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Anordnung zum Vorwärmen und zum Lichtbogenschweißen unter Umformung
von Mehrphasenstrom mittels vormagnetisierter Drosselspulen Nach einem nicht vorbekannten
früheren Vorschlag ist es möglich, Mehrphasenstrom gegebener Frequenz, beispielsweise
üblicher Netzfrequenz, in Einphasenstrom von der doppelten Frequenz umzuformen unter
Verwendung gleichstromvormagnetisierter Drosselspulen. Die Anordnung ist hierbei
so getroffen, daß zwei Sätze derartiger Drosselspulen in einer Schaltung nach Art
der Scottschaltung vorgesehen sind, wobei sie derart an das Mehrphasennetz angeschlossen
werden, daß bei symmetrischer Belastung seiner. Phasen eine Einphasenspannung doppelter
Frequenz entsteht. Der Kurzschlußstrom läßt sich mittels der Gleichstromvormagnetisierung
steuern. Der nicht vorbekannte Vorschlag besagt weiterhin, daß eine solche Einrichtung
einerseits zum Lichtbogenschweißen benutzt werden kann und andererseits zum Speisen
von Induktionseinrichtungen für das industrielle Erhitzen von metallischen Gegenständen.
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Bei Schweißarbeiten, insbesondere an Rohrleitungen, ist es vielfach
erforderlich, das Gebiet der Schweißnaht ständig auf einer Temperatur zu halten,
die etwa 300° C beträgt. Bisher wurde in solchen Fällen derart verfahren, daß mit
Hilfe von Schweißbrennern die Umgebung der Schweißfuge auf etwa 300° C gebracht
und dann die Schweißnaht gelegt wurde. Nach dem Herstellen der ersten Schweißraupe,
war
dann im allgemeinen die Temperatur auf weniger als 300° C abgefallen,
und eine erneute Erwärmung einschließlich der bereits aufgelegten Raupe auf 300°
C wurde erforderlich. Infolgedessen nahm beispielsweise das Auseinanderschweißen
zweier Rohrschüsse eine erhebliche Zeit in Anspruch.
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Es wurde nuri. festgestellt, daß diese Arbeiten wesentlich erleichtert
und verkürzt werden können, wenn eine Anordnung zur Umformung von Mehrphasenstrom
gegebener Frequenz, insbesondere üblicher Netzfrequenz, in Einphasenstrom doppelter
Frequenzmittelsgleichstromvormagnetisierter Drossel spulen benutzt wirc'1, die gemäß
der Erfindung so ausgebaut ist, daß zwei unterschiedlich stark vormagnetisierbare
Drosselspulengruppen vorgesehen und mit zwei Stromabgabestellen derart verbunden
sind, daß entweder eine Erwärmung eines zu schweißenden Gegenstandes auf bespielsweise
300° C oder eine Lichtbogenschweißung vorgenommen werden kann. Die Schaltung ist
so vorzusehen, daß das Vorwärmen und das Schweißen aufeinanderfolgend vorgenommen
werden. Dies empfiehlt sich deshalb, weil durch die Wirkung der Induktionsspulen
der Schweißlichtbogen beeinflußt und unter Umständen sogar gelöscht werden kann.
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Wie verständlich, kann mit einer solchen Anordnung ohne weiteres mit
dem vorgesehenen Induktor zunächst eine Erwärmung der Umgebung der Schweißstelle
auf 300° C bewirkt und alsdann unter Aufrechterhaltung - der einmal erreichten Temperatur
die Schweißung durchgeführt werden. Als Induktor wird zweckmäßig eine Spule benutzt,
die jedes Ende der zusammenzuschweißenden Rohre umfaßt und im Bereich der zu legenden
Schweißnaht genügenden Raum frei läßt für die Arbeit mit der Schweißelektrode.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsformen des Erfindungsgedankens
in Form von Schaltbildern dargestellt. .
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Abb. .i zeigt die Gesamtanordnung gemäß der Erfindung. In einem Gehäuse
i beliebiger Art sind die Aggregate 2 und3 untergebracht, in denen sich dieunterschiedlich
stark vormagnetisierten Drosselspulengrup-.pen befinden. Beide Aggregate sind gleichartig
aufgebaut und dienen dazu, die Frequenz des Netzes auf die doppelte Frequenz zu
wandeln.
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An den Ausgangsklemmen q. des Aggregates 2 ist die Schweißelektrode
5 angeschlossen und außerdem der Anschluß an das Werkstück 7 hergestellt. Mit Hilfe
der Schweißelektrode 5 soll die Schweißnaht 6 hergestellt werden.
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An den Ausgangsklemmen 8 des Aggregates 3 ist die Induktionsspule
angeschlossen, die dazu dient, die Umgebung der Schweißnaht auf erhöhte Temperatur,
beispielsweise von etwa: 300° C, zu bringen: Die Spule ist in zwei Abschnitte g
und g' unterteilt, die rechts und links der Schweißnaht liegen und zwischen sich
einen Raum frei lassen, damit im Bereich der Schweißnaht einwandfrei gearbeitet
werden kann.
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Da befürchtet werden muß, daß der Schweißlichtbogen durch die Wirkung
des Induktorfeldes beeinträchtigt oder gar gelöscht wird, ist gemäß der Erfindung
die Anordnung so getroffen worden, wie dies in Abb. i angedeutet ist. In die Zuleitungen
zur Schweißelektrode ist ein strom- oder spannungsabhängiges Glied io eingeschaltet,
welches anspricht, wenn Strom in der Zuleitung zur Schweißelektrode fließt. Das
Glied io steuert alsdann ein Schütz ii, das die Stromzufuhr zum Aggregat 3 unterbricht.
Die Induktionsspule g, g' wird somit auf diese Weise sofort stromlos gemacht, wenn
bei 6 mit dem Schweißen begonnen wird.
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In Abb. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform für das Aggregat 2 in
Verbindung mit einem stromabhängigen Glied io dargestellt,, wobei die Darstellung
lediglich das Grundsätzliche der Anordnung wiedergibt. Wenn an die Klemmen q. die
Schweißelektrode 5 angeschlossen ist und diese auf die Schweißnaht aufgesetzt -wird,
so fließt durch den eingeschalteten Stromwandler 12 ein Strom. An die Sekundärklemmen
13 dieses Stromwandlers ist eine Relaisspule 1q. angeschlossen. Der Anker dieser
Spule öffnet den Kontakt 15, sobald die Spule iq. Strom führt. Dadurch wird die
Schützspule ii' stromlos, und die Kontakte des Schützes ii" werden geöffnet. Damit
wird die Stromzufuhr zum Aggregat 3 unterbrochen mit der Folge, daß auch die Induktionsspule
g, g' stromlos wird.
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In Abb. 3 ist eine Schaltung dargestellt; in welcher das Glied iö
spannungsabhängig ist. Bei Schweißumspannern ist bekanntlich die Leerlaufspannung
(an den Klemmen ¢) hoch gegenüber der Schweißspannung. Wird daher parallel zu den
Klemmen q. ein, Spannungswandler 16 angeordnet, an dessen Sekundärklemmen 16' ein
Relais 1q. mit Kontakten 15 angeschlossen ist, so ergibt sich folgende Wirkungsweise
Im Falle des Leerlaufs wird die Spannung auf der Sekundärseite des Transformators
so groß, daß der Anker des Relais 1q. angezogen wird. Die Kontakte 15 werden infolgedessen
geschlossen, und die Schützspule ii' hält die Kontakte ii" geschlossen. Sobald der
Schweißstrom fließt, sinkt die Sekundärspannung, und die Spannung an der Relaisspule
1q. reicht nicht mehr aus, um den Anker zu halten. Er fällt ab, und die Klemmen
15 werden geöffnet. Das Schütz ii' fällt infolgedessen ab, und das Aggregat 3 wird
stromlos. .
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Durch an sich bekannte Mittel; wie beispielsweise ein zeitabhängiges
Glied, kann das Wiedereinschalten des Relais verzögert bewirkt werden. Dies kann
beispielsweise geschehen durch Anbringen von Kurzschlußwindungen, durch Erhöhen
der Zeitkonstante der Spulen oder durch Kondensatoren, die parallel oder in Reihe
zugeschaltet sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß bei kurzzeitiger Unterbrechung
des Schweißstromes, beispielsweise wenn der Lichtbogen an der Elektrode beim Arbeiten
erlischt, ein Wiedereinschalten des Aggregates 3 vermieden wird. Wenn jedoch- die
Unterbrechung an der Schweißelektrode länger anhält, beispielsweise 15 Sekunden
oder mehr, wird das Aggregat 3 wieder eingeschaltet, so daß selbsttätig eine Vorwärmung
der Schweißnaht durch die Induktionsspule g, g' erfolgt.
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Es ist auf diese Weise möglich, völlig den jeweils vorliegenden Bedingungen
angepaßt zu arbeiten, d. h. vorzuwärmen, zu schweißen und nachzuwärmen, um alsdann
wieder weiterzuschweißen.
Wenn das Verschweißen der Rohrenden durch
Einlegen der einzelnen Schweißraupen in die V-Naht beendet ist, muß die Schweißstelle
in manchen Fällen durch eine Glühung entspannt oder normalisiert werden. Hierzu
sind Temperaturen von etwa 65o° C im einen und von etwa 92o° C im anderen Falle
erforderlich. Um auch diese Arbeiten mit dem Gerät durchführen zu können, wird gemäß
der Erfindung vorgeschlagen, die Anordnung so zu treffen, daß Mittel zur Parallelschaltung
der beiden Drosselspulengruppen vorgesehen werden, so daß nunmehr eine Stromabgabestelle
des Gerätes in der Lage ist, die doppelte Leistung zur Verfügung zu stellen. Die
beiden Drosselspulengruppen werden in diesem Falle mit gleich starker Vormagnetisierung
gefahren, und die Steuerung der abgegebenen Leistung ist sinngemäß in gleicher Weise
möglich, wie dies für eine einzelne Drosselspulengruppe beschrieben wurde. Der Induktor,
mit welchem die Vorerwärmung durchgeführt wurde, kann auf diese Weise entsprechend
angeschlossen die erforderliche Glühbehandlung der Schweißnaht bewirken, wobei die
notwendige Leistung von beiden Drosselspulengruppen zur Verfügung gestellt wird.
Im Falle des Parallelfahrens der beiden Drosselspulengruppen wird das strom- oder
spannungsabhängige Glied dadurch unwirksam gemacht, daß z. B. der Stromwandler 12
an seinen Klemmen 13 kurzgeschlossen wird oder die Klemmen 15 bei dem spannungsabhängigen
Glied überbrückt werden.
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Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Einrichtung in besonderem
Maße dazu geeignet ist, mit der üblichen Netzfrequenz von 5o Hz betrieben zu werden.
Es ist also möglich, das an sich einfache Gerät auf Baustellen od. dgl. an das vorhandene
Licht- oder Kraftnetz ohne weitere Hilfsmittel anzuschließen und Schweißungen vorzunehmen.