes und der Zündspannung verschieben, daß sich das Verhältnis der Widerstände vom Streuweg und auf der Sekundärseite des Transformators liegendem Teil des Hauptkraftlinienweges beim Haupt- und beim Zusatztransformator in umgekehrtem Sinne ändert.
2. 2. Transformatoraggregat nach Anspruch i, bei dem beide Transformatoren

   ίο regelbare Streustege besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand des Eisenkernes des Zusatztransformators auf der Seite der Sekundärwicklung so weit erhöht ist, daß auch bei offenem Streu weg sich ein erheblicher Teil des Kraftflusses durch den Streuweg schließt.
3. 3. Transformatoraggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuwege beider Transformatoren durch einen gemeinsamen Eisenteil geregelt werden, derart, daß sich der Eisenteil dem Streuweg des einen Transformators nähert, wenn er sich vom Streuweg des anderen Transformators entfernt.
4. 4. Transformatoraggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare, beiden Streuwegen gemeinsame Eisenteil die Form eines offenen Rahmens hat, der einen Schenkel des Haupttransformators umfaßt und dessen Abmessungen so gewählt sind, daß er in der einen Endlage die beiden Schenkel des Haupttransformators magnetisch kurzschließt, während in der anderen Endlage eine Rahmenseite die Schenkel des entsprechend aufgestellten Zusatztransformators magnetisch kurzschließt.
5. 5. Transformatoraggregat nach Anspruch i, bei dem der Zusatztransformator einen festen Streusteg mit relativfkleinem Luftspalt und einen im Hauptkraftlinienweg auf der Sekundärseite liegenden beweglichen Eisenteil besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zusatztransformator der verschiebbare Eisenteil den offenen Kraftlinienkreis unmittelbar schließt, wenn beim Haupttransformator der verschiebbare Eisenteil des Streusteges die beiden Schenkel magnetisch kurzschließt, ihn aber öffnet, wenn durch Verschieben des zugehörigen Eisenteils der Streuweg des Haupttransformators geöffnet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   BERLIN. GEnKLCKT IN I>KK