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Transformator für Lichtbogenschweißung Beim Lichtbogenschweißen mit
Wechselstrom besteht, insbesondere wenn Schweißarbeiten in feuchten Räumen, Kesseln
u. dgl. äusgeführt werden sollen, eine Gefahr für den Schweißer, da eine genügende
Bogenstabilität beim Wechselstromschweißen einerseits eine höhere Leerlaufspannung
erforderlich macht als beim Gleichsttomschweißen und weil außerdem die Augenblickswerte
der Wechselspannung im Scheitel noch etwa 4o % über dem Effektivwert liegen. Man
ist deshalb bestrebt gewesen, insbesondere selbsttätig wirkende Vorrichtungen anzugeben,
durch die während des Leerlaufs des Schweißtransformators dessen Spannung auf einen
ungefährlichen Wert erniedrigt wird. Die meisten dieser Einrichtungen verwenden
im Sehweiß- oder im Primärkreis angeordnete Schaltschütze, die durch den Schweißstrom
erregt werden und die beim Schweißen die zunächst vorhandene Herabsetzung der Leerlaufspannung
rückgängig machen.
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So ist es bekannt, in den Primärkreis des Schweißtransformators eine
Drosselspule zu legen, die bei Leerlauf des Transformators einen erheblichen Teil
der Netzspannung aufnimmt, so daß am Schweißtransformator nur eine Teilspannung
liegt, die Sekundärspannung also auf einen für den Schweißer ungefährlichen Wert
erniedrigt ist. Für die Schweißung wird dann die Drosselspule kurzgeschlossen. Auch
könnte man die Drosselspule derart bemessen und mit solchen Eisen versehen, daß
der Schweißstrom die Sättigung herbeiführt und damit ihren Widerstand entsprechend
erniedrigt, so daß fast die
gesamte Netzspannung dem Transformator
aufgedrückt wird. Eine andere Einrichtung verwendet zwei magnetische Kreise, die
durch eine gemeinsame Primärwicklung magnetisch verkettet werden. Der eine Kreis
trägt die Sekundärwicklung, der andere eine Regelwicklung mit verschieden wählbaren
Windungszahlen, die beim Fließen des Schweißstromes durch ein von diesem erregtes
Schütz kurzgeschlossen werden können, so daß auf diese Weise die Streuung in diesem
Kreis vermindert und damit die Arbeitsspannung erhöht wird. Die Anwendung von Schaltungen
mit Schaltschütz bringt außer der Verteuerung der Schweißanlage noch den Nachteil
mit sich, daß gerade der in der geringen Wartung bestehende Vorteil der Verwendung
von Schweißtransformatoren eingebüßt wird. Es ist ferner auch bekannt, dem Eisenkern
des Transformators ein Streujoch mit in sich geschlossenem Eisenweg für den magnetischen
Kraftfluß zuzuordnen, dessen Magnetisierungswicklung über einen Gleichrichter an
die Schweißspannung angeschaltet ist. Die Erhöhung dieser Spannung ergibt eine Verringerung
der Streuwicklung; die Anordnung bezweckt eine selbsttätige Regelung der Schweißstromeharakteristik.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, bei der die Herabsetzung
der Transformatorspannung im Leerlauf nur mit geringem Mehraufwand unter Zuhilfenahme
einfacher Mittel in mittelbarer oder unmittelbarer Abhängigkeit vom Fließen des
Schweißstromes erfolgt, auch teure Vorschaltdrosselspulen vermieden sind. Gemäß
der Erfindung wird am Eisenkern des Transformators ein Streuschenkel derart angeordnet
und vormagnetisiert, daß er im Leerlauf einen Teil des primären Hauptflusses aufnimmt,
so daß der im Leerlauf den die Sekundärwicklung tragenden Schenkel durchsetzende
Kraftfluß um ein entsprechendes Maß vermindert und dadurch die Leerlaufspannung
auf einen ungefährlichen Wert herabgesetzt wird. Der Streuschenkel wird in Abhängigkeit
vom Schweißstromfluß vormagnietlis ert, und zwar derart, daß der Kraftfluß der vormagnetisierendenWindungenkeine
transformatorische Spannung erzeugt. Diese wird 7. B. dadurch erreicht, daß in der
bekannten Weise der Streuschenkel eine Aussparung aufweist und die Achse der Erregerwicklung
senkrecht auf der Flußachse des Transformatorkernes steht. Es könnten auch im Streuschenkel
zwei vormagnetisierte Pfade vorgesehen sein, die von zwei Wicklungen im Gegensinn
magnetisiert werden und die den magnetischen Widerstand der Einzelpfade im ', Schweißbetrieb
durch die Vormagnetisierung in die Höhe treiben. Die Magnetisierung der Wicklungen
des Streuschenkels kann mit Gleichstrom erfolgen; es kann aber bei entsprechender
Wahl der magnetischen Eigenschaften des Eisens auch Wechselstrom verwendet werden,
wobei sich infolge des Fortfalls der Gleichspannungsquelle eine weitere Verbilligung
ergibt. Der Streujoehmagnetisierungsstrom kann von einem Relais gesteuert werden,
das vom Schweißstrom erregt wird. Die Erregung kann aber auch unmittelbar vom Schweißstrom
etwa unter Zwischenschaltung eines Stromtransformators abgeleitet werden. Die Streujocherregung
kann auch von einer anderen Größe, z. B. von der Höhe der Temperatur des Schweißtransformators,
vom Vorhandensein der Luftkühlung usw., abhängig gemacht werden. In diesem Fall
läßt sich das vorgeschlagene Verfahren für die Herabsetzung der Leerlaufspannung
auch als Schutzschaltung verwenden.
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Die Zeichnung gibt mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstands der
Erfindung. Nach Fig. i sind die Primär- und die Sekundärwicklungen P bzw. S eines
Schweißtransformators auf den gegenüberliegenden Schenkel eines rechteckigen Kernes
K angeordnet. Dazwischen ist ein einen Streuweg bildender Regelschenkel R drehbar
gelagert. Zu dem die Primärwicklung P tragenden Kernschenkel liegt parallel ein
Streujoch J, das mit zwei Fenstern. (versehen ist. Durch diese ist eine Wicklung
oder auch nur eine Windung w gezogen, die in Reihe mit dem die Schweißelektrode
e speisenden Sekundärkreis liegt.
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Bei Leerlauf des Transformators, also bei unterbrochenem Sekundärkreis,
führt die Wicklung w keinen Strom, und das Streujoch nimmt einen erheblichen Teil
des durch die Primärspule erzeugten Kraftflusses auf; die Sekundärspannung ist auf
einen ungefährlichen Betrag herabgesetzt. Während der Schweißung wird durch die
den Schweißstrom führende Wicklung w das Eisen des Streujoches J gesättigt und damit
der Streufluß auf ein unbeachtliches Maß herabgesetzt.
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Um den Einfluß des Streujoches beim Schweißen gänzlich zu beseitigen,
können um dessen Eisenkern einige vom Schweißstrom durchflossene Windungen wg gelegt
werden, die so geschaltet sind, daß sie namentlich bei hohen Stromstärken durch
Abdrängen des Primärfeldes den Übertritt von restlichen Teilen dieses Feldes in
den Streupfad verhindern.
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Fig.2 zeigt eine abweichende Gestaltung des Streujoches J. Dieses
ist hier nur mit einem Fenster f' versehen, und die Erregerwicklung ist in zwei
Teilen w1, w2 auf die Schenkel zu beiden Seiten des Fensters verteilt. Der Streumagnetisierungskreis
ist in sich geschlossen, so daß wie bei der erst beschriebenen Anordnung kein Streuffluß
in den Primärschenkel des Transformators gelangt. Der Erregerstrom wird aus einem
im Schweißstromkreis liegenden Stromwandler t über einen Phasenschieber ps geliefert.
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Da zur Magnetisierung des Streuschenkels Wechselstrom verwendet wird,
könnte sich in der Nähe des Nulldurchganges des Erregerstromes das Verschwinden
der Sättigung des Streuschenkels auf den Flußverlauf im Sekundärschenkel des Transformators
und damit beim Schweißen auf die Sekundärspannung auswirken. Daß sich hierbei aber
keine Verschlechterung der Zündeigenschaften des Schweißtransformators ergibt, zeigt
an Hand der Fig.3 die folgende Betrachtung: Der Schweißstrom SS und der damit phasengleich
schwingende Streujocherregerstrom sind gegenüber der treibenden
Sekundärspannung
SP normalerweise um einen größeren Phasenwinkel von etwa 6o° und mehr nacheilend
verschoben. Wenn der Schweißstrom durch Null hindurchgeht, steigt die sekundäre
Spannung SP noch an, der um go°' der Spannung vorauseilende Kraftfluß KF weist in
diesem Augenblick eine abnehmende Tendenz auf. Je schneller der Kraftfluß verschwindet,
um so höher ist aber die in der Sekundärwicklung auftretende Spannung, die sich
der reinen Sinusform überlagert. Durch passende Phasenverschiebung des Streuflußerregerstromes
um einen kleinen Wert kann aber erreicht werden, daß die maximale Spannungserhöhung
in dem Augenblick erfolgt, in dem der Bogen erlischt und neu gezündet wird. Die
Erregung des Streujoches kann also die Zündung des Lichtbogens nicht stören, sondern
begünstigt sie unter Umständen.
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Fig. 4. veranschaulicht einen Transformator der gleichen Art wie nach
Fig. i. Die Erregung des Streujoches I erfolgt hier aber durch Gleichstrom. Es ist
zu diesem Zweck in den Sekundärkreis ein Stromwandler t gelegt, dessen Sekundärwicklung
über einen Zweiweggleichrichter g den Erregergleichstrom liefert.
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Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem im Schweißkreis
ein Relais r angeordnet ist, durch das der Erregerkreis w1, w. des Streujoches
I
beim Fließen des Schweißstromes eingeschaltet wird. Als Stromquelle dient
ein Teil der Primärwicklung P, deren Strom durch einen Gleichrichter g geleitet
wird. Schließlich ist in dem jochmagnetisierungskreis noch ein weiterer Kontakt
c vorgesehen, der von einer notwendigen Zustandsgröße des Transformators, beispielsweise
seiner Temperatur oder, wie dargestellt, einer von dem Kühlluftstrom beaufschlagten
Klappe a gesteuert wird. Sobald die Temperatur zu hoch wird oder der Kühlluftstrom
aussetzt, wird die Streujocherregung unterbrochen und damit die Sekundärspannung
des Transformators auf ein ungefährliches Maß herabgesetzt.