DE679292C

DE679292C - Einrichtung zur Lichtbogenschweissung mittels ruhrnder Gleichrichter

Info

Publication number: DE679292C
Application number: DES107106D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1932-11-22
Filing date: 1932-11-22
Publication date: 1939-08-02

Description

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AUSGEGEBEN AM
2. AUGUST 1939

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21h GRUPPE 30 is

S ΐογίοό VHIcJ2ih

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. November 1932 ab
Patenterteilung bekanntgemacht am 13. Juli 1939

Bei der elektrischen Lichtbogenschweißung ist es notwendig, den beim Kurzschluß auftretenden Strom zu begrenzen. Außerdem muß die Spannung zum sicheren Zünden hoch genug gewählt werden. Wenn die Leerlaufspannung gleich der Zündspannung ist, entsteht die Schwierigkeit, daß sie mit Rücksicht auf die Gefährdung des Bedienungspersonals der Schweißanlage möglichst niedrig, mit Rücksicht auf ein sicheres Zünden aber hoch genug gewählt werden muß. Diese Schwierigkeit wurde bei rotierenden Maschinen durch die Verwendung des Querfeldprinzips behoben, bei dem die Leerlaufspan-η ti ng und die Zündspannung verschieden hoch gewählt werden können, da die Maschine im Leerlauf lediglich eine der Remanenz entsprechende niedrige Spannung aufweist und sich erst beim Zünden, d. h. mit dem Einsetzen des Stromes auf die Zündspannung erregt.

Neuerdings hat man vorgeschlagen, den Schweißstrom nicht durch rotierende Maschinen, sondern durch Umformung des dem Netz entnommenen Wechselstromes in ruhenden Gleichstrom zu erzeugen. Die Erfindung löst die Aufgabe, bei derartigen über Gleichrichter gespeisten Einrichtungen zur Lichtbogenschweißung mit einfachen und betriebssicheren Mitteln die angegebenen Bedingungen für die Leerlaufspannung, die Zündspannung und den Kurzschlußstrom zu erfüllen. Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck eine in dem Wechselstromkreis des Gleichrichters liegende Induktivität mit zwei Vormagnetisierungswicklungen ausgerüstet, von denen die eine von einem Strom durchflossen wird, der von dem Schweißstrom abhängt, während der Strom in der anderen von der Schweißspannung abhängt. Weiterhin wird die Anordnung so getroffen, daß für die Größe des Stromes in der einen Vormagnetisierungswicklung noch eine konstante Vergleichsgröße maßgebend ist. Die Vorzeichen der Vormagnetisierungsströme werden dabei so gewählt, daß die dem Gleichrichter zugeführte Wechselspannung sowohl im Leerlauf als auch bei Kurzschluß stärker gesenkt wird als beim Brennen des Lichtbogens. Sowohl bei Leerlauf als auch bei Kurzschluß ist dann der Eisenkern der in dem Wechselstromkreis liegenden Induktivität ungesättigt, während er im Augenblick des Zündens stark gesättigt wird.

Die Begrenzung des Kurzschlußstromes kanu auch dadurch herbeigeführt werden, daß die Kühlung des Gleichrichters geändert wird. Man kann beispielsweise in Abhängigkeit vom Schweißstrom den Kühlventilator so betätigen, daß bei Kurzschluß infolge ge-

ringer Kühlung der Spannungsabfall im Gleichrichter steigt und dadurch der Kurzschlußstrom verringert wird.

Es ist für die Erfindung nebensächlich, ob besondere Drosselspulen angeordnet werden oder ob der Transformator zusätzliche Wicklungen erhält. Es ist vorteilhaft, die Schaltung der Wicklungen so vorzunehmen, daß die Oberwellen des Schweißstromes möglichst ίο geglättet und auch keine zusätzlichen Oberwellen durch Transformation hervorgerufen werden. Hierdurch läßt sich eine besondere Glättungsdrosselspule ersparen.

Die Erfindung ist nicht auf Lichtbogenschweißung beschränkt, sie kann auch beispielsweise beim Lichtbogenschneiden angewendet werden.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt die Anordnung bei, Verwendung eines Trockengleichrichters, Fig. 2 bei Verwendung eines Quecksilberdampfgleichrichters. Die Ausführungsbeispiele sind der Einfachheit halber nur für Anschluß an Einphasenstrom gezeichnet, bei Anschluß an Mehrphasenstrom ist die Schaltung sinngemäß anzuwenden.

In Fig. ι ist 1 der Schweißgleichrichter, dargestellt als Trockengleichrichter in Graetzschaltung, der über den Transformator 2 und die Drosselspule 3 an das Wechselstromnetz UV angeschlossen ist. Die Drosselspule 3 hat neben ihrer Hauptwicklung 4 noch zwei weitere Wicklungen 5 und 6, von denen die Wicklung 5 vom Schweißstrom durchflossen wird. Die Wicklung 6 liegt an der Differenz der Spannungen des Schweißgleichrichters I und einer konstanten Gleichspannung, die hier als Hilfsgleichrichter 7 dargestellt ist, der über einen Hilfstransformator 8 an das Netz UV angeschlossen ist. Erforderlichenfalls kann parallel zur Primärwicklung des Transformators 2 eine Drosselspule 9 angeordnet werden. 10 ist der Schweißlichtbogen. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Bei Leerlauf ist die Wicklung 5 stromlos, ebenso die Wicklung 6, da die Spannung des Hilfsgleichrichters 7 so gewählt wird, daß sie gleich der Leerlaufspannung des Schweißgleichrichters 1 wird. Die Drosselspule 4 besitzt daher keine Vormagnetisierung und bewirkt einen starken Spannungsabfall, so daß die Spannung am Transformator 2 gering ist. Wird jetzt durch Berührung des Werkstückes mit der Elektrode gezündet, so bewirkt der hierbei entstehende Kurzschlußstrom eine Erregung der Wicklung 5 der Drosselspule 3. Ferner fällt die Spannung am Schweißgleichrichter ι nahezu auf Null, so daß in der Wicklung 6 ein Strom durch den Gleichrichter 7 erzeugt wird, der die umgekehrte Magnetisierung wie die Wicklung 5 bewirkt, so daß'sich die vormagnetisierenden Wirkungen der Wicklungen der Spulen 5 und 6 der Drosselspule nahezu aufheben. Es wird also auch im Augenblick des Kurzschlusses der Elektrode die Drosselspule voll zur Wirkung kommen und ein übermäßiges Ansteigen des Kurzschlußstromes verhindern. Wird jetzt der Lichtbogen durch Entfernen der Elektrode vom Werkstück gezündet, so steigt die Spannung am Schweißgleichrichter 1. Die den Strom in der Wicklung 6 treibende Gleichspannung wird dadurch verringert bzw. schließlich umgekehrt und entsprechend der Spannungssteigerung am Gleichrichter 1 die Wirkung der Vormagnetisierungswicklung 5 nicht mehr aufgehoben bzw. schließlich verstärkt. Dadurch wird der Spannungsabfall an der Drosselspule 3 kleiner, und die Transformatorspannung steigt, so daß die für die Zündung erforderliche Gleichspannung ebenfalls erhöht wird.

In Fig. 2 ist 11 der Schweißgleichrichter (dargestellt als Quecksilberdampfgleichrichter), der über den Transformator 12 und über eine Drosselspule 13 aus dem Netz UV gespeist wird. Die Drossel 13 hat außer ihrer Hauptwicklung 14 zwei Wicklungen 15, 16. Die Wicklung 16 liegt an der Schweißspannung. Die Wicklung 15 liegt an einer Gleichspannung, die von einem Hilfsgleichrichter 17 geliefert wird, der über eine Drosel iS an die Netzspannung angeschlossen ist. Der Spannungsabfall in der Hauptspule 19 dieser Hilfsdrossel 18 wird beeinflußt durch eine im Schweißstromkreis liegende Spule 20 und zwei weitere Hilfswicklungen 21 und 22, die in dem Erregerstromkreis des Gleichrichters 11 liegen. Der Gleichrichter 11 wird von einem Ventilator 23 gekühlt, dessen Motor parallel zum Schweißlichtbogen 24 angeschlossen ist. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:

Bei Leerlauf ist der Strom in der Wicklung 20 der Drosselspule 18 annähernd gleich Null. Die von dem Erregerstrom des Gleichrichters durehflossenen Wicklungen 21 und 22 geben der Drosselspule 18 eine große Vormagnetisierung, so daß der Spannungsabfall in dieser Drosselspule gering ist und daher annähernd die volle Netzspannung an dem Gleichrichter 17 liegt. Infolgedessen wird die Spule 15 von einem großen Magnetisierungsstrom durchflossen. Dieser wirkt der Magnetisierung durch die Spule 16 entgegen, so daß in der Wicklung 14 ein großer Teil der Netzspannung verbraucht wird und die Leerlaufspannung des Schweißgleichrichters nur gering ist. „

Wird jetzt der Gleichrichter durch Berühren des Werkstückes mit der Elektrode

kurzgeschlossen, so hebt der durch die Wicklung 20 fließende Strom die Vormagnetisierung durch die Wicklungen 21 und 22 auf, die Drosselspule 17 ist daher ungesättigt und verkleinert die an dem Gleichrichter 17 liegende Spannung, so daß die Vormagnetisierung durch die Wicklung 15 sehr gering wird. Durch das Kurzschließen der Schweißelektroden wird gleichzeitig die Wicklung 16 kurzgeschlossen, so daß auch bei Kurzschluß die Drosselspule 13 keine Vormagnetisierung besitzt und daher stark spannungsherabsetzend wirkt. Der Kurzschlußstrom wird also ein ' vorbestimmtes Maß nicht überschreiten. Beim Kurzschluß wird auch der Ventilatormotor 23 spannungslos, so daß die Temperatur im Quecksilberdampfgleichrichter ansteigt, der innere Spannungsabfall größer und damit der Kurzschlußstrom kleiner wird.

Erlauben die Verhältnisse eine völlige Abschaltung des A^entilatormotors nicht, kann dieser durch eine besondere Steuerung in Abhängigkeit vom Schweißstrom oder von der Schweißspannung geregelt werden.

Beim Ziehen des Lichtbogens steigt die Spannung an der Wicklung 16 wieder an, während in dem Verhalten der Drosselspule 18 und damit der Magnetisierungsspule 15 keine wesentliche Änderung eintritt. Die Drosselspule 13 wird dadurch stark vormagnetisiert, so daß der von ihr bewirkte Spannungsabfall gering wird und die Spannung am Schweißgleichrichter in die Höhe gesetzt wird.

Die Regelung der Schweißstromstärke erfolgt zweckmäßig durch Änderung der Drosselwirkung der Spulen; man kann z.B. die Windungszahlen der Hilfsspulen ändern, parallel geschaltete Widerstände regeln o. dgl.

Claims

Patentansprüche:

i. Einrichtung zur Lichtbogenschweißung mittels ruhender Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß eine in dem Wechselstromkreis des Gleichrichters liegende Induktivität mit zwei Vormagnetisierungswicklungen ausgerüstet ist, von denen die eine von einem Strom durchflössen wird, der von dem Schweißstrom abhängt, während der Strom in der anderen von der Schweißspannung abhängt, und daß für die Größe des Stromes in der einen Vormagnetisierungswicklung noch eine konstante Vergleichsgröße maßgebend ist und daß die Vorzeichen der Vormagnetisierungsströme so gewählt sind, daß die dem Gleichrichter zugeführte Wechselspannung sowohl im Leerlauf als auch bei Kurzschluß stärker gesenkt wird als beim Brennen des Lichtbogens.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Vormagnetisierungswicklung von dem Schweißstrom, die andere von einem der Differenz zwischen einer konstanten Vergleichsspannung und der Schweißspannung verhältnisgleichen Strom durchflossen wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Vergleichsspannung gleich der im Leerlauf an den Schweißelektroden auftretenden Spannung ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung über einen Hilfsgleichrichter aus dem Wechselstromnetz geliefert wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Vormagnetisierungswicklung an der Schweißspannung liegt, während die andere von einem Strom durchflossen wird, der sich in umgekehrtem Sinne wie der Schweißstrom ändert.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Schweißstrom abhängige Vormagnetisierungsstrom einer Stromquelle konstanter Spannung entnommen und mittels einer Hilfsregeldrossel von dem Schweißstrom beeinflußt wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6 bei Verwendung eines Quecksilberdampfgleichrichters, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Gleichrichters von dem Schweißstrom derart beeinflußt wird, daß sie mit wachsendem Schweißstrom sinkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen