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Einrichtung zum maschinellen Lichtbogenschweissen.
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Erfindungsgemäss bleibt der Anker des Nachschubmotors beim Vor- und Rückschub der Elektrode mit seiner Stromquelle verbunden, und es erfolgt in Abhängigkeit von der Liehtbogenspannung eine solche Änderung der Erregung des Naehsehubmotors oder der Erregung einer den Nachsehubmotor speisenden
Steuerdynamo, dass der Vorschub bei Erhöhung der Liehtbogenspannung verstärkt, bei Verminderung der Lichtbogenspannung verlangsamt und auch verkehrt wird, wodurch erzielt wird, dass eine angeklebt Elektrode vom Werkstück abgezogen wird.
Durch Regelung kleiner Ströme und Spannungen werden grosse Beschleunigungs- und Verzögenmgskräfte auf den Nachschubmotor ausgeübt, und es ist möglich, ganz kleine und sicher wirkende, wenig Erhaltungskosten verursachende Regler anzuwenden, die fast augenblicklich wirken.
Bei Elektroschmelzöfen war es schon seit langem üblich, den Nachschub von Elektroden durch einen von einer Steuerdynamo gespeisten Motor unter Anwendung eines selbsttätigen Reglers zu beeinflussen.
Dort handelt es sich darum, die Leistung des Schmelzofen konstant zu erhalten, und es wurde dazu häufig ein Relais verwendet, das auf konstantem Strom oder konstante Leistung regelt. Der normale Betrieb eines Schmelzofen unterscheidet sich aber ganz bedeutend von einer Schweissvorrichtung, denn die Lichtbogenlänge beim Schmelzofen ist sehr gross im Verhältnis zu dem von der Elektrode in einer Sekunde zurückgelegten Weg, so dass die Gefahr des Berührens von Elektrode und Ofenboden und vor allem die Gefahr des Anklebens der Elektrode an das Werkstück nicht entsteht, ebensowenig die Nebenaufgabe des Naehsehubmotors, die Elektrode geradezurichten und die dadurch eintretende stark wechselnde Belastung des Motors.
Beim Schmelzofen wird auch die Spannung von aussen aufgedruckt, und eine Verkürzung des Lichtbogens bringt nur eine Erhöhung des Stromes und der Leistung. Zum Unterschied wird der Schweisslichtbogen meistens von einer Maschine gespeist, die bei Kurzschluss nur einen mässig höheren, unter Umständen sogar einen niedrigeren Strom ergibt als bei normaler Spannung und deren Spannung sich selbsttätig der Lichtbogenspannung anpasst. Es wäre daher auch nicht angezeigt, ein Stromrelais oder ein wattmetrisches Relais zur Regulierung zu verwenden, denn der Strom ändert sich oft nur wenig, und die Änderung der Leistungsaufnahme ist nicht eindeutig. Beim Abreissen des Lichtbogens ist die Leistung Null und auch beim Ankleben der Elektrode an das Werkstück sehr klein, weil die Spannung fast Null und der Strom nicht sehr verschieden vom normalen ist.
Ein Stromrelais kann wohl Anwendung finden, wenn die Charakteristik der Dynamomaschine so beschaffen ist, dass bei Verringerung der Spannung der Strom stetig steigt, aber gewöhnlich wird der in der Erfindung benutzte Regler durch eine Spannungsspule betätigt, die zum Lichtbogen parallel geschaltet wird.
Hat man im Schweissstromkreis keinen nennenswerten Widerstand, so wird durch die Erfindung auch die Schweissdynamo auf konstante Spannung geregelt, wenn der Nachschubmotor die Lichtbogen- spannung konstant erhält. Die Anordnung stellt also eine indirekte Regelung einer Dynamomaschine auf konstante Spannung dar durch Beeinflussung der Länge des von ihr gespeisten Schweisslichtbogens.
Die Einrichtung ist auch imstande, den Nachschub der Schweisselektroden mit stark verschiedener
Geschwindigkeit je nach ihrem Abbrand durchzuführen, so dass derselbe automatische Schweissapparat mit rasch und langsam abschmelzenden Drähten und mit Drähten verschiedenen Durchmessers gut funktionieren kann.
In einer Ausführungsform wird der Anker des Gleichstromnachschubmotors durch eine kleine Steuerdynamo mit Strom versorgt. Erregerstromkreis von Motor und Dynamo werden zweckmässig von einer besonderen Erregerdynamo gespeist. Die Erregung der Steuerdynamo wird mittels selbsttätigen Nebenschlussreglers so beeinflusst, dass sie von Null aus sowohl auf einen positiven als auch auf einen begrenzten negativen Wert gebracht werden kann. Bleibt die Spannung der Erregermasehine konstant, so wird der Nachschubmotor um so schneller laufen, je stärker die Erregung der Steuerdynamo ist. Läuft er mit bestimmter Geschwindigkeit und wird die Erregung der Steuerdynamo verstärkt, so findet eine Beschleunigung statt. Wird die Erregung der Dynamomaschine geschwächt, so findet eine Verzögerung statt.
Wird die Erregung der Dynamomaschine umgekehrt, so kann das Bremsmoment und die Verzögerung sehr bedeutend werden, und der Motor hat die Tendenz, sich in verkehrtem Sinne zu drehen. Die Beschleunigungs-und Bremskräfte, die auf diese Art hervorgerufen werden können, sind so bedeutend, dass die Wirkung der Massen von Motor und Getriebe dadurch wirksam bekämpft wird.
In einer ändern Ausführungsform wird der Regler in den Erregerkreis des Motors gelegt. Dabei kann der Motor entweder von einer Stromquelle annähernd konstanter Spannung betrieben oder parallel zum Liehtbogen angeschlossen sein. Wenn der Ankerwiderstand klein und der Anker an konstante Spannung angeschlossen ist, so wird die Drehzahl des Motors bei Verringerung des Nebensehlussstromes gesteigert. Um daher bei wachsendem Lichtbogen starken Nachschub zu erzielen, wird man den Nebenschlussstrom des Motors schwächen und wird ihn verstärken, wenn die Spannung des Lichtbogens zu klein wird.
Will man aber ein sehr starkes Bremsmoment anwenden und den Motor gegenläufig bewegen, so wäre als weitere Stufe nach der Einstellung des höchsten Erregerstromes die Umkehrung des Erregerstromes vonnöten, wobei Strom und Bremsmoment sehr gross werden.
Durch geeignete Bemessung eines Widerstandes im Motorkreis kann man sich aber von dieser unsteten Regelung befreien und bewirken, dass innerhalb gewisser Grenzen durch eine Schwächung des Erregerstromes im Motor eine Verlangsamung des Nachschubes eintritt und die Erregung negativ eingestellt
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wird, nachdem sie stetig durch Null durchgegangen ist. Im Widerstand des Motorkreises findet ein
Spannungsverlust statt, der dem Ankerstrom proportional ist. Als elektromotorische Kraft des Motors wirkt nur die Differenz zwischen Gesamtspannung und Spannungsverlust. Der Motor ist mit annähernd konstantem Moment belastet, und einer Schwächung des Magnetfeldes entspricht daher eine Vergrösserung des Ankerstromes.
Durch den Ohmschen Widerstand wird daher die elektromotorische Kraft des Motorankers verringert, so dass seine Geschwindigkeit von einem gewissen Grenzpunkt angefangen mit geschwächter Erregung abnimmt. Bei Erregung Null besteht keine elektromotorische Gegenkraft, und durch den Anker geht ein Strom, der als Quotient der zugeführten Spannung und des Widerstandes im Ankerstromkreis bestimmt ist. Hat der Motor von früher her noch eine gewisse Geschwindigkeit, so wirkt das ganze Lastmoment als Bremsmoment zum Abbremsen der Massenwirkung. Wird die Erregung ins Negative verkehrt, während der Motor noch eine gewisse Vorwärtsgeschwindigkeit hat, so sind äussere Spannung und EMK des Motorankers hintereinander geschaltet und rufen einen kräftigen Strom mit starkem Bremsmoment hervor.
Der Nachschubmotor kann ausser der automatisch betätigten Erregerwicklung noch eine Reihenschlusswicklung haben. Der selbsttätige Regler wird am besten als Schnellregler ausgeführt, beispielsweise als Zitterregler. Er kann auch aus aufeinandergelegten Kohlenplatten bestehen, die je nach dem ausgeübten Druck geringen oder grösseren Übergangswiderstand zeigen. Die Spannungsspule des Reglers ist zweckmässig mit oder ohne Vorschaltwiderstand parallel zum Lichtbogen geschaltet.
Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung gegeben, u. zw. zeigt Fig. 1 die Speisung des Nachschubmotors durch eine Steuerdynamo, auf deren Erregerwicklung ein selbsttätiger Zitterregler wirkt. Fig. 2 zeigt den Naehschubmotor gespeist von einer beliebigen Stromquelle, wobei sein Erregerstrom durch einen selbsttätigen Regler beeinflusst wird. Als Beispiel eines Reglers ist hier ein solcher mit Kohlenplatten angenommen, die durch verschiedenen Druck verschiedenen Übergangswiderstand ergeben. Fig. 3 zeigt eine Modifikation von Fig. 2, wobei der Motoranker mit vorgeschaltetem Widerstand parallel zum Lichtbogen geschaltet ist.
In Fig. 1 ist 1 eine Dynamomaschine mit zwei Klemmen 2, 3, die den Lichtbogen speisen, der zwischen der beweglichen Elektrode 4 und dem Werkstück 5 brennt. Die Elektrode 4 wird mittels Getriebes 6 vom Anker 7 des Nachschubmotors 8 bewegt, 9 ist die Feldwieklung des Motors. Steuerdynamo und Erregermaschine sitzen mit einem Motor 26 auf gemeinsamer Welle 27. - Der Anker des Nachschubmotors erhält seinen Strom vom Anker 10 der Steuerdynamo. Die Feldwicklung 9 des Nachschubmotor und die Feldwicklung 11, 12 der Steuerdynamo werden vom Anker 13 der Erregerdynamo gespeist, deren Feldwicklung 14 hier als Nebenschlusswicklung gezeichnet ist.
Die Erregung der Steuerdynamo besteht aus zwei Spulen 11 und 12, die im entgegengesetzten Sinn wirken und die durch zwei Regler 15 und 16 derart betätigt werden, dass entweder durch Kurzschliessen eines Vorsehaltwiderstandes 17 und 18 eine Spule über der andern das Übergewicht erhält oder dass beide gleich stark wirkend einander neutralisieren. Die beiden Spannungsregler 15 und 16 zur Betätigung der beiden Spulen werden zweckmässig auf verschiedene Spannung eingestellt. Für Regler 15 ist beispielsweise die Ruhespannung mit 16 Volt, für Regler 16 mit 6 Volt bestimmt. 16 Volt ist bei Drahtelektroden eine Lichtbogenspannung, bei der man gut arbeiten kann.
Steigt die Spannung durch stärkeren Abbrand der Elektrode über 16 Volt, so wird der Hebel 19 durch die Spannungsspule 20 des Reglers nach aufwärts gezogen, schliesst den Vorschaltwiderstand 17 kurz und verstärkt die Erregung der Steuerdynamo, damit auch die Spannung, die dem Anker des Nachschubmotors 8 zugeführt wird und daher die Geschwindigkeit des Nachschubes. Sinkt die Spannung unter 16 Volt, so wird der Hebel 29 durch die Wirkung der Feder 28 wieder abgezogen.
Tritt (selbst bei verminderter Naehsehubgesehwindigkeit, etwa durch eine erhöhte Stelle am Werkstück) eine so bedeutende Verkürzung des Lichtbogens ein, dass die Spannung auf 6 Volt sinkt und die unmittelbare Gefahr des Ankleben bevorsteht, so reisst die Feder 21 des zweiten Reglers 16 den beweglichen Teil 22
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des Stromes in Spule 12 und ruft während der ganzen Zeit eine starke Bremsung des Nachschubmotors und eine Verkehrung der Drehrichtung desselben hervor, so dass der Draht 4 abgerissen wird, noch ehe die zusammengeschweisste Stelle erkalten konnte.
Fig. 1 zeigt regelbare Widerstände 24 und 25 in Reihe mit den Spannungsspulen 20 und 23. Diese können dazu verwendet werden, um die Spannung zu adjustieren, auf welche diese Spulen regulieren.
Mit dem Nachschubmotor für den Draht kann auch ein Motor parallelgeschaltet sein, der die relative Verschiebung zwischen Schweisskopf und Werkstück besorgt. Dadurch wird erzielt, dass beim Ankleben des Schweissdrahtes keine Vorwärts-, sondern eine Rückbewegung des Werkstückes eintritt.
Dieser Motor ist in der Zeichnung nicht angedeutet.
In Fig. 2 ist keine Erreger-und Steuerdynamo zu sehen. Sowohl der Anker 31 als Erregerwicklung 32 und 33 des Nachschubmotors werden von einer beliebigen Stromquelle 39 gespeist. Die Erregung des Nachschubmotors besteht, der einfacheren zeichnerischen Darstellung des Reglers willen, aus zwei Spulen 32 und 33, die, wie es die Pfeile andeuten, in entgegengesetzter Richtung magnetisieren. Die Spule 33, die normal nicht eingeschaltet ist, soll dabei kräftiger sein als 32. Mit Spule 32 ist eine aus Kohlenplatten bestehende Säule 34 hintereinander geschaltet, die durch ein Gewicht 85 belastet wird,
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dem der magnetische Zug einer Spule 36 entgegenwirkt. Diese Spule ist mit oder ohne Vorsehaltwiderstand 37 zum Lichtbogen parallel angeschlossen.
Steigt die Lichtbogenspannung, so wird das Gewicht 3 durch den magnetischen Zug überwunden, die Kohlenplatten liegen mit geringerem Druck aufeinander und die Säule bietet einen hohen Widerstand, so dass der Strom in der mit ihr hintereinander geschalteten
Spule 32 verringert wird. Dies bewirkt eine Verminderung des Feldes und dadurch ein schnelleres Laufen des Motors. Sinkt aber die Spannung auf einen sehr kleinen Wert, z. B. 6 Volt, so wird durch das Sinken des Gewichtes 35 der Kontakt 38 betätigt, die starke Gegenerregerspule 33 wird eingeschaltet und bewirkt eine Verkehrung des Feldes.
In Fig. 3 ist der Nachschubmotor zum Lichtbogen parallel geschaltet. Dem Anker 31 des Nachschubmotors ist ein Widerstand 40 vorgeschaltet, und erhöhte Spannung des Lichtbogens bewirkt eine Verstärkung der Erregung in der Spule 32, verminderte Spannung eine Schwächung der Erregung und sehr niedrige Spannung eine Einschaltung des Stromes in der Spule 33, der das Feld des Nachschubmotors umkehrt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum maschinellen Lichtbogenschweissen, bei welcher der Nachsehubmotor für die Elektrode in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung des Nachsehubmotors oder die Erregung einer den Nachschubmotor speisenden Steuerdynamo derart verändert wird, dass der Vorschub nicht nur bei Erhöhung der Lichtbogenspannung verstärkt und bei Verminderung der Lichtbogenspannung verlangsamt, sondern zum Zweck des Abziehens einer angeklebten Elektrode vom Werkstück auch verkehrt wird.