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Transformator für elektrische Lichtbogenschweißung Für das elektrische
Lichtbogenschweißen mit Wechselstrom braucht man bei Stromstärken von über etwa
5o Amp. eine Leerlaufspannung von etwa 6o Volt, bei kleineren Strömen von to bis
5o Amp. dagegen muß die L eerlaufspannung auf etwa 8o bis 9o Volt erhöht werden.
Ferner müssen die Schweißtransformatoren erlauben, Stromwerte von 15 bis etwa zoo
Amp. beliebig einzustellen, den Schweißstrom also etwa im Verhältnis von r : 13
zu ändern.
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Zu diesem Zweck sind ursprünglich Einphasentransformatoren üblicher
Bauart verwendet worden, in deren Sekundärkreis eine regelbare Drosselspule eingeschaltet
wurde. Um eine einfache Drosselspule zur Regelung der Stromstärke -zu haben, hat
man vorgeschlagen, den Eisenkörper der Spule zweiteilig auszubilden und die einen
Enden dieser Teile gelenkartig miteinander zu verbinden, während die andern beiden
Enden einander mehr oder weniger genähert werden konnten und so einen beliebig einstellbaren
Luftspalt bildeten.
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Den Bedürfnissen der Praxis ist man besser entgegengekommen, indem
man später Transformator und Drosselspule zu einem einzigen Apparat vereinigt hat.
Die Regelung der Stromstärke wurde dabei mittels einer Reihe von Anzapfungen an
einer oder mehreren Wicklungen bewerkstelligt. Es sind solche Apparate bekannt,
die den Lichtbogenbedingungen in weitgehendem Maße gerecht werden und bei welchen
mit der Einstellung der Stromstärke zugleich auch eine bestimmte Leerlaufspannung
erreicht wird, und zwar in dem Sinne, daß sich zu kleineren Schweißströmen höhere
Leerlaufspannungen ergeben, zu größeren Strömen dagegen kleinere Leerläufspannungen.
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Da die Entwicklung der Schweißtechnik eine immer feinere Einstellbarkeit
der Schweißströme verlangte und die dazu notwendige sehr große Anzahl Anzapfüngen
die Apparate erheblich teurer und verwickelter gestaltete, ging man 'zu den stufenlos
regelbaren Schweißtransformatoren über. Um eine gedrängte Bauart zu erreichen, ist
ein Einphasentransformator mit einer stufenlos regelbaren Drosselspule zusammengebaut
worden. Bei diesem wie auch bei allen andern bekanntgewordenen Schweißtransformatoren
mit stufenloser Stromregelung wird aber die weiter obenerwähnte richtige Zuordnung
der Leerlaufspannung zu den eingestellten Strömen nicht mehr den Lichtbogenbedingungen
entsprechend erreicht. Bei diesen bekanntgewordenen Vorschlägen wird sogar beim
Regeln der Stromstärke die Leerlaufspannung im verkehrten Sinne beeinflußt, d. h.
mit sinkender Stromstärke sinkt gleichzeitig auch die Leerlaufspannung und umgekehrt.
Um
diese ungünstige Veränderung der Leerlaufspannung in erträglichen Grenzen zu halten,
dürfen dann für die kleinen Schweißströme die einstellbaren Luftspalte nicht klein
gewählt werden. Durch diese Bedingung wird aber die Stromregelbarkeit vom kleinsten
bis zum größten Luftspalt der Drosselspule weitgehend vermindert. Man ist daher
gezwungen, wiederum ein bis zwei Anzapfungen an den Wicklungen vorzusehen und den
von der Praxis verlangten Stromregelungsbereich in zwei bis drei Teilbereiche zu
unterteilen, wobei gleichzeitig auch die Leerlaufspannung mittels Anzapfungen oder
mittels Serie- und Parallelschaltung der Sekundärwicklung für die kleinen Ströme
erhöht wird. Damit einhergeht eine Verteuerung und für die Praxis unangenehme Komplikation.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird sein Transformator für elektrische
Lichtbogenschweißung, der mit einer durch Verändern eines Luftspaltes stufenlos
regelbare Drosselspule zusammengebaut ist, derart ausgebildet, daß gemäß der Erfindung
auf einem Teil des Transformatormagnetkreises die Primär- und Sekundärwicklungen
des Transformators angebracht sind, daß weiterhin für den Transformator- und Drosselkreis
ein gemeinsames Joch vorgesehen ist, dessen Eisenquerschnitt für die Flüsse beider
Kreise bemessen und größer als der Eisenquerschnitt des Transformatorkreises ist,
so wie das im Nebenschluß zum Transformatorkreis ein über einen Luftspalt stufenlos
regelbare Drosselspule mit Eisenkern angeordnet ist, deren Wicklung mit der Sekundärwicklung
des Transformators derart in Reihe geschaltet ist, daß im Leerlauf die in der Drosselwicklung
erzeugte Spannung sich zu der Sekundärspannung hinzuaddiert und demnach für kleine
Schweißströme hohe Leerlaufspannungen und für größere Schweißströme entsprechend
niedrigere Leerlaufspannungen sich ergeben.
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Bei einem derart ausgebildeten Schweißtransformator wird trotz einfachen,
gedrängten Aufbaus und stufenloser Stromregelung zugleich mit der Einstellung der
Stromstärke selbsttätig und ebenfalls stufenlos auch die Einstellung der Leerlaufspannung
erreicht, und zwar ändert sich die Leerlaufspannung in richtiger Weise entsprechend
den Lichtbogenbedingungen, d. h. für kleiner werdende Schweißströme steigt die Leerlaufspannung
an und sinkt mit größer werdenden Strömen. Zudem kann der Luftspalt der regelbaren
Drosselspule ohne Nachteile bis auf Null verkleinert werden, infolgedessen läßt
sich ein derart großer Strombereich vom kleinsten bis zum grölten Luftspalt erzielen,
daß man nicht mehr zu Anzapfungen und Umschaltungen Zuflucht nehmen muß.
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_ Mit kleiner werdendem Luftspalt der Drosselspule werden auch die
Schweißströme stetig kleiner. Gleichzeitig wird aber der im L=eerlauf vom Transformatoreisenkörper
in den Drosselmagnetkreis übertretende magnetische Fluß stetig größer. Es kann somit
bei kleiner werdenden Schweißströmen eine stetig größer werdende resultierende Leerlaufspannung
erzielt werden. Zum Beispiel läßt sich erreichen, daß bei großen Schweißströmen
eine Leerlaufspannung von 6o Volt vorhanden ist und beim Einstellen auf die kleinsten
Schweißströme die Leerlaufspannung sich gleichzeitig, ebenfalls stufenlos und stetig,
auf etwa 85 Volt erhöht.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert. In Abb. r ist mit i der Transforingtorschenkel bezeichnet, derselbe ist
versehen finit der Primärwicklung 4. und der Sekundärwicklung 5. Der mittlere Schenkel
:2 ist dem Transformator- und dem Drosseleisenkörper gemeinsam und ist unbewickelt.
Der Schenkel 3 ist beweglich, z. B. drehbar um eine Achse 6, und ist von der Drosselspule
7 umgeben.
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Iin Leerlauf fließt von Schenkel i ein magnetischer Fluß, der sich,
wie durch Pfeile angedeutet, auf die Schenkel 2 und 3 verteilt, und zwar im umgekehrten
Verhältnisse der magnetischen Widerstände der beiden Wege. Die Sekundärwicklung
5 ist mit der Drosselspulenwicklung 7 in Reibe geschaltet, derart. daß im Leerlauf
der von Schenkel i durch Schenkel 3 fließende magnetische Fluß in der Drossel ?
eine Spannung induziert, die sich zur Sekundärspannung der Wicklung 5 in positivem
Sinne addiert. Je kleiner der Luftspalt 8, um so größer ist im Leerlauf ii: Säule
3 der Fluß von Säule i her und uni so größer ist somit auch die in der Wicklung
7 induzierte zusätzliche Spannung.
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Der Verlauf dieser Zusatzspannung in Wicklung 7 kann beeinflußt werden
sowohl durch entsprechende Formgebung der beiden den Luftspalt 8 bildenden Pole
als auch durch Verändern des magnetischen Widerstandes der Säule 2 und damit der
durch die Säule 2 fließenden Flußkomponente. Während im Leerlauf der von der auf
dem Schenkel i sitzenden Primärspule erzeugte Fluß die Schenkel 2 und 3 im gleichen
Sinne durchfließt, kehrt sich beim Schweißen die Flußrichtung in Säule 3 um und
schließt sich durch den Schenkel 2, denn auf dem Schenkel 3 sitzt die in Reihe mit
der Sekundärwicklung liegende Drosselwicklung, die infolge ihrer hohen Induktivität
eine nahezu go° betragende Phasenverschiebung des Sekundärstromes hervorruft,
so
daß der durch diesen Strom erzeugte und in Phase liegende Magnetfluß beinahe i8o°
Phasenverschiebung aufweist gegenüber dem Transformator-Magnetfluß im Schenkel i.
Der OOuerschnitt des Schenkels 2 muß deshalb so bemessen sein, daß er die Summe
der magnetischen Flüsse von Schenkel i und 3 während des Schweißens aufnehmen kann.
Da bei dieser Schaltung der im Leerlauf durch den Schenkel 3 fließende magnetische
Fluß gewollt und nützlich ist, kann der Luftspalt für die - schwachen Schweißströme
bis auf o verkleinert werden.
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Es ergibt sich dadurch die Möglichkeit, den Schweißstrom ohne Anwendung
von Anzapfungen in den weitesten Grenzen zu verändern. An Hand von Abb. 2 soll erklärt
werden, wie der Verlauf der in Wicklung 7 erzeugten zusätzlichen Leerlaufspannung
beeinflußt werden kann. Wie in Abb. i ist in Abb. 2 die mittlere unbewickelte Säule
ebenfalls mit 2 bezeichnet, der bewegliche Schenkel mit 3 und der veränderliche
Luftspalt mit B. .
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Der Luftspalt 8 wird überbrückt durch ein kleines Blechpaketchen 9,
und zwar bei jeder Weite des Luftspaltes. So kann man z. B. erreichen, daß im Leerlauf
bei beliebig großem Luftspalt 8 ein magnetischer Fluß von Säule i her über 9 durch
Säule 3 fließt, der in der Drosselwicklung 7 eine zusätzliche Spannung von beispielsweise
et-,va 2o °/o erzeugt. In solchem Fall kann der ganze Transformator einschließlich
Drosselspule um etwa 2o °4 kleiner gebaut werden und auch die aufgenommene Scheinleistung
ist entsprechend kleiner. Natürlich beeinflußt das Blechpaketchen 9 auch die Möglichkeit
der Regelung des Schweißstromes, aber nur in beschränktem Maße, wenn seine Abmessungen
derart gewählt werden, daß der Steg schon bei 2o °(o des normalen Flusses in 3 hoch
gesättigt ist. Vorteilhaft weist das Material zur Überbrückung des Luftspaltes eine
große magnetische Leitfähigkeit und .eine sehr ausgeprägte Sättigungsgrenze auf;
wie z. B. Permalloy. Neben dem konstanten Magnetfluß, der im Leerlauf über das Paketchen
9 bei jeder Größe des Luftspaltes 8 durch den Kern 3 fließt, besteht auch noch der
früher erwähnte veränderliche und mit Verkleinerung des Luftspaltes 8 anwachsende
Fluß zwischen den Polen des Luftspaltes B. Der gleiche Zweck kann natürlich auch
auf andere Art erreicht werden; z. B. zeigt Abb. 3 eine weitere Möglichkeit, wie
ein solch angenähert konstanter Magnetfluß in Verbindung mit einem veränderlichen
erzeugt werden kann. Nach dieser Lösung kann man ohne eine getrennte magnetische
Überbrückung auskommen. Statt dieser Anordnung ist hier das obere Joch mit einem
Förtsatz io ausgebildet, durch welchen im Leerlauf vom Schenkel i her ein annähernd
gleich großer magnetischer Fluß hindurchgeht, wenn der Luftspalt 8 verkleinert oder
vergrößert wird. Natürlich muß auch hier der Fortsatz so bemessen sein, daß die
Stromregelung mittels des Luftspaltes 8 nicht zu sehr beeinflußt wird.
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In manchen Fällen ist es zweckmäßig, im unbewickelten Rückschlüß des
Transformators einen Luftspalt vorzusehen, um im Leerlauf den Transformatorfluß
in vermehrtem Maße durch den Kern der Drosselspule zu leiten.
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Um eine möglichst erschütterungsfreie Anordnung des beweglichen Schenkels
3 zu erhalten, wird dieser mit Vorteil, wie in Abb. ,4, 5 und 6 gezeigt ist, befestigt.
Abb.4 stellt den Grundriß des unteren Joches, Abb. 5 den Aufriß und Abb. 6 den Seitenriß
des beweglichen Schenkels dar. Wie daraus ersichtlich, greifen die Zapfen des einen
Teiles in Nuten des andern ein, so daß eine kammartige Verbindung entsteht, die
durch einen Bolzen gesichert wird.
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Zum Verstellen des beweglichen Schenkels dient z. B. eine Schraubenspindel
mit Zinks-und Rechtsgewinde. Das Ablesen der Stromstärken kann auf einer Skala geschehen,
die auf einer Trommel angeordnet ist, wobei . diese letztere mit Kabel oder biegsamem
Band von der genannten Schraubenspindel her angetrieben wird.