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Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine zum Anschluß an Dreiphasenwechselstrom
Für die elektrische Lichtbogenschweißung ist sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom
anwendbar. Wechselstromschweißgeräte arbeiten im allgemeinen mit Streutransformatoren,
die günstige dynamische Kennlinien mit hohem Wirkungsgrad, einfacher Bauart und
geringen Herstellungskosten verbinden. Dagegen muß die Leerlaufspannung verhältnismäßig
hoch, etwa 6o bis 7o Volt sein; die Netzbelastung ist im allgemeinen einphasig und
der Blindstromverbrauch hoch. Außerdem lassen sich nur umhüllte Schweißelektroden
verwenden.
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Demgegenüber besitzt die Schweißung mit Gleichstrom erhebliche Vorteile.
Die Leerlaufspannung wird geringer, etwa 5o@ bis 5,5 Volt, der Lichtbogen läßt sich
besser ziehen und halten, und es können blanke Elektroden verwendet werden, die
erheblich billiger sind als Mantelelektroden.
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Dagegen ist bei den bekannten Schweißumformern der Wirkungsgrad geringer
als beim Streutransformator, weil die zum Schweißen benötigte Energie zweimal umgeformt
werden muß. D1a der Antriebsmotor hierbei für die Maximalleistung der Schweißmaschine
ausgelegt sein muß, ist sein Wirkungsgrad und Leistungsfaktor bei geringer Schweißstromstärke
entsprechend schlecht. .
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Deshalb hat man auch schon versucht, Gleichstromschweißgeräte aus
einem Streutransformator mit angeschlossenem -Trockengleichrichter aufzubauen.
Diese
Gleichrichter sind jedoch dem rauhen Schweißbetrieb nicht gewachsen und außerdem
in der Anschaffung zu teuer.
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Die erfindungsgemäße Schweißmaschine besitzt demgegenüber alle Vorteile
der bekannten Einrichtungen und vermeidet weitgehend deren Nachteile. Sie besteht
aus einem Dreiphasentransformator mit angeschlossener Gleichrichtung und ist dadurch
gekennzeichnet, daß an den Dreiphasentransformätor ein synchroner Einankerumformer
in Mehrphasenschaltung angeschlossen ist: Die Wicklungsverluste in der Ankerwicklung
des synchronen Einankerumformers sind erheblich geringer als die bei reinem Generatorbetrieb
und sonst gleichen Bedingungen auftretenden Verluste. Hierdurch ergeben sich beträchtliche
Einsparungen beim Aufbau der Schweißmaschine gegenüber dem üblichen Streufelde oder
Querfeldgenerator.
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An Synchronmaschinen ist es bekannt, das Ankerfeld im Raume stillstehen
zu lassen. Dadurch besteht bei Einankerumformern die Möglichkeit, durch Verdrehen
der Kbllektorbürsten gegenüber dem im Raume stillstehenden Ankerfelde die Spannung
zu regulieren. Blei dem erfindungsgemäß verwendeten Einankerumformer werden dagegen
nicht die Büasten gegen das Ankerfeld; sondern das Ankerfeld gegenüber den Bürsten
verdreht. Um das zu erreichen, erhält der Stator des erfindungsgemäßs verwendeten,Einankerumformers
eine umgd!°'elektrisch gegen die Erregerwicklung versetzte Hauptströmwicklung; die
vom gesamten Schweißstrom oder einem proportionalen Teil desselben durchflossen
wird. Hierdurch wird die für die Lichtbogenschweißung erforderliche Kennlinie -
in folgender Weise erreicht: Der Anker des Umformers dreht sich synchron mit dem
magnetischen Drehfeld, jedoch in entgegengesetzter Richtung, so daß das resultierende
magnetische Drehfeld im Raume stillsteht und seine Achse senkrecht zur Kollektorbürstenachse
liegt.
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Bei einer ?'3elastung der Schweißmaschine verursacht der die Hauptstromwicklung
durchfließende Schweißstrom eine Winkelverschiebung des stillstehenden Feldes gegenüber
der Kollektorbürstenachse. Infolgedessen wird die abgegebene Gleichspannung stark
lastabhängig und erhält somit die für den Schweißbetrieb günstigste Charakteristik.
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Zur Erzielung einer stets eindeutigen Polarität ist die Erregerwicklung
über einen Gleichrichter entweder an die Gleichstrombürsten oder an den Dreiphasentransformator
angeschlossen.
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Es ist möglich, den Dreiphasentransformator als Streutransformator
auszubilden, wobei die ?Streuung fest oder regelbar sein kann. In den Primär-oder
Sekundärstromkreis kann auch eine feste oder regelbare Selbstinduktion eingeschaltet
sein.
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Es ist auch möglich, die Hauptstromwicklung des Umformers an eine
besondere Erregermaschine -anzuschließen, die vom S.'chweißstrom gesteuert wird,
also indirekt zu speisen.
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Zur Grobregelung des Schweißstromes ist die $auptstromwicklung mit
Anzapfungen versehen, die durch einen Stufenschalter, den Grobregler, entsprechend
dem gewünschten Schweißstrom geschaltet werden. Zur Feinregelung des Schweißstromes
wird in den Erregerstromkreis ein Regelwiderstand, der Feinregler, geschaltet. je
stärker die Erregerwicklung erregt wird, um so geringer ist die Wirkung der Hauptstromwicklung.
Auf diese Weise wird eine einwandfreie Feinregelung erreicht. Durch Verlagerung
des Feinreglers an den Schweißplatz ist die Fernregelung des Schweißstromes mit
einfachsten Mitteln möglich.
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Die Maschine ist in an sich bekannter Weise so ausgelegt, daß bei
Einstellung des Feinreglers auf den kleinsten Erregerstrom dem stromliefernden Netz
kein Blindstrom entnommen wird. Bei Vergrößerung des -Erregerstromes liefert die
Maschine sogar Blindstrom an das Netz und kann damit andere `.B lindstromverbraucher
kompensieren. Dhs ist ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine, der den
Anschluß auch an schwache Versorgungsnetze ermöglicht.
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Das Magnetsystem besteht vorzugsweise aus einem genuteten Ring; ähnlich
dem Ständer eines Asynchronmotors, in dem die Erreger- und Hauptstroinwicklung um
go° elektrisch gegeneinander versetzt untergebracht sind. Zur Schaffung einer feldfreien
Zone für die Gleichstrombürsten sind in der neutralen Zone des Erregerfeldes einzelne
Zähne aus dem Magnetsystem entfernt.
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Auf der Welle des synchronen Einankerumformers wird zweckmäßig ein
Ventilator angeordnet, der sowohl den Umformer als auch den Transformator durch
je einen kräftigen Frischluftstrom wirksam kühlt. Dadurch ist eine weitere Einsparung
an Werkstoffen und Gewicht möglich.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schweißmaschine dargestellt, und zwar in Abb. i ein Schaltungsschema und in Abb.
2 eine schematische Ansicht der Maschine. Gemäß Abb. i ist die Primärwicklung i
des Dreiphasentransformators über den Netzschalter 2 an das Netz R, S, T angeschlossen.
Die Sekundärwicklung 3 ist über Schleifringe 4 in Sechsphasenschaltung mit der Ankerwicklung
des synchronen Einankerumformers verbunden. Dessen Erregerwicklung 5 ist über einen
Gleichrichter 6 und einen Feinregler 7 an die Sekundärwicklung 3, des Dreiphasentransformators
angeschlossen. Mit S ist der Kollektor des Umformers bezeichnet, dessen positive
Bürsten direkt und dessen negative Bürsten über die angezapfte Hauptstromwicklung
9 und den Grobregler i, mit den Schweißklemmen verbunden sind. In der schematischen
Seitenansicht der Abb. 2 bedeutet i i das Ankerblechpaket mit dem Kollektor und
denn Schleifringkörper 4 sowie dem Ventilator i,2.. Das Magnetsystem mit der Erreger-
und Hauptstromwicklung trägt die Bezeichnung i,3,.
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Darunter ist der Transformator i, 3 angeordnet. Am Schaltkasten 14
befindet sich der Netzschalter 2, ein ,Spannungsmesser i@5 und ein Strommesser 16,
der Grobregler i o, der Feinregler 7, die Schweißklemmen 17 und Anschlußklemmen
i$ für einen Fernregler. Das in der Schutzkappe ig laufende
Wellenende
20 ist für den Antrieb einer Schleifscheibe zum Verputzen der Schweißnähte bestimmt.
Das Fahrgestell der Schweißmaschine ist mit Ci bezeichnet.
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Für den Anlauf und die Synchronisierung des Umformers können die an
sich bekannten Maßnahmen angewandt werden. Sehr einfach sind auch die Mittel, mit
denen der Anschluß der Maschine an verschiedene Spannungen ermöglicht werden kann;
z. B. wird bei 2:2o Volt die Primärwicklung des Transformators im Dreieck, bei
380 Volt in Stern und bei 500 Volt in Reihe mit einer kleinen Zusatzwicklung
ebenfalls in Stern geschaltet.