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Schaltanordnung für Widerstandspunkt- und Nahtschweißmaschinen mit
den Schweißstromkreis steuerndem Modulator Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung
für Wi@d-erstandspunlrt- und Nahtschweißmaschinen mit den Schweißstromkreis steuerndem
Modulator. Es sind bereits Wechselspannungsmodulatoren bekanntgeworden, bei denen-
die Hüllkurve der Augenblickswerte der Sekundärspannung mit fortschreitender Änderung
der Läuferstellung sich sinusförmig ändert. Mit Hilfe dieser Modulatoren wird es
ermöglicht, einen periodisch sich erhöhenden und erniedrigenden Wechselstrom zu
erzeugen.
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Derartige Mödulatoren werden z. B. bei dem bekannten Modulationsschweißverfahren
verwendet, bei dem die für eine aus Einzelpunkten zusammengesetzte Nahtschweißung
erforderlichenLeistungsspitzen nicht mitKontakten zu- und, abgeschaltet werden.
Bei diesem Verfahren wird ein mit einer bestimmten Drehzahl umlaufender Drehumspanner,
ein sogenannter Modulator, benutzt, der die Spannung an den Klemmen d'er Schweißmaschine
periodisch erhöht und erniedrigt.
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Es hat sich aber ergeben., daß für die Bearbeitung von Reinaluminium,
Kupfer und anderen schwer nahtschweißbaren Metallen
ein solcher
Modulator sich als Schweißstromquelle nicht eignet. Für das Verschweißen von Blechen
aus diesen Werkstoffen ist vielmehr ein Verfahren erforderlich, .das den Strom in
den Schweißpausen vollständig ausschaltet und darüber hinaus die Festlegung eines
beliebigen Verhältnisses zwischen ein-und ausgeschalteter Zeit des Schweißstromes.
gestattet. Mit dein bekannten Modulator isi@: wohl die erste Bedingung zu erfüllen,
falls die Modulation auf -f- iooo/o getrieben wird. In diesem Falle wird zwar ein
Nulldurchgang des Stromes erreicht, jedoch ist man: bei diesem Schweißverfahren
immer an die naturgegebene, etwa sinusförmige Änderung der Schweißspannung gebunden.
Infolgedessen ist selbst bei einer :Modulation von iooo/o .die Zeit, während der
. die Spannung bzw. der Strom ,Null sind, unendlich klein. und der Anstieg bzw.
Abfall des Effektivwertes der Schweißspannung etwa entsprechend einer Sinuskurve.
Da die schwer zu verschweißenden Werkstoffe bestimmte Verhältnisse zwischen Sch,.veißzeit
und Schweißpause erfordern, müßtebei diesem unendlich kurzen Nulldurchgang .der
Spannung bzw. des Stromes ein mechanisches Abschalten. vorgenommen werden, um eine
längere Nullzeit zu erreichen. Dies ist jedoch wegen der außerordentlich kurzen
Zeit des Nulldurchganges der Spannung mit großen Schwierigkeiten verbunden.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden., zum Widerstandsnahtschweißen
einen Modulator mit trapezförmigerÄnderung der Amplitudenwerte seiner Sekundärspannung
zu benutzen. Durch diesen Modulator wird unter anderem erreicht, daß die Zeit zum
Schweißen eines Punktes ausreichend groß wird, ohne daß demzufolge eine Überhitzung
des zu schweißenden Mat,-rials zu befürchten ist.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Schaltanordnung für Widerstandspunkt-
und Nahtschweißmaschinen mit den Schweißstromkreis steuerndem Modulator, dessen
Primärteil an einem Wechselstromnetz liegt, während der Sekundärteil mit .der Hochvoltwicklung
eines Schweißtransformators und dem Netz in Reihe geschaltet ist, und besteht darin,
daß ein Modulator mit trapezförmiger Änderung der Amplitudenwerte seiner Sekundärspannung
und einem Modulationsgrad von ioo °/o verwendet wird.
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In vorteilhafter Weise liegt im Stromkreis der Hochvoltwicklung des
Schweißtransformators ein mechanisch gesteuerter, mit dem Modulator starr gekuppelter
Schalter, der in der Nullzeit der Spannung den Schweißstromkreis öffnet bzw. schließt.
Es können weiterhin auch mehrere Schalter vorgesehen sein, die verschiedene Verhältnisse
von Schweißzeit zu Schweißpause einzustellen gestatten. , Die trapezförmige Änderung
der Amplitudenwerte der Sekundärspannung des Modulators kann entweder durch entsprechende
Anordnung der Wicklungen oder durch besondere Ausbildung des Luftspaltes hervorgerufen
werden. Sie kann aber auch dadurch erreicht werden, daß gleichzeitig eine besondere
Anordnung der Wicklungen und eine .besondere Ausbildung des Luftspaltes benutzt
e -erden. Die trapezförmige Änderung der Hüllkurve wird auch dann erreicht, wenn
die Polbreite des Sekundärteils des Modulators von der des Primärteils abweicht.
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Weiterhin kann der trapezförmige Verlauf der Hüllkurve auch dadurch
erzielt werden, daß der Sekundärteil des Modulators während der Drehung um nahezu
i8o elektrische Grade in einem homogenen Feld, während der Drehung um nahezu weitere
i,"-,o elektrische Grade ebenfalls in einem homogenen, aber in jedem Augenblick
dem ersten entgegengesetzt gerichteten Feld sich bewegt. Dadurch wird erzielt, daß
während der Drehung um fast iSgo elektrische Grade der den Sekundärteil durchsetzende
Magnetfluß gleichbleibt und infolgedessen auch die modulierte Spannung während dieser
Zeit den gleichen Wert beibehält. Die Rotationsspannung ist dabei vernachlässigbar
klein. Nach Durchlaufen von weiteren i8o elektrischen Graden befindet sich der Läufer
dann wieder in einem homogenen magnetischen Feld, das aber dem ersten Feld in jedem
Augenblick entgegengesetzt ! gerichtet ist und somit eine entgegengesetzt gerichtete
Spannung, die ebenfalls wieder über fast igo elektrische Grade gleichbleibt, erzeugt.
Diese über 180 elektrische Grade sich erstreckenden ltotnogenen Felder können nun
dadurch gebildet werden, daß die über i8o elektrische Grade sich erstreckenden Zähne
eines mit Nuten versehenen Ständers als Pole gleicher Polarität wirken. In zweckmäßiger
Weise sind dabei die einzelnen die Erregung eines jeden Zahnes bildenden, gleichzeitig
die gleiche Polarität erzeugenden Wicklungen parallel. geschaltet. In der neutralen
Zone befindet sich zweckmäßigerweise eine an sich bekannte Kompensationswicklung.
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Wird nun ein solcher Modulator so ausgebildet, daß er einen Modulationsgrad
von ioo % besitzt, so wird eine modulierte Spannung erzeugt, deren Hüllkurve trapezförntig
ist und die für längere Zeit, d. h. während mehrerer Netzperioden, Null ist.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung veranschaulicht,
und zwar zeigt Abb. i den Verlauf der Augenblickswerte der Spannung und die diese
Augenblickswerte einhüllenden Kurven ,eines Modulators,
Abt-. L
den Verlauf der Augenblickswerte eines gewöhnlichen Wechselstromnetzes, Abt-. 3
das Schaltschema eines den Schweißstrom einer Widerstandspunkt- oder Nahtschweißmasehine
steuernden Modulators, Abt-. 4 den Verlauf der Augenblickswerte der Schweißspannung
unter Verwendung eines Modulators in Verbindung mit dem Netz, Abb.5 ein Ausführungsbeispiel
für den Aufbau eines Modulators und Abb.6 schematisch die Abwicklung des Ständers
des Modulators' nach Abb. 5 mit der Anordnung der Wicklung.
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Abb.7 zeigt eine andere Anordnung der Wicklung des Ständers.
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Der Wechselspannungsmodulator i besitzt einen Ständer 2 und einen.
Läufer 3. Der Ständer 2 ist mit Nuten q. versehen, in denen die Ständerwicklung
derart angeordnet ist, daß sie annähernd über i8o elektrische Grade ein homogenes
Wechselfeld erzeugt. Der Läufer 3 ist mit ei.nereinphasigenWicklung 5 versehen,
die nur einen Teil der Polbreite des Ständers bedeckt und die sich bei der Drehung
um i 8o elektrische Grade ineinemhomogenenWechselfeld gleicher Größe bewegt. In
dem dargestellten Beispiel der Abb, 5 bewegt sich der Läufer 3 in diesem homogenen
Wechselfeld von der Lage, bei .der der Punkt A des Ständers dem Punkt C des Läufers
benachbart ist, bis in die Lage, bei der der Punkt C .des Läufers dem Punkt B des
Ständers benachbart ist. Dreht sich der Läufer 3 um weitere i8o elektrische Grade,
so befindet er sich wieder in einem homogenen. Wechselfeld konstanter Größe, jedoch
mit dem Unterschied"daß dieses Feld dem ersten in. jedem Augenblick entgegengesetzt
gerichtet ist.
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Die Abb.6 zeigt schematisch ein Beispiel für die Anordnung der Wicklung
des Ständers. Der Ständer ist in der Abwicklung dargestellt. Zur Vereinfachung der
Zeichnung sind nur wenige Zähne und Nuten. des Ständers gezeigt. In den. Nuten 9,
die über i 8o elektrische Grade verteilt sind, sind Spulen io gleichen Wicklungssinnes
untergebracht, so daß die einzelnen Zähne bei gleichem Anschluß an das- Wechselstromnetz
ii in jedem Augenblick die .gleiche Polarität haben. In den Nuten 9', de über die
daran anschließenden i8o .elektrischen Grade verteilt sind, sind die Spulen io'
untergebracht, die entweder den entgegengesetzten Wicklungssinn wie die Spulen io
haben oder entgegengesetzt zu den Spulen io an das Wechselstromnetz i i angeschlossen
sind. Die Spüleni io und auch die Spulen io' sind einander parallel geschaltet.
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In der Abb. 7 ist ein anderes Beispiel für die Anordnung der Ständerwicklung
dargestellt. Auch bei dieser Anordnung wird ein homogenes Wechselfeld gleicher Größe
über ,nahezu i8o elektrische Grade erreicht. Die Spulenw.eite beträgt bei dieser
Wicklung mehrere Nutteilungen. Dabei überdecken sich zum Teil die einzelnen Spulen.
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Bei einem läufer- und ständerseitig mit Wechselstrom gespeisten Modulator
ergibt sich etwa der Verlauf der Spannungskurve, wie er in der Abb. i dargestellt
ist. Während der Zeit, während der sich die Läuferspule in dem gleichgerichteten
homogenen Felde bewegt, sind die maximalen Werte der Spannung gleich groß. Beim
Übergang von dem einen Wechselfeld in das andere, also bei den Punkten A und B des
Ständers, verringern sich die Amplitudenwerte bis auf Null, um dann wieder auf den
Höchstwert anzusteigen.
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Die Hüllkurve der Augenblickswerte der Spannung eines solchen Mod'ulators
zeigt also einen trapezförmigen Verlauf.
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Nach Abb.3 liegt der Ständer bzw. der Primärteile des Modulators unmittelbar
an dem Wechselstromnetz 6 normaler Frequenz. Der Läufer 3 dagegen ist mit der Hochvoltwicklung
7 des Schweißtransformators 8 in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung des Läufers
und der Hochvoltwicklung 7 liegt ebenfalls an dem Wechselstromnetz 6.
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Bei der Schaltanordnung gemäß der Abb.3 wird nun. der in der Abb.
q. angegebene Verlauf der Schweißspannung erreicht. Die Kurve für die Augenblickswerte
der Schweißspannung .ergibt sich aus der Summi.erung der Spannungskurven der Abb.
i und Abb.2. Wie aus der Kurve der Abb. q. zu ersehen ist, behält die Schweißspannung
über mehrere Netzperioden den gleichen Höchstwert, sinkt dann auf Null herab, um
für einige Netzperioden Null zu bleiben. Alsdann steigt der Höchstwert der Spannungskurve
wieder an, um wieder füreinige Netzperioden den gleichen Wert beizubehalten.
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Die Nullzeit kann: nun benutzt werden, um mit Hilfe .eines Schalters,
der mit dem Modulator starr gekuppelt- und mechanisch hetätigt ist., den Schweißstromkreis
leistungslos zu schließen bzw. zu öffnen. Der Schalter kann weiterhin so ausgebildet
sein, daß er beliebige. Verhältnisse zwischen Schweißzeit und Schweißpause einzustellen
gestattet.