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Wechselspannungsmodulator für Widerstands- und Nahtschweißmaschinen
Es sind bereits Wechselspannungsmodulatoren bekanntgeworden, bei denen der Höchstwert
der Augenblickswerte der Sekundärspannung mit fortschreitender Änderung der Läuferstellung
sich sinusförmig ändert. Diese "Iodulatoren ermöglichen eine periodische Erhöhung
und Erniedrigung eines gewöhnlichen Wechselstromes.
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Die bekannten Modulatoren werden z. B. bei dem bekannten Modulationsschweißverfahren
v erwehdet, bei dem die für eine aus Einzelpunkten zusammengesetzte Nahtschweißung
erforderlichen Leistungsspitzen nicht mit beweglichen Kontakten zu und abgeschaltet
werden. Bei diesem Verfahren wird ein mit einer bestimmten Drehzahl umlaufender
Drehumspanner, ein sogenannter Modulator, benutzt, der-die Spannung an den Klemmen
der Schweißmaschine periodisch erhöht und erniedrigt. Nun hat sich aber ergeben,
daß für das Bearbeiten von Rein-Aluminium, Kupfer und anderen schwer nahtschweißbaren
Metallen ein solcher Modulator als Schweißstromquelle sich nicht eignet. Für das
Verschweißen von Blechen aus diesen Werkstoffen ist vielmehr ein Verfahren erforderlich,
das den Strom in den Schweißpausen vollständig ausschaltet und darüber hinaus die
Festlegung eines beliebigen Verhältnisses zwischen ein- und ausgeschalteter Zeit
des Schweißstromes gestattet. Mit dem bekannten Drehumspanner ist. wohl die erste
Bedingung zu erfüllen, falls die Modulation auf -f- roo°/o getrieben wird. In diesem
Fall wird zwar ein Nulldurchgang des Stromes erreicht, jedoch ist man bei diesem
Schweißverfahren immer an die naturgegebene, etwasinusförmigeÄnderungder Schweißspannung
gebunden. Infolgedessen ist selbst bei einer Modulation von aoo °/o die Zeit,
während
der die Spannung bz-w. der Strom Null sind, unendlich klein und der Anstieg bzw.
der Abfall des Effektivwertes der Schweil-Ispannung etwa entsprechend einer Sinuskurve.
Da die zu verschweißenden Werkstoffe bestimmte Verhältnisse zwischen Schweißzeit
und Schweißpause erfordern, tniißte bei diesem unendlich kürzen Nulldurchgang der
Spannung bzw. des Stromes ein mechanisches Abschalten vorgenommen werden, um eine
längere Nullzeit zu erreichen: Dies ist jedoch wegen der außerordentlich kurzen
Zeit des Nulldurchganges der Spannung mit grollen Schwierigkeiten verknüpft.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf einen Wechselspannungsmodulator
fürWiderstandspunkt- und N ahtschweißtnaschinen und besteht darin, dar beispielsweise
durch entsprechende Anordnung der Wicklungen des Läufers und des Ständers bei dauernd
in gleichem Drehsinn und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit bewegtem Läufer die
modulierte Spannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden, um eine Modulationshalbperiode
gegeneinander versetzten Höchstwerten für die Dauer von mindestens einer Halbperiode
der zu tnodttlierenden Spannung -Null bleibt.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Polbreite des Sekundärteils von
der des Primärteils abweichend auszubilden oderzwischenzwei aufeinanderfolgende
Pole des Primärteils eine flußfreie Zone zu legen, deren räumliche Ausdehnung der
Dauer der Nullzeit der modulierten Spannung entspricht. Dies kann dadurch erreicht
werden, dar eine Kompensationswicklung im Primärteil einen größeren Teil des Umfangs
bedeckt, als der Polbreite des Sekundärteils entspricht.
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Zweckmäßig ist es auch, die Wicklung deraßt auszubilden, daß der Verlauf
der Höchstwerte der Augenblicksspannung trapezförmig ist.
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Da beim erfindungsgemäßen Modulator die Nullzeit der modulierten Spannung
mindestens eine Halbperiode des zu modulierenden Netzes beträgt, so kann während
dieser Zeit der Schweißstromkreis mit Leichtigkeit leistungslos geöffnet bzw. geschlossen
werden. Zu diesem Zweck ist der Läufer des Modulators mit einem Schweißstromschalter
so gekuppelt, daß der Schweißstromkreis nur während der Nullzeit der modulierten
Spannung geöffnet bzw. geschlossen wird. Dabei ist die Ein- bz@v. Ausschaltdauer
des Schalters zum beliebigen Einstellen des Verhältnisses von Schweißzeit zu Schweißpause
regelbar.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung veranschaulicht,
und zwar zeigt Abb. i den Zerlauf der Augenblickshöchstwerte der Spannung eines
erfindungsgemäßen Modulators, Abb. 2 einen anderen, beispielsweise trapezförmigen
Verlauf der Augenblickshöchstwerte, Alb. 3 die Schaltanordnung des Modulators getn<il;l
der Erfindung, Abb..1 den schematischen Aufbau des '-\Iodulators.
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Der Modulator besteht aus einem Ständer i und einem Läufer :. In dem
Ständer i sind die Primärwicklung 3 und die Kompensationswicklung d. untergebracht.
Die Primär-Wicklung 3 liegt an einem normalen Wechselstromnetz j,während die Kompensationswicklung
1 in bekannter Weise in sich kurzgeschlossen ist. Auf dem Läufer 2 ist die Sekundärwicklung
6 untergebracht, die die Hochvoltw-icklung j des Schweißtransformators S speist.
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Die Kompensationswicklung -. bedeckt einen größeren Teil des Umfangs
des Primärteils i, als der Polbreite des Sel<ttrtdürtc°ils 6 entspricht.
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Die Primärwicklung 3 und die Kornpensa-( tionswicklung d. können als
konzentrierte Wicklungen ausgebildet werden. Jedoch kann, beispielsweise um einen
trapezförmigen Verlauf der Augenblickshöchstwerte der modulierten Spannung zti erreichen,
auch vorteilhaft eine verteilte Wicklung angewendet werden.
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Wird nun der Läufer 2 fortlaufend in einem Drehsinn bewegt, so wird,
falls der von der Wicklung 3 erzeugte Magnetflur die Wickhing 6 durchsetzt, je nach
der Größe des durchsetzenden Flusses im Sekundärteil, d. h. in der M'icklung 6,
eine Spannung induziert, die je nach Anordnung der Wicklung beispielsweise den in
Abb. i oder Abb. 2 dargestellten Verlauf zeigt. Für die Zeit, in der die Wicklung
6 von der Kompensationswicklung 4 bedeckt ist, wird keine Spannung in der Wicklung
6 des Läufers :2 induziert. Bei einer :Maschine mit einem Polpaar ergibt sich also
bei einer Umdrehung des Läufers 2 der in den Abb.-i und :2 gezeigte Verlauf der
Augenblickshöchstwerte der modulierten Spannung. Je nach der räumlichen Ausdehnung
der Kompensationswicklung .I wird eine mehr oder weniger lange Zeit des Nulldurchgangs
der Spannung erreicht. Die Kompensationswicklung muß so ausgebildet sein, daß für
mindestens eine Halbperiode des zu modulierenden -Netzes die Spannung des Sekundärteils
1u11 ist; jedoch kann sich die -Nullzeit auch über mehrere volle Perioden des zu
modulierenden Netzes erstrecken.
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Während der Nullzeit der Spannung kann nun durch eine mechanisch betätigte
Schaltvorrichtung der Schweißstromkreis leistungslos geöffnet hzw. geschlossen und
somit beliebige%'erllältnisse zwischen Schweißzeitund
Schweißpause
hergestellt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in dem Stromkreis
der Hochvoltwicklung 7 des Schweißtransformators 8 ein Schalter eingebaut wird,
der mechanisch gesteuert und mit dem Modulator derart starr gekuppelt ist, daß er
nur während der Nullzeit der modulierten Spannung sich öffnet bzw. schließt. Dieser
Schalter kann weiterhin auch so ausgebildet sein, daß er verschiedene Verhältnisse
zwischen. " ein- und ausgeschalteter Zeit des Schweißstromkreises einzustellen gestattet.