DE608473C - Selbsterregter Gleichstromgenerator fuer Lichtbogenschweissung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
24. JANUAR 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 608473 KLASSE 21di GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Januar 1931 ab

Für das Schweißen mit dem elektrischen Lichtbogen werden Stromquellen benötigt, deren Spannung mit zunehmendem Belastungsstrom stark abfällt und deren Kurzschlußstrom den normalen Arbeitsstrom nur wenig über- oder unterschreitet. Außerdem wird die Forderung gestellt, daß Spannung und Stromstärke sich in möglichst kurzer Zeit wieder auf die normalen Werte einstellen, wenn vorübergehend durch die beim Arbeiten unvermeidlichen Änderungen der Lichtbogenlänge Strom- oder Spannungsänderungen eingetreten sind. Nur mit Stromquellen, deren Charakteristik diesen Anforderungen entspricht, kann ein richtiges Brennen des Lichtbogens und gleichmäßiger Einbrand an den Schweißstellen erreicht werden.

Für Gleichstromlichtbogenschweißung hat man bisher vielfach fremderregte Generatoren mit einer starken Gegenkompoundwicklung oder sogenannte Ankerquerfeldmaschmen (Rosenberg-Maschinen) verwendet. Die erstere Bauart, bei welcher die fremderregte Nebenschlußwicklung und die Gegenkompoundwicklung einander entgegenwirken, von den insgesamt auf den Polen aufgebrachten Erreger-Ampere-Windungen also nur die Differenz wirksam ausgenutzt wird, macht eine wesentliche Vergrößerung des Modells notwendig, um die beiden Erregerwicklungen unterbringen zu können. Außerdem muß die Gegenkompoundwicklung in Gruppen um-

schaltbar oder auf andere Weise regelbar sein, um auch für kleine Stromstärken stabile Lichtbogienverhältnisse zu erhalten. Diese Umschaltung ist bei den großen Stromstärken unbequem. Ferner ist noch eine Hilfserregermaschine zur Fremderregung notwendig.

Die zweite Bauart, die Querfeldmaschine, benutzt zur Erzeugung der nutzbaren Schweiß spannung ein Ankerquerfeld, welches von über einen zweiten Bürstensatz fließenden Kurzschlußströmen erregt wird. Bei dieser Bauart wird jedoch der Kommutator noch zusätzlich mit diesen Kurzschlußströmen belastet und muß daher reichlich groß bemessen werden. Im übrigen macht der Einbau von Wendepolen Schwierigkeiten. Das an sich schon wegen der Erregung vom Anker aus große Modell muß mit Rücksicht auf die Kommutierung noch reichlicher gewählt werden. Diese Maschinen fallen daher sehr schwer und teuer aus.

Es ist ferner eine Schaltung für Lichtbogenschweißgeneratoren bekanntgeworden, bei der die Erregung jeder der beiden Nebenschlußwicklungen durch eine Spannung erfolgt, welche von einer Hauptbürste und der dieser Hauptbürste in der Drehrichtung folgenden Hilfsbürste entnommen wird. Es werden also beide Nebenschlußwicklungen von einer Spannung erregt, welche bei Belastung infolge der Feldverzerrung durch die Ankerrückwirkung stark abfällt und sich so-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Eduard Scharpegge in Dresden-Striesen.

gar umkehren kann. Derartige Schweißmaschinen haben ferner noch den Nachteil, daß sie bei Kurzschluß vollkommen zusammenbrechen und fast keine Nebenschlußerregung behalten. Ihre Spannung baut sich daher nach Aufhebung des Kurzschlusses zu langsam wieder auf, so daß keine rechtzeitige Zündung des Lichtbogens möglich ist.

Die gleichen Nachteile weist eine andere bekanntgewordene Schaltung auf, bei der die Erregung der beiden Nebenschlußwicklungen mit der Nutzbürstenspannung und mit der Spannung zwischen einer Hauptbürste und der ihr in der Drehrichtung folgenden Querbürste erfolgt.

Die weiterhin bei Schweißgeneratoren benutzte Speisung der Erregerwicklung von einer Hilfsbürste und einer Hauptbürste, und zwar mit der bei Belastung fast konstant bleibenden Teilspannung, hat den Nachteil, daß die beiden Erregerwicklungen nicht auf einen gemeinsamen Polkern aufgebracht werden, keine normalen Modelle und Polschnitte verwendet werden können und zur Regelung des Schweißstromes in weiten Grenzen eine Bürstenverschiebung notwendig ist.

Alle diese Unannehmlichkeiten der bekannten Bauarten werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Erregung durch zwei Nebenschlußwicklungen erfolgt, von denen die eine an eine Hauptbürste und eine ihr in der Drehrichtung folgende Hilfsbürste, die andere Nebenschlußwicklung an eine Hauptbürste und eine ihr in der Drehrichtung vorangehende Querbürste angeschlossen ist. Diese Schaltung ist zwar bereits für mit veränderlicher Geschwindigkeit laufende, sich auf konstante Spannung selbst regelnde Dynamomaschine mit Hilfspolen bekanntgeworden, bei welcher der Strom den jeweiligen Belastungsverhältnissen des Netzes¹ entsprechend verändert wird. Dieser Generator findet Verwendung bei Anlagen für Beleuchtung, Heizung und Belüftung von Eisenbahnfahrzeugen oder für Beleuchtung von Kraftwagen.

Die gemäß der Erfindung erfolgte Benutzung der Schaltung für einen selbsterregten Gleichstromgenerator mit konstanter Drehzahl für Lichtbogenschweißung, dessen Spannung also veränderlich und dessen Strom konstant ist, zeigt für diesen Verwendungszweck gegenüber den bekannten Bauarten die folgenden besonderen Vorteile: Beim Aufheben des Kurzschlusses steigt die Spannung schnell an und ermöglicht eine zuverlässige Spannung des Lichtbogens. Eine Umkehrung der Erregerspannung ist ausgeschlossen.

Die beiden gemeinsamen Erregerwicklungen können auf einem gemeinsamen Polkern aufgebracht werden. Es können normale Modelle und Polschnitte verwendet werden. Eine "Regelung des Schweißstromes ist in weiten Grenzen ohne Bürstenverschiebung möglich. Die Leerlaufspannung kann wesentlich niedriger gehalten werden als bei den bisher üblichen Gegenkompoundgeneratoren, trotz Beibehaltung der für den Schweißbetrieb notwendigen steil abfallenden Charakteristik.

Abb. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, α ist der Anker des Generators, dessen Hauptbürsten b und c der Schweißstrom für den Lichtbogen d entnommen wird. Die Nebenschlußerregerwicklung I ist angeschlossen an Hauptbürste c und Hilfsbürste e, die Nebenschlußerregerwicklung II ist angeschlossen an Hauptbürste b und Hilfsbürste e. In dem Beispiel ist / ein gemeinsamer Regler für die Wicldungen I und II. Die Anordnung kann dabei so getroffen werden, daß bei stetiger Vergrößerung des Regulierwiderstandes für Wicklung I der Regelwiderstand für Wicklung II zuerst verkleinert und dann wieder vergrößert wird, was zur Erzielung günstiger Charakteristiken für große und kleine Schweißströme zweckmäßig sein kann. g und h sind in bekannter Weise feste Vorschaltwiderstände für die Erregerwicklung, _go welche den Zweck haben, durch Verringerung der Zeitkonstanten der Erregerwicklungen ein schnelleres Ansprechen der Maschinen zu erreichen.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:

Bei Leerlauf teilt die Hilfsbürste e die Gesamtspannung zwischen den Hauptbürsten b und c in zwei gleiche. Teile, die beiden Erregerwicklungen I und II erhalten also gleich große Erregerspannungen und werden in gleichem Sinne erregt. Bei Belastung der Hauptbürsten b und c mit Schweißstrom tritt durch die vom Ankerstrom verursachte Feldverzer-rung eine Verschiebung der Spannungsverhältnisse der beiden Teilspannungen b-e und e-c ein. Die Teilspannung e-c zwischen den Hilfsbürsten e und der ihr im Drehsinn vorangehenden Hauptbürste c bleibt trotz stark sinkender Gesamtspannung b-c fast konstant, so daß also der Erregerstrom der Wicklung I fast unverändert bleibt, während die Teilspannung b-e zwischen der Hilfsbürste e und der ihr im Drehsinn nachfolgenden Hauptbürste b stark abfällt und bei tarken Strömen sich sogar umkehrt. Der Erregerstrom der Wicklung II nimmt daher mit unehmendem Belastungsstrom stark ab und dreht sich sogar um.

Durch entsprechende Bemessung der beiden rregerwicklungen I und II und ihrer Regelwiderstände können Charakteristiken für

Spannung und Strom von der in Abb. 5 dargestellten Form erreicht werden. Je nach den Anforderungen des Schweißbetriebes kann erreicht werden, daß der Kurzschlußstrom nur wenig größer oder gleich oder auch kleiner als der normale Arbeitsstrom ist. Die Einstellung auf verschieden große Arbeitsströme erfolgt durch Verstellung des Reglers /. In Abb. 1 ist ein gemeinsam verstellbarer Regler für die Wicklungen I und II dargestellt. Will man bei gleichem normalem Ärbeitsstrom und Arbeitsspannung die Form der Charakteristik mehr oder weniger steil machen, so müssen beide Wicklungen einen getrennten Regler erhalten. Man wird hiervon aber im allgemeinen absehen, weil die Bedienung dadurch erschwert wird.

Die Abb. 2 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele für Abänderungen der Schaltung. In

ao Abb. 2 sind die beiden Erregerwicklungen I und II an je eine Querbürste e bzw. i und an eine gemeinsame Hauptbürste b angeschlossen. Diese Schaltung ist in ihrer Wirkung auf die Charakteristik gleichwertig mit der Schaltung nach Abb. 1. Man wird sie jedoch vorteilhaft dann benutzen, wenn die Belastung der Hilf sbürsten, für welche keine Wendepole vorgesehen werden, Schwierigkeiten in der Stromwendung macht, die durch eine Anordnung einer zweiten Hilfsbürste beseitigt werden.

In Abb. 3 ist eine vom Schweißstrom erregte Gegenkompoundwicklung III vorgesehen. Eine solche Schaltung wird zweckmäßig dann benutzt, wenn durch die Wicklung II allein noch nicht der gewünschte Abfall der Spannungscharakteristik erreicht wird und erst durch eine besondere Gegenkompoundwicklung der starke Abfall eintritt. Die gleiche Wirkung kann durch indirekte Gegenkompoundierung nach Abb. 4 erreicht werden, indem die Wicklung III an beide Hilfsbürsten e und i angeschlossen wird. Eine solche Anordnung hat wickeltechnische Vorteile gegenüber der Schaltung nach Abb. 3, weil die Kompoundwicfchmgen für starke Ströme bei den hierfür in Frage kommenden kleinen Modellen etwas unbequem in der Herstellung sind.

In Abb. 7 sind K die Hauptpole, welche mit Aussparungen versehen sind, um ein funkenfreies Arbeiten der Hilfsbürsten e und i zu erreichen; / sind die Wendepole für den Hauptstrom.

Die vorliegenden Schaltungen sind nicht nur anwendbar bei Maschinen mit normalen Polen nach Abb. 7, sondern sie können auch in gleicher Weise für sogenannte Spaltpolanordnung nach Abb. 8 mit den Teilpolen K₁ und K₂ verwendet werden. Die Spaltpolanordnung nach Abb. 8 wird man dann wählen, wenn der mit einteiligen normalen Polen erreichbare stabile Regelbereich des Schweißstromes von etwa 1 :4 und 1 : 5 nicht ausreicht und eine weitgehendere Regelung verlangt wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Selbsterregter Gleichstromgenerator für Lichtbogenschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung durch zwei Nebenschlußwicklungen erfolgt, von denen die eine an eine Hauptbürste und eine ihr in der Drehrichtung nachfolgende Hilfsbürste, die andere Nebenschlußwicklung an eine Hauptbürste und eine ihr in der Drehrichtung vorangehende Hilfsbürste angeschlossen ist.

2. Selbsterregter Gleichstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß der beiden Erregerwicklungen an eine gemeinsame Hilfsbürste, jedoch verschiedene Hauptbürsten erfolgt.

3. Selbsterregter Gleichstromgenerator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß der beiden '85 Erregerwicklungen an eine gemeinsame Hauptbürste, jedoch verschiedene Hilfsbürsten erfolgt.

4. Selbsterregter Gleichstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenkompoundwicklung verwendet wird.

5. Selbsterregter Gleichstromgenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenkompouridierende Wirkung indirekt durch Anschluß einer fest einstellbaren oder regelbaren Gegenkompoundwicklung an zwei Hilfsbürsten erfolgt.

6. Selbsterregter Gleichstromgenerator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußwicklung einen festen Vorschaltwiderstand erhält.

7. Selbsterregter Gleichstromgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausführung als Spaltpolmaschine.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen