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Verfahren zum Anlassen von Schweißaggregaten mit Verbrennungskraftmaschinenantrieb
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Anlassen von Schweißaggregaten
mit Verbrennungskraftmaschinenantrieb.
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Bei Dieselaggregaten kommen bei stärkeren Schweißleistungen Motoren
zur Verwendung, bei welchen das Anwerfen von Hand gewisse Schwierigkeiten macht.
Bei den heutzutage meist gebräuchlichen Vorkammerdieselmotoren müssen bekanntlich
die ersten Zündungen künstlich eingeleitet werden, was entweder durch Einsetzen
von Glimmpapieren oder mittels elektrisch beheizter Glühkerzen erfolgt. Da ersteres
sehr umständlich ist, werden Aggregate mit Vorkammerdieselmotoren meistens mit einer
zur Speisung von Glühkerzen dienenden Sammlerbatterie ausgerüstet. Einrichtungen
zum Anlassen von Verbrennungsmotoren mit Hilfe des mit dem Verbrennungsmotor gekuppelten
Stromerzeugers, der als Motor geschaltet wird, unter Zuhilfenahme einer Batterie
sind bekannt. So ist z. B. bei Eisenbahntriebwagen mit Verbrennungsmotoren, die
mit einer elektrischen Übertragung für den Antrieb der Triebachsen arbeiten, ein
besonderer Anlaßmotor dem Stromerzeuger vorgeschaltet. Bei entsprechender Bemessung
der Sammlerbatterie kann eine solche ohne weiteres zum Selbstanlassen mittels eines
besonderen, aus dem Kraftfahrzeugwesen her bekannten Anlaßmotors dienen. Dieser
besondere Anlaßmotor kann fortfallen, wenn der Schweißgenerator unmittelbar als
Anwurfsmotor verwendet wird.
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An sich ist es bekannt, Stromerzeugungsaggregate mit normalen Gleichstromgeneratoren
mittels
Fremdstrom anzuwerfen, der beispielsweise einer betriebsmäßig mit dem Stromerzeuger
parallel arbeitenden Pufferbatterie entnommen wird. Es wird jedoch angestrebt, zum
Anwerfen von Schweißgeneratoren im Hinblick darauf, daß die Betriebsspannung derselben
nur 2o bis 30 Volt beträgt, normale Autoanlaßbatterien mit niedriger Zellenzahl
zu verwenden.
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Nun ist jedoch nicht jedes beliebige System von Schweißstromerzeugern
ohne weiteres als Anwurfsmotor geeignet. Schaltungstechnisch am einfachsten ist
das Anwerfen natürlich bei einem einfachen Nebenschlußgenerator, wie es in Abb.
i dargestellt ist. Hier bedeutet G den Generatoranker, der mit dem Verbrennungsmotor
M gekuppelt ist. P und N sind die beiden Schweißstromklemmen. Die Nebenschlußwicklung
i liegt in Reihe mit einem Feldwiderstand 2 an P und N. Wird die Spannung der Batterie
3 durch den Hauptstromschalter 4 auf P und N geschaltet, so läuft hier der Nebenschlußgenerator
in der Betriebsdrehrichtung an.
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Gewöhnliche Nebenschlußgenerätoren, bei denen die bekannten Verfahren
ohne Schwierigkeiten anwendbar sind, werden jedoch, infolge ihrer ungünstigen dynamischen
Eigenschaften, heutzutage nur noch selten als Schweißgeneratoren gebaut.
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Querfeld- und Streufeldschweißgeneratoren, die jetzt in der Regel
verwendet werden, lassen sich nun nicht als Anwurfsmotoren gebrauchen, da sie bei
Fremdstromdurchgang kein Anlaufdrehmoment entwickeln. Geeignet werden diese hierzu
erst durch eine Umschaltung. Zu diesem Zweck wird beim Anlassen von Schweißaggregaten
mit Verbrennungskraftmaschinenantrieb, die mit einem Ouerfeld- oder Streufeldgenerator
ausgerüstet sind, in der Weise verfahren, daß erfindungsgemäß die Feldspulen mittels
eines dreistufigen, zweckmäßig als Paketschalter ausgebildeten Ümschalters zunächst
in Parallelschaltung an eine Batterie gelegt werden (Anlaßschaltung), alsdann in
Reihenschaltung im Nebenschluß zum Generator geschaltet werden (Betriebsschaltung)
und schließlich vollkommen ausgeschaltet und gegebenenfalls in sich kurzgeschlossen
werden (Ausschaltung) sowie daß außerdem beider Anlaßschaltung die Batterie entweder
durch den Stufenschalter oder durch einen besonderen Anlaßschalter an den Hauptstromkreis
des Generators geschaltet wird.
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Abb. 2 zeigt die Umschaltung für einen einfachen hauptstrornerregten
Querfelddynamo. In dieser Abbildung sind G der Anker; A-B die Hauptbürsten, C-D
die in der neutralen Zone stehenden sogenannten Querfeldbürsten. Bei normalem Generatorbetrieb
ist die Hauptstromfeldwicklung 5 mit l4 verbunden, und die Bürsten C und D sind
kurzgeschlossen. Bei Betrieb als Anwurfsmotor wird der aus der Starterbatterie 6
entnommene Strom über die Hauptstromwicklung 5, dann mittels der Umschalter 7 und
8 über die in der neutralen Zone stehenden Bürsten C und D geleitet, während die
Bürsten A und B stromlos bleiben. In dieser Schaltung läuft dann der
Querfelddynamo als Hauptstrommotor mit gutem Drehmoment an. Besonders günstige Anlaufeigenschaften
bei Fremdstromdurchgang zeigen die Streufeldgeneratoren. Dieselben haben, wie bekannt,
Nebenschlußerregung (9 in Abb.3), die in Reihe mit dem Nebenschlußregler io an den
Klemmen S und N liegt. Bei Fremdstromdurchgang läuft somit der Anker i i wie bei
der Schaltung nach Abb. i ohne Schaltungsänderung im richtigen Drehsinn an.
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Eine besonders günstige Wirkung übt nun beim Anlauf die Streupolwicklung
12 aus. Diese saugt bekanntlich bei Generatorbetrieb einen Teil des Magnetfeldes
der Hauptpole N und S in ihren Kern hinein; bei Motorschaltung, wenn also in umgekehrter
Richtung der Strom von der Batterie 13 über den Startschalter 14 in die Maschine
fließt, erzeugt die Streupolwicklung bei n und s gleiche Polarität gegenüber den
anliegenden Hauptpolen, wodurch das sich zwischen N und S ausbildende
Ankerfeld verstärkt wird. Die Wirkung ist ähnlich wie bei einem Motor mit Verbunderregung,
doch kommt noch eine besondere, unten näher beschriebene Wirkung hinzu.
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Wesentlich ist ein besonders kräftiges Magnetfeld beim Anlauf, da
ja das Drehmoment einerseits dem Ankerstrom, andererseits dem Kraftfiuß proportional
ist. je stärker letzterer ist, um so kleiner braucht also der zum Durchdrehen des
Motors nötige Ankerstrom zu sein. Dadurch läßt sich die Kapazität der Starterbatterie
entsprechend niedriger halten.
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Die Batterie muß selbstverständlich von Zeit zu Zeit nachgeladen werden,
und dies geschieht zweckmäßig unmittelbar durch den Schweißgenerator. Die bei Kraftfahrzeugen
übliche, mit der Batterie parallel arbeitende Licht- und Lademaschine wird also
hierdurch entbehrlich. Wie in Abb. 3 dargestellt ist, wird der Ladestrom von der
P-Klemme des Generators über einen bei Stillstand ausschaltbaren Ladeschalter 15
und einen Vorwiderstand 16 in die Batterie geleitet. Da die Leerlaufspannung und
normalerweise auch die Betriebsspannung während des Schweißens höher als die Batteriespannung
ist, wird bei Betrieb die Batterie immer wieder hinreichend stark aufgeladen.
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Wie bereits bemerkt, soll die Spannung, d. h. die Zellenzahl der Anlaßbatterie
möglichst klein sein; trotzdem muß zur Erzielung eines starken Anlaufdrehmomentes
ein starkes Magnetfeld der Nebenschlußwicklung erzeugt werden, was wiederum eine
entsprechend starke Felderregung erfordert. Um eine solche beispielsweise auch mit
einer i2-Volt-Batterie zu erreichen, werden zum Anlauf die Nebenschlußspulen des
Generators parallel geschaltet. Ist die Maschine vierpolig und werden alle vier
Feldspulen parallel geschaltet, so wird das Feld mit 12 Volt Erregerspannung genau
so stark wie mit 48 Volt bei betriebsmäßiger Hinterein- i änderschaltung.
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In Abb. 4 ist die Feldwicklung in zwei Gruppen 17 und 18 unterteilt;
i9 ist die Streufeldwicklung, entsprechend 12 in Abb. 3. Zur Parallelschaltung bei
Anlauf ist der Schalter 2o geschlossen und der Umschalter 21 nach oben gelegt; bei
Umschaltung
auf Betrieb ist 2o offen, 21 schaltet die Spulen in
Reihe und 22 den Nebenschlußregler 23 hinzu. Zur Einschaltung des Batteriehauptstromes
ist ein Schütz bzw. Magnetschalter 24 vorgesehen, dessen Steuerstromkreis zunächst
durch den Schalter 25 unterbrochen und durch den Startschalter 26 geschlossen wird.
25 ist mit den Feldumschaltern 20,:21, 22 in der Weise gekuppelt, daß der Steuerstromkreis
für 24 nur in der Anlaßschaltung geschlossen ist; bei Betriebsschaltung springt
also beim Einlegen von 26 der Schalter 2q. nicht an.
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In Abb. q. stellt 2; die für die Zündung von Vorkammerdieselmotoren
nötigen Glühkerzen, 28 einen außen sichtbaren Glühkontroller dar. Diese werden auf
der ersten Schaltstufe des Start-Schalters 26 unter Spannung gesetzt. Beim Weiterschalten
von 26 wird dann der Magnetschalter 24 eingelegt und der Anlaßstrom von der Batterie
auf den Generator gegeben. Die Feldspulen 17 und 18 werden nur beim Anlassen
durch den Schalter 22 zu den Glühkerzen im Nebenschluß geschaltet. Sie erhalten
mithin zugleich mit diesen auf der ersten Stufe des Startschalters 26 Spannung.
Diese Schaltung bietet folgende Vorteile: i. Das Erregerfeld ist infolge seiner
Trägheit nicht sofort da, wenn die Spannung auf die Feldspulen gegeben wird, sondern
wird erst innerhalb einiger Sekunden aufgebaut. Ebenso kommen die Kerzen 27 nicht
sofort, sondern erst innerhalb einiger Sekunden auf Glut. Durch die Parallel-Schaltung
mit den Glühkerzen wird also dadurch, daß das Glühen der Kerzen abgewartet werden
muß, dem Feld die nötige Zeit zur Entwicklung gelassen; wenn anschließend der Anlaßschalter
24 eingeschaltet wird, ist also das Feld in voller Stärke vorhanden.
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2. Der induktive Erregerstrom wird nicht unterbrochen. Nimmt man die
Spannung von 17 weg, so kann sich die Induktivität der Erregerwicklung auf die Glühkerzen
entladen. Es entsteht also kein induktiver Flammenbogen am Schalter 26.
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3. Solange der Hauptstromkreis noch offen ist, kann sich das Nebenschlußfeld
zwischen N und S (Abb. 3) vollkommen frei ausbilden, und es fließt auch über die
Streupole ein kräftiges Kraftlinienbündel. Die gesamte mit der Feldwicklung 9 verkettete
Kraftlinienzahl wird dadurch größer, als wenn der Weg über das Streupaket gesperrt
wäre.
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Wird nun, nachdem das Nebenschlußfeld in dieser Stärke einmal aufgebaut
ist, der Batteriestrom durch die Streupolwicklung 12 geschickt, so werden die Streukraftlinien
sofort aus dem Kern herausgetrieben; da die Nebenschlußwicklung jedoch die verkettete
Kraftlinienzahl festhalten will, werden dieselben nicht abgebaut, sondern in den
Anker umgeleitet. Es entsteht also unter Einwirkung des Einschaltstromstoßes eine
zusätzliche Verstärkung des Ankermagnetfeldes, was eine Erhöhung des Anlaufdrehmomentes
bzw. eine Verringerung der benötigten Stromstärke mit sich bringt. Im Betrieb wird
die Batterie über den Ladewiderstand 29 und den Ladeschalter 3o aufgeladen. Das
Einlegen des Ladeschalters erfolgt zweckmäßig gleichzeitig mit der Umschaltung der
Schalter 2o, 21, 22 und 25 von Anlaß- auf Betriebsschaltung.
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Die gesamte Umschaltung der Stromkreise kann leicht durch einen entsprechenden,
hier im einzelnen nicht näher dargestellten Paketschalter od. dgl. erfolgen, der
nur für kleine Stromstärken bemessen zu sein braucht. Auf einer dritten (Aus-) Schaltstellung
desselben wird zweckmäßig die Erregerwicklung in sich kurzgeschlossen, während 25
und 30 geöffnet sind.
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Die vorgeschriebene Anlaßordnung ist somit gleichzeitig weitgehend
betriebssicher und zeichnet sich infolge Fortfalls von zusätzlichen Maschinen durch
Einfachheit und geringen Bedarf an Anlaßleistung aus.