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Einrichtung zur genauen und stetigen Dosierung von elektrischer Energie für die auf dem Prinzip der gespeicherten elektrischen Energie in einem Kondensator arbeitenden Maschinen
Verbraucher, z. B. Schweissmaschinen, welche auf dem Prinzip der in einem Kondensator oder in einer Kondensatorbatterie aufgespeicherten elektrischen Energie arbeiten, benötigen eine Einrichtung für die genaue Dosierung der elektrischen Energie aus dem Kondensator in die Schweissverbindung.
Die bisher bekannten Einrichtungen arbeiteten auf dem Prinzip der Spannungsänderung der Stromquelle. Infolge dieser Spannungsänderung änderte sich auch die in die Schweissverbindung gelieferte elektrische Energie nach dem durch die Formel Nc = 1/2 C U2 ausgedrückten Gesetz, welches zur Einstellung des Schweissstromes für eine bestimmte Schweissoperation verwendet wurde. Der Nachteil dieser Einrichtung liegt darin, dass der Gleichrichter einen komplizierten Transformator mit mehreren Abzweigungen haben muss, was in der Praxis eine grosse Störanfälligkeit verursacht. Ein weiterer Nachteil ist der Umstand,. dass die Austrittsspannung des Gleichrichters die Spannungsänderungen des elektrischen Netzes mitmacht, was entweder das Durchbrennen des Schweissmaterials bei übermässigem Anwachsen der Spannung im.
Netze oder eine ungenügende Verschweissung im Falle des Herabsinkens der Spannung im Netze unter den normalen Wert verursacht. Die ganze Gleichrichtereinrichtung ist verwickelt und allzu kostspielig und ihre Steuerung ist von der Anzahl der Abzweigstellen am Transformator der Stromquelle abhängig und geschieht sprunghaft, was keine Feinregulierung des Schweissstromes zulässt.
In der Sowjetunion ist ferner eine Einrichtung bekannt, welche im wesentlichen aus einer Stromquelle, z. B. aus einem Gleichrichter, besteht, welcher über einen Ladewiderstand eine stetig gleichmässige Höchstspannung in eine Kondensatorbatterie liefert. Parallel zur Kondensatorbatterie ist ein Spannungsrelais mit einer Vakuumelektronenröhre angeschlossen. Das Spannungsrelais unterbricht den Ladestromkreis bei einer Spannung, auf welche dieses Spannungsrelais eingestellt ist. Die Einschaltung
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dieses Relais den den Ladestromkreis des Kondensators unterbrechenden Kontakt ab.
Die durch das Spannungsrelais bestimmte Grösse der Spannung am Kondensator nimmt nach Aufladen des Kondensators allmählich ab, insbesondere bei Kondensatoren mit minderwertigeren elektrischen Eigenschaften, was ein Nachteil dieser Einrichtung ist, denn die Einschaltung des Entladestromkreises geschieht notwendigerweise nicht sofort nach Erreichung einer bestimmten Spannung am Kondensator.
Im Buche"Electronic Control of Resistance Welding", 1951, von O. Chute ist eine Einrichtung beschrieben, welche aus einer Speisestromquelle besteht, die die Spannung für das Aufladen eines Kondensators bzw. einer Kondensatorbatterie liefert. Parallel zu den Kondensatoren ist ein WiderstandsSpannungsteiler angeschlossen, durch welchen die Tätigkeit eines mechanischen Spannungsrelais geregelt wird, welches eine konstante Spannung am Kondensator aufrechterhält. Die Entladung des Kondensators wird durch die Schweissmaschine selbst, z. B. mittels eines Druckschalters, betätigt. Auch diese Einrichtung gewährleistet keine konstante Höhe des elektrischen Stromes beim Entladen des Kondensators und zur Beseitigung dieses Mangels muss eine weitere komplizierte Einrichtung zur Deckung der durch Ableitung im Kondensator verursachten Verluste verwendet werden.
Ein weiterer Nachteil dieser Ein-
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richtung ist die Verwendung eines mechanischen Spannungsrelais, welches auf mechanische Erschütterun- gen und mechanische Abnützung sehr empfindlich ist. Zufolge dessen ist es die Quelle häufiger Störungen, wobei es in der Herstellung sehr verwickelt und kostspielig ist. Ausserdem ist es auch notwendig, eine verwickelte Einrichtung zur Aufladung des Kondensators zu verwenden.
Schliesslich ist noch durch die USA-Patentschrift Nr. 2, 250, 102 eine Einrichtung zum Laden eines Kondensators bzw. einer Kondensatorbatterie für Schweisseinrichtungen bekanntgeworden, welche einen gesteuerten Gleichrichter mit sechs gasgefüllten Entladungsröhren und ein Spannungsrelais aufweist. Zur
Einstellung der Steuerung dient ein Potentiometer, das zum Kondensator parallel geschaltet ist. Dieser Anordnung haften jedoch verschiedene Nachteile an, wie der, dass die Arbeitsweise der im Spannungsrelais verwendeten Elektronenröhre von Netzspannungsschwankungen beeinflusst wird, so dass eine konstante
Dosierung der Schweissstelle mit elektrischer Energie nicht gewährleistet ist.
Ausserdem ist die Schaltung kompliziert und damit erhöht störungsanfällig, für jede Schweissstelle müssen gesonderte Gleichrichter verwendet werden und der für die richtige Durchführung der Schweissung erforderliche Wert der eingestellten Spannung wird nicht angezeigt.
Der Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, durch welche die Nachteile bisheriger Enrichtungen zur Dosierung der elektrischen Energie für Maschinen, welche mit der in einem Kondensator oder in einer Kondensatorbatterie aufgespeicherten Energie arbeiten, in erheblichem Masse beseitigt werden.
Das Wesen der Erfindung beruht darauf, dass in die Regeleinrichtung für Maschinen, insbesondere für Widerstandsschweissgeräte, welche auf dem Prinzip der in einem Kondensator oder einer Kondensatorbatterie aufgespeicherten Energie arbeiten, parallel zum Kondensator oder zur Kondensatorbatterie ein Widerstandsteiler mit verschiebbarem Abgriff angeschlossen wird, welcher an die Anode eines Spannungsstabilisators angeschlossen ist. Die Kathode des Spannungsstabilisators, hinter welcher ein elektrischer Widerstand eingeschaltet ist, ist mit dem Gitter eines Thyratrons verbunden, u. zw. derart, dass das Gitter des Thyratrons zur Kathode des Spannungsstabilisators vor dem erwähnten Widerstand angeschlossen ist, welcher hinter der Kathode dieses Stabilisators eingeschaltet ist.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Einrichtung nach der Erfindung dargestellt, deren Wirkungsweise die folgende ist :
An das elektrische Netz 17 ist der Hauptgleichrichter 1 angeschlossen, welcher für den Kondensator oder für die Kondensatorbatterie 13 die Schweissenergie liefert. Im Ladestromkreis befindet sich der Kontakt 3, mittels dessen der Ladestromkreis eingeschaltet wird. Der Widerstand 8 in diesem Stromkreis dient dazu, um die Aufladung des Kondensators 13 allmählich zu gestalten, ferner, damit diese den Hauptgleichrichter 1 nicht stossweise belaste. Der Kontakt 5 dient dazu, um die Energielieferung vom Gleichrichter 1 während der Entladung des Kondensators 13 in den Schweisstransformator 16 durch den Kontakt 7 zu unterbrechen.
Parallel zum Kondensator oder zur Kondensatorbatterie 13 ist ein Widerstandsteiler 9 angeschlossen, dessen verschiebbarer Abgriff mit der Anode des an die negative Spannung des Hauptladestromkreises angeschlossenen Spannungsstabilisators 11 durch den Kathodenwiderstand 10 verbunden ist. Ausserdem ist die Kathode des Spannungsstabilisators 11 an das Gitter des Thyratrons 12 und an den negativen Pol 19 eines Hilfsgleichrichters 2 angeschlossen, welcher eine negative Vorspannung für das Gitter des Thyratrons 12 liefert.
Mit dem Hilfsgleichrichter 2 sind zwei Stromkreise des Thyratrons 12 verbunden, u. zw. der Anodenstromkreis, welcher an die Klemmen 18 angeschlossen ist, und der Gitterstromkreis, welcher an die Klemmen 19 angeschlossen ist. In den Anodenstromkreis ist ein Kontakt 4 geschaltet, welcher in seiner Funktion mit dem Kontakt 3 verbunden ist und den Zweck hat, nach erfolgtem Schweissen, d. h. nach Entladung des Kondensators 13, das Thyratron zu löschen. Die Kathode des Thyratrons ist mit dem negativen Pol der Klemmen 18 des Hilfsgleichrichters 2 durch die Wicklung 15 des Schaltrelais verbunden, welches einen den Stromkreis der Spule eines Leistungsschalters 14 einschaltenden Kontakt 6 betätigt.
Dieser Leistungsschalter betätigt den Kontakt 7 des Entladestromkreises, der aus dem positiven Pol des Kondensators 13, dem Kontakt 7, der Primärwicklung des Schweisstransformators 16 und dem negativen Pol des Kondensators 13 besteht.
Die Einrichtung arbeitet folgendermassen :
Der Hauptgleichrichter 1 und der Hilfsgleichrichter 2 sind dauernd an das elektrische Netz 17 angeschlossen. Durch das Schliessen der Kontakte 3 und 4 wird einerseits der Ladestromkreis des Kondensators 13 und anderseits der Anodenstromkreis des Thyratrons 12 geschlossen. Der Kondensator 13 wird nach einer durch die Zeitkonstante des Widerstandes 8 und des Kondensators 13, ferner die Austrittsgleichspannung des Gleichrichters 1 sich ergebendenExponentialkurve aufgeladen. Durch das Thyratron 12, welches ebenfalls eingeschaltet ist, geht noch kein Strom hindurch, da es durch die negative Gitter-
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vorspannung aus den Klemmen 19 des Hilfsgleichrichters 2 blockiert ist.
Gleichzeitig mit dem Ansteigen der Spannung am Kondensator 13 steigt die Spannung am Widerstandsverteiler 9 und dadurch auch an seinem verschiebbaren Abgriff, wobei die Grösse der Spannung an dem verschiebbaren Abgriff des Widerstandes 9 durch den Wert des eingeschalteten Widerstandes bestimmt ist. Erreicht die Spannung an diesem Abgriff des Widerstandes 9 einen Wert, der dem Wert der Zündspannung des Spannungsstabilisators 11 gleich ist, beginnt durch diesen Stabilisator und den Widerstand 10 ein elektrischer Strom zu fliessen. Durch den Durchfluss des elektrischen Stromes aus dem Stabilisator 11 durch den Widerstand 10 entsteht an der Kathode des Stabilisators 11 eine positive Spannung.
Weil die Kathode des Stabilisators 11 mit dem Gitter des Thyratrons 12 elektrisch verbunden ist, entsteht auch an diesem Gitter eine positive Spannung, welche seine negative Vorspannung aufhebt. Zufolge dessen zündet das Thyratron 12 und ein elektrischer Strom beginnt durch dasselbe zu fliessen, welcher weiter die Spule des Relais 15 passiert. Das Relais 15 schliesst durch seinen Kontakt 6 den elektrischen Stromkreis der Spule des Leistungsschalters 14, welcher mittels der Klemmen 17 an das elektrische Netz angeschlossen ist.
Dadurch schaltet der Leistungsschalter den Kontakt 7 ein und es entsteht eine Entladung der im Kondensator 13 aufgespeicherten elektrischen Energie in den Schweisstransformator 16 oder in eine andere ähnliche Einrichtung.
Ein Vorteil der Einrichtung ist die Tatsache, dass der Kondensator oder die Kondensatorbatterie einen beliebig wählbaren, nach erfolgter Wahl jedoch stets konstanten Strom in die Schweissverbindung liefert, was eine gleichmässige Qualität der nacheinander durchgeführten Schweissverbindungen gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung ist der Umstand, dass die Kondensatoren erst nach Einschalten der Schweissmaschine und unmittelbar vor der Durchführung des eigentlichen Schweissens sich aufzuladen beginnen. Dies erlaubt nicht, dass die Spannung am Kondensator abnehme, wodurch unter einem eine nennenswerte Beanspruchung des Kondensatordielektrikums vermieden und die Lebensdauer des Kondensators verlängert wird. Die Einrichtung ist ferner dadurch betriebssicherer, dass die Kondensatoren in der Zwischenzeit zwischen der Durchführung des Schweissens nicht aufgeladen sind.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist einfach und verlässlich in ihrer Funktion.