DEC0009047MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 16. März 1954 Bekanntgemacht am 23. August 1#56

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft Geräte zur elektrischen Widerstandserwärmung, insbesondere Schweißgeräte, mit mindestens vier Spannbacken, die über dicht nebeneinandergeführte, von Strömen entgegengesetzter Richtung durchflossene Zuführungsleitungen von zwei Transformator-Sekundärwicklungen gespeist werden.

Bei Geräten für elektrische Widerstandserwärmung bzw. elektrischen Schweißgeräten bildet die Blindleistungskomponente, deren Größe fast ausschließlich vom induktiven Widerstand des Sekundärkreises des Gerätetransformators abhängt, den überwiegenden Anteil der dem Gerät zugeführten Leistung. Der Blindwiderstand des Sekundärkreises ist abhängig von der Größe der Fläche, die die Schleife dieses Kreises umschließt. Bei Geräten für höhere Leistungen steigt die ihnen zugefü'hrte Primärleistung nicht proportional mit dem Querschnitt des Werkstückes, sondern viel schneller. Mit zunehmendem Querschnitt steigt nämlich nicht nur der erforderliche Sekundärstrom, sondern es nehmen ebenfalls die geometrischen Abmessungen des Sekundärkreises und daher die Reaktanz des Gerätes zu.

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Dadurch ist die Baugröße eines solches Gerätes begrenzt. Oberhalb einer gewissen Grenze würde man zu einem gewaltigen Strombedarf gelangen. Es ist daher äußerst wichtig, eine Anordnung des Sekundärkreises zu wählen, die eine kleine Reaktanz besitzt.

Es ist bekannt, zur Verminderung der Blindleistung in den Primär- oder Sekundärkreis des Speisetransformators des Gerätes einen Kondensator zu schalten. Ein Kondensator konstanter Größe im Primärkreis des Gerätes zeitigt jedoch keine guten Ergebnisse, denn die von einem solchen Gerät, namentlich beim Stumpfschweißen, aufgenommene Leistung schwankt fortwährend; das Gerät ist zeitweise überkompensiert, und es entstehen elektrische Schwingungserscheinungen, die sich auf das Netz übertragen. Beim unmittelbaren Ausgleich der Reaktanz im Sekundärkreis dies Gerätes ist außer einem Kondensator auch ein weiterer Transformator erforderlich, dessen Kern mit der Sekundärschleife des Speisetransformators gekoppelt ist. Dies bringt eine weitere Vergrößerung der Sekundärschleife mit sich, und die durch eine solche Maßnahme erzielten Vorteile stehen in keinem Verhältnis zu den hierdurch entstehenden höheren Kosten.

Eine andere bekannte Konstruktionsart sieht zur Verkleinerung der Fläche der Sekundärschleife einen Transformator schlanker Form direkt zwisehen den Spannbackenträgern vor, der also nahe an den Spannbacken angeordnet ist, so daß die Sekundärleitungen kurz ausfallen uiid die Fläche der Sekundärschleife klein ist. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß dieser Transformator zwischen den Trägern trotz seiner Schmalheit doch ein Hindernis für die horizontale Annäherung der Spannbacken zueinander bildet.

Die horizontale Verschiebung der Spannbacken wird hierdurch begrenzt. Außerdem wird ein in der Nähe der Spannbacken angeordneter Transformator während des Schweißens durch erhitzte Metallteilchen stark bespritzt. Es ist sehr schwierig, ein Eindringen von Metallstaub zwischen die Windungen des Transformators zu verhindern.

Bei Geräten für größere Leistung werden aus Gründen gleichmäßiger Wärmeverteilung im ganzen Querschnitte des Werkstückes beide Backen eines jeden Spannbackenpaares mit Stromzuleitungen versehen. Es ist üblich, die Spannbacken aus zwei Sekundärwicklungen entweder eines einzigen Transformators oder zweier getrennter, parallel geschalteter Transformatoren zu speisen. Dabei ist es notwendig, die sekundären Zuführungsleitungen zu den Spannbacken über Kreuz zu verlegen. Die Anschlüsse der einen Sekundärwicklung werden z. B. zur linken oberen und zur rechten unteren Backe, die Anschlüsse der anderen Sekundärwicklung werden zur rechten oberen und zur linken unteren Backe geführt. Die dadurch entstehenden Kreuzungen der sekundären Zuführungsleitungen untereinander bringen große Schwierigkeiten mit sich, denn die Leitungen besitzen aus Gründen einer guten Kühlung blanke Oberflächen und müssen biegsam sein, da die Backenpaare in vertikaler Richtung zueinander beweglich sind und die Ständer, die die Spannbackenpaare tragen, in horizontaler Richtung bewegbar sind. Beim plötzlichen Einschalten und Unterbrechen der Sekundärströme (sie sind praktisch Kurzschlußströme) ziehen sich die biegsamen Zuführung«- leitungen gegenseitig stark an oder stoßen sich ab, und es entsteht eine Kurzschlußgefahr.

Es ist somit schwierig, in dem engen, zur Verfügung stehenden Raum eine Kreuzung der Zuführungsleitungen vorzunehmen. Wird die Kreuzung nicht in der Nähe der Spannbacken vorgenommen, ergibt sich eine Vergrößerung der von den Sekundärschleifen umschlossenen Fläche und somit eine Vergrößerung- der Reaktanz.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen mit zwei Sekundärschleifeii besteht darin, daß bei einer Stromunterbrechung oder Vergrößerung des Widerstandes in einem der Sekundärkreise — was sehr oft eintritt, da die Oberfläche des Werkstückes unter den Spannbacken nicht rein ist — die Belastung des parallel geschalteten anderen Sekundärkreises bzw. die des parallel geschalteten Transformators steigt, so daß die Gefahr des Durchbrennens mit den damit verbundenen unangenehmen Folgen besteht.

Bei den. bekannten Geräten mit zwei Sekundärwicklungen ist man bestrebt, die Gesamtreaktanz durch Verminderung der Fläche der Schleife zwischen zwei Zuleitungen einer jeden Sekundärwicklung dadurch zu verkleinern, daß man die Zuleitungen auf einer möglichst langen Strecke dicht nebeneinander führt und sie erst dort auseinander gehen läßt, wo es wegen der Beweglichkeit der Spannbacken unbedingt nötig ist, oder wo genug Platz für eine Kreuzung zur Verfügung steht. Die sich verzweigenden Zuleitungen werden dann zu Spannbacken geführt, die diagonal zueinander liegen. Eine solche Anordnung ist in Abb. 1 dargestellt. Mit ι und 2 sind die Sekundärwicklungen eines einzigen oder zweier getrennter Transformatoren bezeichnet.

Die Ströme I₁ und I₂ durchfließen das Werkstück (nicht eingezeichnet) in diagonalen, sich kreuzenden Richtungen, wie zwischen den Spannbacken 5, 6, 7, 8 strichpunktiert angedeutet ist. Wenn die Verzweigung und Kreuzung der Zuleitungen 11, 12 und 21, 22 in der Nähe der Spannbacken vorgenommen wird, so ist dies nicht nur . konstruktionsmäßig sehr schwer durchzuführen, sondern es entstehen auch Schwierigkeiten beim Einspannen des Werkstückes. Wird die Kreuzung in einem Abstand von den Spannbacken angeordnet, werden die Flächen α und b der Schleifen und damit die Reaktanz größer.

Außerdem besteht die Gefahr, daß das verspritzte Metall an der Kreuzungsstelle Kurzschlüsse zwischen den blanken Leitungen verursacht.

Bei dem Gerät gemäß der Erfindung mit mindestens vier Spannbacken, die über dicht nebeneinandergeführte, von Strömen entgegengesetzter

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Richtung durchflossene Zuführungsleitungen von z\vei Transformator-Sekundärwicklungen so gespeist werden, daß die Transformatorstromkreise sich im Werkstück kreuzen, sind alle diese Nachteile dadurch beseitigt, -daß je zwei dicht nebeneinanderliegende Zuführungsleitung«! mit verschiedenen Transformator-Sekundärwicklungen verbunden und bis zu einem Spannbackenpaar geführt sind.

ίο Abb. 2 veranschaulicht schematisch die erfindungsgemäße Anordnung \^rön zwei Stromkreisen, die aus zwei Sekundärwicklungen gespeist werden. Die Bezugszeichen sind hier sowie bei den übrigen Abbildungen die gleichen wie in Abb. i. Der Strom I₉ der Sekundärwicklung 2 fließt in der Pfeilrichtung durch die Zuleitung 21 zur Spannbacke 5, dann durch das nicht eingezeichnete Werkstück zur Spannbacke 8 und durch die Zuleitung 22 zurück zur Wicklung 2. Der Strom I₁ fließt entsprechend von der Wicklung 1 durch die Zuleitung

12, Spannbacke 7, Werkstück, Spannbacke 6, Zuleitung 11 zurück zur Wicklung 1. Zwischen den zwei Spannbackenpaaren 5, 7 und 6, 8 ist die Stromrichtung gleichsinnig.

Je zwei mit zwei verschiedenen Sekundärwicklungen i, 2 verbundene Zuleitungen liegen auf ihrer ganzen Länge gegeneinander isoliert dicht nebeneinander. Sie werden von den Strömen I₁ und I₉ in entgegengesetzter Richtung durchflossen. Die magnetische Wirkung der Stromschleife der Sekundärwicklung 2 wird durch die der Stromschleife der Sekundärwicklung 1 kompensiert, die resultierende Reaktanz wird also klein. Unter der Voraussetzung, daß die Ströme I₁ und I₂ einander gleich sind, ist der Einfluß der Schleife zwischen den Zuleitungspaaren 11, 21 und 12, 22 praktisch aufgehoben. Die Zuleitungspaare sind ungekreuzt bis dicht an das eine Backenpaar 5, 7 geführt. Je eine Leitung 21, 12 der Zuleitungspaare, die mit verschiedenen Sekundärwicklungen 1, 2 verbunden sind, wird unmittelbar an das Backenpaar 5, 7 angeschlossen, während die anderen Leitungen 11, 22 über kurze biegsame bogenartige Querverbindungen

13, 23, die dieErhitzungs- bzw. Schweißstelle überbrücken, mit dem anderen Backenpaar 6, 8 verbunden sind. Durch eine solche Anordnung wird erreicht, daß im Werkstück ein diagonaler Verlauf der Ströme I₁ und I₂ erzielt wird, obwohl keine Kreuzung der Zuleitungen in der Nähe der Spannbacken vorgenommen \vird. Dadurch werden die von den Stromschleifen der Sekundärkreise umschlossenen Flächen praktisch auf die der kleinen Schleifen der Verbindungsstücke 13 und 23 reduziert.

Diese Anordnung bringt jedoch noch weitere Vorteile mit sich. Wenn durch schlechten Kontakt zwischen Spannbacke und Werkstück eine Unterbrechung in einem der Stromkreise, z. B. im Sekundärkreis ι entsteht, wird die Wirkung seiner Stromschleife aufgehoben. Dadurch wird die nicht kompensierte breite Schleife der Sekundärwicklung 2 zwischen den Zuleitungen 21 und 22 voll wirksam, die Reaktanz dieses Stromkreises wächst stark an, so daß der Strom bei genügendem Abstand der Zuleitungen 21, 22 nicht nur nicht steigt, sondern gegebenenfalls sogar sinkt.

Hierdurch wird ein selbsttätiger Schutz sowohl der Zuleitungen als auch ferner der Sekundärwicklung und gegebenenfalls der Primärwicklung des Transformators des nicht unterbrochenen Stromkreises erzielt.

In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Zuleitungen dargestellt. Die eng nebeneinander verlaufenden Zuführungsleitungen 11, 21 sind bis zur Spannbacke 5 geführt. Eine dieser Leitungen, z.B. die Leitung 21, ist mit der Spannbacke 5 leitend verbunden, die Leitung 11 jedoch ist durch die Isolation 10 von der Leitung 21 isoliert und durch ein Verbindungsstück 13 bis zur Backe 6 geführt. In gleicher Weise ist die Leitung 12 mit der Spannbacke 7 leitend verbunden und die Zuleitung 22 durch die Isolation 10' von der Spannbacke 7 isoliert und über ein Verbindungsstück 23 mit der Backe 8 verbunden. Die Zuleitungen 11,12 und 21,22, ferner dieVerbindungsstücke 13, 23 bestehen aus biegsamen Kupferbändern, so daß eine vertikale Bewegung der Spannbacken 5, 7 möglich ist (Richtung c), wobei die \^erbindungsstücke 13, 23 gleichzeitig auch eine horizontale Bewegung der Spannbacken 6, 8 zulassen (Richtung c'). Die Anschlußstücke für die \^erbindung mit der Sekundärwicklung sind mit 14, 24 und 15, 25 bezeichnet. Die Zeichnung läßt erkennen, daß es vorteilhaft ist, die Zuleitungen in der durch die Linie C-C angedeuteten Ebene der Spannbacken 5, 7 verlaufen zu lassen. DieVertikalachse des Transformators liegt dann im Abstand el seitlich von der Erhitzungsstelle D, und der Transformator ist besser vor Bespritzung durch die erhitzten Metallteilchen geschützt. .

Wie aus Abb. 2 hervorgeht, ist es zweckmäßig, die gewünschte Ausgangslage der Zuleitungen möglichst nahe oder unmittelbar am Speisetransformator oder den Transformatoren herzustellen, und zwar so, daß von den verschiedenen Sekundärwicklungen immer zwei Ableitungen mit entgegengesetzter Stromrichtung ausgehen. Wie aus der weiteren Beschreibung ersichtlich, sind hierfür verschiedene Ausführungsmöglichkeiten gegeben. In dem in Abb. 4 dargestellten Beispiel sind mit 14, 16 Anschlüsse der Sekundärwicklung 1, und mit 24, 25 die Anschlüsse der Sekundärwicklung 2 bezeichnet. Auf den einzelnen Anschlüssen sind die Spannungsrichtungen in den einzelnen Sekundärwicklungen angedeutet. Mit den Anschlüssen 16,24 sind die Verbindungsstücke 17, 27 verbunden und über Kreuz mit ihren Enden neben die Anschlüsse 14, 25 der Sekundärwicklungen geführt. Die Verbindungsstücke 17, 27 sind unbiegsam, z.B. aus gegossenem Kupfer, und ihre Kreuzbung bringt auch auf engem Räume keine konstruktiven Schwierigkeiten mit sich. Der Kern 9 des Transformators ist gestrichelt angedeutet.

Die Kreuzung der Sekundärkreisanschlüsse muß naturgemäß nicht mit Hilfe besonderer Verbindungsstücke erfolgen. Vielmehr können die Enden

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der massiven Sekundärwicklungen des Transformators selbst in geeigneter Form gebogen sein, wie dies in Abb. 6 dargestellt ist.

Das gleiche Ergebnis kann in elektrischer Hinsieht durch Kreuzung der Sekundärwicklung an einer anderen Stelle, z. B. an der Rückseite des Transformators, erzielt werden, wie dies in Abb. 7 veranschaulicht ist. Im allgemeinen wird die Kreuzung außerhalb des Raumes zwischen den Zuleitungspaaren ii, 2i und 12,22 bzw. zwischen den Spannbackenträgern durchgeführt.

Schließlich kann die Kreuzung unmittelbar zwischen den Schenkeln 9, 9' eines als Kerntransformator ausgeführten Transformators vorgenommen werden. Abb. 8 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Transformators, bei der die primäre und sekundäre Wicklung auf zwei Schenkel 9 und 9' des Kernes verteilt ist. Die Kreuzung befindet sich an der Stelle A. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, umschließt der größere Teil der Sekundärwicklung den Schenkel 9 und der verbleibende Teil den zweiten Schenkel 9'. Bei dieser Ausführungsform wird ein besonders wirksamer Selbstschutz der Sekundärwicklung gegen Überlastung erzielt, da die Sekundärwicklungen eine nahezu offene Schleife bilden, so daß bei Unterbrechung des einen Stromkreises bereits die zweite Sekundärwicklung allein ohne die Schleife der Zuleitung eine große Reaktanz besitzt. Abb. 9 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel für die Kreuzung der Sekundärwicklungen an der Stelle A nach Art der Kreuzung von Flachriemen. An der Kreuzungsstelle wird, wie angedeutet ist, das Profil der Sekundärwicklungen flacher und breiter, so daß der Leiterquerschnitt auch an der Kreuzungsstelle erhalten bleibt und, wie die Ansicht des Transformators von vorn in Abb. 10 erkennen läßt, kein Hindernis für die scheibenförmigen Primärspulen bildet, die mit 3, 3' und 4, 4' bezeichnet sind. Das Wesen der Erfindung wird nicht geändert, wenn an Stelle eines Transformators zwei Speisetransformatoren verwendet werden, auf deren Sekundärseiten die Kreuzung der Wicklungsanschlüsse nach einem der beschriebenen Beispiele durchgeführt wird.

In Abb. 5 ist als Ausführungsbeispiel eine weitere günstige Anordnungsmöglichkeit für die Anschlüsse bei Verwendung zweier unabhängiger Transformatoren mit je einer Sekundärwicklung dargestellt. Hier ist die Kreuzung auf der Primärseite vorgenommen. Die Transformatoren sind in zueinander entgegengesetztem Sinne an das Netz angeschlossen, so daß die erwünschte Spannungsrichtung an den Anschlüssen 14, 24 und 15, 25 der Sekundärwicklungen ohne jedwede besondere Anordnungsmaßnahmen erreicht wird. Dieses Ziel kann durch Umklemmung der Anschlüsse der Primärwicklung oder durch entgegengesetzten Wicklungssinii der Primärspulen eines der Transformatoren oder durch dessen geometrische Verdrehung um i8o° erzielt werden. In diesem Fall entfällt jedwede Kreuzung im Sekundärkreise des Gerätes.

Bei der Verwendung von zwei Transformatoren ist es von Vorteil, die Primärwicklungen der beiden Transformatoren anstatt wie üblich parallel in Reihe zu schalten. ' Bei einer Unterbrechung im Stromkreis einer Sekundärwicklung wird die zweite Sekundärwicklung noch wirksamer gegen Überlastung geschützt, da die Primärwicklung des Transformators, dessen Sekundärkreis unterbrochen ist, als Drosselspule für die Primärwicklung des anderen Transformators wirkt. Diese Schutzanordnung ist nicht nur bei einem Gerät gemäß der Erfindung, sondern ganz allgemein bei ähnlichen Geräten mit zwei Transformatoren anwendbar. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das Gerät gemäß der Erfindung in erster Linie folgende Vorteile aufweist. Der Speisetramsformator kann in einem Abstand von den Spannbacken angeordnet und dadurch gegen Eindringen von Metallstaub besser geschützt werden; wobei die Reaktanz der Zuführungsleitungen auf der Sekundärseite sehr gering bleibt. Die Zuführung des , Stromes zu den Spannbacken erfolgt im Prinzip über Kreuz, ohne daß durch die Kreuzung der Zuführungsleitungen auch nur die geringsten konstruktiven Schwierigkeiten auftreten. Bei dem Gerät gemäß der Erfindung müssen die Zuführungsleitungen einer Sekundärwicklung nicht paarweise dicht nebeneinander geführt werden, sondern können im Gegenteil möglichst weit voneinander verlegt sein. Unter bzw. zwischen den Zuleitungspaaren kann sich sogar ein Bestandteil des Gerätes aus ferromagnetischem Material befinden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gerät zur. elektrischen Widerstandserwärmung, insbesondere Schweißgerät mit mindestens vier Spannbacken, die über dicht nebeneinandergeführte, von Strömen entgegengesetzter Richtung durchflossene Zuführungsleitungen von zwei Transformator-Sekundärwicklungen so gespeist werden, daß die Transformatorstromkreise sich im Werkstück kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei dicht nebeneinanderliegende Zuführungsleitungen (11, 21 und 12,22) mit verschiedenen Sekundärwicklungen (1, 2) verbunden und bis zu einem der Spannbackenpaare (5, 7) geführt sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (13, 23) zwischen den Backenpaaren (5, 7 und 6, 8) bogenförmig und biegsam sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zu verschiedenen Sekundärwicklungen (1, 2) gehörige Wicklungsleitungen außerhalb des Raumes zwischen den Zuleitungspaaren (11, 21 und 12,22) bzw. zwisehen den Spannbackenträgern, vorzugsweise am Speiisetransformator, gekreuzt sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzung der Sekundärwicklungsleitungen (1, 2) im Innern des Speisetransformators liegt.

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5. Gerät nach Anspruch 1 bis 3 mit zwei Speisetransformatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzung der Wicklungsleitungen auf der Primärseite durchgeführt wird (Abb. 5).

6. Gerät nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzung der Sekundärwicklungsleitungen (1,2) in der Nähe der Verbindungsstelle der Zuführungsleitungen (11, 12, 21, 22) mit den Anschlüssen (14, 15, 24, 25) der Sekundärwicklungen liegt.

7. Gerät, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzung der Sekundärwicklungsleitungen (1, 2) an der der Verbindungsetelle der Zuführungsleitungen (11, 12, 21, 22) mit den Anschlüssen (14, 15, 24, 25) der Sekundärwicklungen abgewandten Seite des Transformatorkernes (9) liegt (Abb. 7).

8. Gerät, insbesondere nach Anspruch 1,2 und 5, mit zwei Speisetransformatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen der Speisetransformatoren in Reihe geschaltet sind.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn-, zeichnet, daß die Fläche zwischen den Zuleitungspaaren (11,21 und 12,22) derart dimensioniert ist, daß bei Stromverminderung des einen Sekundärkreises (z. B. 1, 11, 13, 6, 7, 12) der Strom im anderen Sekundärkreis< (2, 22, 23, 8, 5, 21) gleichbleibt bzw. noch abnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen