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Anordnung zum Schweißen mit Gleichstrom Bei Gleichstromschweißgeneratoren
kommt es un st darauf an, daß sie iin statischen Betrieb z äch,
mit giinstigen
abfallenden Stromspannungskennlinien arbeiten. Darüber hinaus wird aber auch verlangt,
<iaß sie gute dynamische Eigenschaften aufweisen, damit ein Allreißen des Lichtbogens
mit Sicherheit vermieden wird bzw. ohne Schwierigkcitcti neu gezündet wird. Man
hat gerade mit Rücksicht auf das dynamische Verhalten Sonderbauarten von Schweißmaschinen
entwickelt, die im wesentlichen Aufbau und WirkungsweisevonQuerfeldmaschineti aufweisen.
Bei diesen Maschinen ergibt sich jedoch eine verhältnismäßig schlechte Ausnutzung
und (les'liall) ein erheblich -größerer Werkstoffaufwand als hei Maschinen normaler
Bauart; außerdem beanspruchen sie eine Sonderfertigung und verursachen dadurch zusätzliche
Kosten. Die neueren Schaltungen von Schweißgeneratoren verwenden deshalb vorzugsweise
Fremderregung über Gleichrichter. Wegen Schwierigkeiten iti der Beschaffung der
dafür benötigten Werkstoffe ist dieser Weg nicht immer gangbar, so daß man dann
gezwungen ist, auf eine Hilfserregertnaschine zurückzugreifen. Außerdem ist bei
SCh\velßmaSAinen eine Regelbarkeit des Stroms in weitem Umfang erwünscht, um jede
erfor-' derliche Stromstärke einstellen zu können. Dies geschieht z. 13. hei manchen
Maschinen durch Bürstenverschiebung,
was eine weitere konstruktive
Änderung gegenüber der Normalbauart bedeutet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, bei der günstige
statische und dynamische Eigenschaften unter Verwendung einer normalen Maschine
als Schweißstromerzeuger erreicht werden sollen und außerdem der Schweißstrom leicht
auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird dies bei
Verwendung einer Gleichstrommaschine normaler Bauart mit Fremderregung dadurch erreicht,
daß zur Fremderregung ehre als Spaltpolmaschine ausgeführte Hilfserregermaschine
verwendet wird, die mit einer lastunabhängig und einer anderen lastabhängig gespeisten
Erregerwicklung ausgerüstet ist und mit einem Transformator (Stoßumspanner) zusammenarbeitet,
von dem die eine Wicklung im Schweißstromkreis, die andere aber im Erregerkieis
des Generators liegt, wobei die Wicklungen so geschaltet sind, daß beide im gleichen
Sinne das Eisen des Transformators magnetisieren.
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Durch die Verwendung einer derartigen Erregermaschine wird ein günstiges
statisches Verhalten der Maschine erreicht; außerdem aber entstehen durch den Stoßumspanner
bei plötzlichen Stromänderungen im Ankerkreis Zusatzspannungen, die zur Folge haben,
daß das Feld der Maschine rasch geändert wird, also auch das dynamische Verhalten
verbessert wird, indem die im Stoßumspanner aufgespeicherte magnetische Energie
in den Erregerkreis des Schweißstromerzeugers hineingepumpt wird, wodurch das an
sich träge Verhalten einer fremderregten Maschine ausgeschaltet wird. Man hat hierbei
den großen Vorteil, daß der Teil der Anlage, der hinsichtlich der Abmessungen und
Kosten am meisten ins Gewicht fällt, nämlich der Generator selbst, als normale Maschine
in normaler Fertigung, also mit geringem Aufwand an Werk-, soff und an Arbeit hergestellt
werden kann. Als anomale Maschine ist nur die kleine Spaltpolhilfserregermasc'hine
ausgeführt, wobei die Mehrkosten mit Rücksicht auf deren kleine Leistung gering
sind.
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Die Anordnung wird hierbei zweckmäßig so getroffen, daß das eine Polsystem
der Hilfserregermasc'hine mit einem dem Schweißstrom verhältnisgleichen Strom gespeist
wird, während das andere lastunabhängig erregte Polsystem zwischen einer Hauptbürste
und der Hilfsbürste dieser Maschine liegt. Es ist hierbei die Möglichkeit gegeben,
bei Belastung eine abfallende Stromspannungskennlinie zu erreichen. Diese Kennlinie
kann durch Regelung des dem Schweißstrom verhältnisgleichen Stromanteils im Bedarfsfall
innerhalb weiter Grenzen eingestellt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der
Zeichnung beschrieben (Fig. i und 2). Mit i ist der Gleichstromstoßgenerator bezeichnet,
der eine Gleichstrommaschine normaler Bauart darstellt und mit einer Fremdei regerwicklung
2 und einer Wendepolwicklung 3 ausgerüstet ist. Der Antrieb erfolgt durch einen
Asynchronmotor 4. Die Erregerwicklung 2 wird N an der Hilfserregermaschine 5 gespeist,
die als Spaltpolmaschine mit den beiden Hauptbürsten 6 und 7 und der Hilfsbürste
8 ausgeführt ist. Zwischen der Hauptbürste 6 und der Hilfsbürste 8 liegt die Erregerwicklung
9 für Selbsterregung. Unter ihrem Einfluß erhält die Erregerwicklung 2 eine solche
Grunderregung, daß der Schweißgenerator stets eine vorgeschriebene Leerlaufspannung
aufweist. Durch einen Regler io kann dieser Wert in gewissen Grenzen geregelt werden.
Die Erregerwicklung i i liegt parallel zu der Wendepolwicklung 3 bzw. zu einem vom
Schweißstrom durchflossenetl Shunt und führt daher einen dem Ankerstrom, der Hauptmaschine
verhältnisgleichen Strom, der durch den Regler 12 ebenfalls geregelt werden kann.
Die Wicklüng i i ist so geschaltet, daß sie das von der Wicklung 9 ausgehende Feld
in der Hilfserregermaschine schwächt. Infolgedessen nimmt mit zunehmendem Ankerstrom
das Feld in der Hauptmaschine ab. Je nach der Größe des Regelwiderstandes 12 erhält
man demnach eine ganze Kennliniensc'har, wie in Fig. 2 durch die vier Kennlinien
13, 14, 15 und 16 angedeutet ist.
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Eine solche Anordnung zeigt im statischen Betrieb ein zufriedenstellendes
Verhalten. Bei plötzlichen Stromänderungen würde jedoch die Trägheit der Felder
eine rasche Anpassung der Spannung an die wechselnden Zustände des Schweißvorganges
verhindern. Durch den Stoßumspanner 17, dessen Erstwicklung vom Schweißstrom durchflossen
wird, während seine Zweitwicklung mit der Erregerwicklung 2 des Generators in Reihe
liegt, wird jedoch auch ein gutes dynamisches Verhalten gewährleistet. Die Zweitwicklung
ist so geschaltet, daß im stationären Betriel> Erst- und Zweitstrom das Umspannereisen
in der gleichen Richtung magnetisieren. Das durch beide Wickluhgen erzeugte Feld
muß in seiner Größe durch einen entsprechenden Luftspalt auf den richtigen Wert
begrenzt werden. Außerdem wird dadurch Verhältnisgleichheit zwischen erregender
-Gesamtdurchflutung und Feld erreicht, so daß bei auftretenden Stromänderungen auch
immer entsprechende Zusatzspannungen erzeugt werden, die im gewünschten Sinne wirken,
d. h. den Feldabbau beim Stromanstieg und den Feldaufbau bei Unterbrechen des Stroms
beschleunigen. Ohne solchen Luftspalt würde sich das Umspannereisen schon bei verhältnismäßig
kleinen Strömen sättigen, so daß die zur Erzielung der gewünschten Wirkung erforderlichen
Feldänderungen gar nicht auftreten könnten. Da die für den dynamischen Betrieb benötigten
Zusatzspannungen im Erregerkreis vornehmlich durch den Stoßumspanner aufgebracht
werden, braucht die Hilfserregermaschine nur die kleinen Zusatzspannungen des statischen
Betriebes zu liefern. Sie wird daher sehr klein, so daß auch die durch die Ausführung
als Spaltpolmaschine bedingte schlechtere Ausnutzung nicht nachteilig hervortritt.
Sie kann noch weiter wesentlich dadurch verkleinert werden, daß die Erregerwicklung
des Sc'hweiflgenerators noch zusätzlich in Reihe von der Spannung des Generators
selbst gespeist wird. Die von der
llilfserregermasc'hine zu liefernde
Spannung kann dadurch auf einen Bruchteil des ursprünglichen Wertes herabgesetzt
werden. Demgemäß können ihre Abmessungen weiter verkleinert werden. Für die Bemessung
des Stoßumspanners kann man dadurch günstige Verhältnisse gewinnen, daß man ihn
vom Abluftstrom des Schweißgenerators bzw. des Antriebsmotors kühlen läßt.
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Die Vorteile der Anordnung machen sich demnach in der Weise bemerkbar,
daß für den Schweißgenerator eine ganz normale und hoch ausnutzbare Maschine verwendet
werden kann, die nur mit einer einfachen fremderregten Wicklung versehen ist. Darüber
hinaus werden nur einige Zusatzgeräte benötigt. Diese liegen außerhalb der Maschine.
Sie stellen, wie der Stoßumspanner, ein einfaches, ruhendes Gerät dar oder weisen,
wie die Hilfserregermaschine, so kleine Abmessungen auf, daß man sich hier eine
Sonderbauart leisten kann. Ein weiterer Vorteil liegt auch darin, daß die gleiche
Hilfserregermaschine für eine ganze Typenreihe von Schweißgeneratoren verwendet
werden kapn. Beim Übergang auf einen größeren oder kleineren Schweißbereich braucht
demnach meist nur der Schweißgenerator, d. 'h'. eine normale Maschine, ausgewechselt
zu werden, während alles übrige größtenteils unverändert bleiben kann.