Anordnung für den Betrieb einer Wechselstromschalteinrichtung mit zündstiftgesteuerten Entladungsgefässen. Zur Regelung des Widerstandschweissma schinen zuzuführenden Primärstromes wer den vorzugsweise gesteuerte Entladungsge fässe verwendet, da diese nicht nur die Strom dauer mit ausserordentlich grosser Genauigkeit festzulegen erlauben, sondern auch gestatten, bei der Stromein- und -ausschaltung die bei den folgenden zusätzlichen- Forderungen mit zu erfüllen: Erstens genaue phasenmässige Festlegung des Stromeinsatzpunktes gegen über der Phasenlage der Spannung und zwei tens Festlegung der Stromdauer in einer gan zen Anzahl von Perioden.
Die zweite For derung besitzt besondere Bedeutung bei sehr grossen Schweissmaschinen, bei denen bei Ver nachlässigung dieser Forderung durch die Remanenz des Eisens erhebliche störende Überströme auftreten können.
In neuerer Zeit sind nun auf dem Gebiete der automatischen Schweisseinrichtungen bei der Massenfertigung Aufgaben aufgetreten, bei denen aus wirtschaftlichen Gründen einer ganzen Anzahl von Schweissmaschinen, die beispielsweise alle die gleiche Nahtschwei ssung ausführen, eine gemeinsame Schaltein richtung zugeordnet werden soll. Es kann sogar bei ähnlich auszuführenden Schweiss nähten die Aufgabe auftreten, dass von einer gemeinsamen Schalteinrichtung zwei ver schiedene Gruppen von Schweissmaschinen gespeist werden sollen, deren verschiedene Anpassung an die gemeinsame, von der Schalteinrichtung gelieferte Spannungskurve gegebenenfalls durch zusätzliche Zwischen transformatoren bewirkt werden kann.
Bei all diesen Anordnungen, deren Prinzipsehalt- bild in Fig. 1 dargestellt ist, ist als Schalt einrichtung 1 der übliche Schaltapparat mit zwei gegensinnig parallel geschalteten Ge fässen vorgesehen, und es liegt nun als Cha rakteristikum dieser Schaltungen zwischen dem eigentlichen Verbraucher 21 bis 24 mit den vorgeschalteten Schweisstransformatoren 31 bis 34 und der Schalteinrichtung 1 ein willkürlich zu betätigender Schalter 41 bis 44.
Da dieser Schalter, der in Abhängigkeit beispielsweise vom Lauf des Schweissgutes zwischen den Schweissmaschinenrollen ge schaltet wird, in keiner Weise von der von der Schalteinrichtung gelieferten Spannung abhängig ist, kann der Fall eintreten, dass an der Schweissmaschine < eine ungerade Anzahl von Halbwellen zugeführt wird, da dieser Schalter in jedem beliebigen Moment unter brechen kann. Die dann bei. der nächsten Ein schaltung der Schweissmaschine durch die Re manenz des Schweissmaschineneisens beding ten Überströme können normalerweise ver nachlässigt werden, da diese Maschinen keine so grosse Eisenmenge besitzen, dass diese Überströme beispielsweise den Gefässen der Schalteinrichtung gefährlich werden könnten.
In Erweiterung der Anordnung nach Fig. 1 ist daher in Fig. 2 der Fall angegeben, dass zwei verschiedene Gruppen von Schweiss maschinen an dieselbe Schalteinrichtung an geschlossen sind, wobei zur genaueren Anpas sung vor jede Gruppe ein Zwischentransfor mator 51 bezw. 52 geschaltet ist.
Der Betrieb solcher Anordnungen macht keine Schwierigkeiten, sofern in der Schalt einrichtung die üblichen gittergesteuerten Quecksilberdampfgleichrichter als Entla dungsgefässe verwendet werden. In neuerer Zeit ist man aber mehr und mehr bestrebt, diese Art von Entladungsgefässen mit den empfindlichen grossen Glaskolben durch Ge fässe zu ersetzen, deren Zündeinsatz durch Neubildung des Kathodenfleckes in jeder Stromhalbwelle mittels eines sogenannten Zündstiftes bewirkt wird.
Eine solche Schalt einrichtung bietet vor allem den Vorteil, dass einmal der Raumbedarf der Zündstiftgefässe wesentlich geringer ist als der entsprechender Quecksilberdampfgleichrichter, da eine: inten sive Wasserkühlung angebracht werden kann, und dass ferner diese Gefässe gegen kurzdauernde hohe Überlastungen aus dampf entladungstechnischen Gründen bedeutend unempfindlicher sind. Für die Einleitung des Lichtbogens in diesen Gefässen wird, wie schon erwähnt, eine Neubildung des Kathodenfleckes dadurch be wirkt, dass über den in das Kathodenqueck silber eintauchenden Zündstift ein Strom stoss geeigneter Grüsse geschickt wird.
Dabei ist es erforderlich, dass der Strom reit Rück sicht auf die Erwärmung des Zündstiftes in sehr kurzer Zeit die erforderliche Höhe er reicht, und dass gleichzeitig eine genügend hohe Spannung hierfür zur Verfügung steht.. Für Wechselstromschalteinrichtungen nach Fig. 3, bei denen der Verbraucher 20 in Reihe mit den gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken 2' und 2" an der spei senden Wechselspannung 6 liegt, benutzt man meist dazu die Zündung von der Anode aus, indem die Anode der Hauptentladungs strecke 2' bezw. 2" über einen Zündwider- stand 3' bezw. 3" die erforderlichen Siche rungseinrichtungen 4' bezw. 4" und ein git tergesteuertes Hilfsgefäss 5' bezw. 5" mit dem Zündstift verbunden wird.
Dadurch ist in dem Moment der Zündung, das heisst beim Beginn der entsprechenden Stromhalbwelle (Fig. 4), der Zündkreis vor die Last 20 vor geschaltet und bei genügender Grösse des Laststromes entsteht nach kürzester Zeit der Kathodenfleck. Nach Bildung des Kathoden- fleckes schliesst die bestehende Entladung im Hauptgefäss den Zündkreis kurz, womit in demselben der Stromfluss sofort wieder auf hört.
Diese, wie schon gesagt, für Wechsel- stromsclralteinriehtimgen cris den verschie- densten Gründen vorzugsweise anzuwendende Schaltung bietet aber Schwierigkeiten, so bald auf der Lastseite die in Fig. 2 darge stellten @'erli < ilt,iiisse vorliegen.
Wenn näm- lielr beispielsweise in irgendeinem Noment zufälligerweise sämtliche Schweissmaschinen ausgeschaltet werden, so muss die Schaltein richtung nur den über die Transformatoren im Leerlauf fliessenden Strom führen. Dieser reicht aber, weder seiner Grösse noch hin- sichtlich seiner Stromsteilheit im 1\TÜlld>irch- gang dazu aus, die Zündung in den Gefässen zu bewerkstelligen.
Dann fliessen die vollen Stromhalbwellen über die Zündkreise, erwär men die Zündstifte sehr erheblich und zer stören sie innerhalb kurzer Zeit.
Erfindungsgemäss wird zur Behebung die ser Schwierigkeiten unmittelbar hinter der Schalteinrichtung eine zusätzliche Belastung eingeschaltet. In Fig. 2 der Zeichnung stellt i diese zusätzliche Belastung dar. Beispiels weise kann als zusätzliche Belastung eine Drossel eingeschaltet sein. Die Art der Be lastung wird zweckmässig den vorliegenden Betriebsverhältnissen angepasst.
Wird bei spielsweise der Zündmoment für die Gefässe zur Phasenlage der Netzspannung so vorver schoben, dass für die Stromdauer die einzel nen Stromhalbwellen lückenlos aneinander anschliessen, so heisst das, dass die Phasenver- schiebing zwischen Strom und Spannung genau so gross ist, wie sie betriebsmässig durch den Leistungsfaktor der Schweiss maschine bedingt ist. Würde man nun bei abgeschalteter Schweissmaschine eine rein in duktive Zusatzbelastung hinter der Schaltein richtung anschliessen, so würden an derselben jeweils beim Beginn der Stromzeit Über ströme entstehen, die zu gewissen Störungen führen könnten.
Ist beispielsweise der Lei stungsfaktor der Schweissmaschine sehr gut, so ist die erste Stromhalbwelle in der Dros sel, abgesehen von Sättigungserscheinungen, wesentlich länger als 180 . Der Stromnull durchgang liegt damit an einer Stelle, an der das Gegengefäss unter Umständen schon nicht mehr zündbereit ist, da seinem Zündgefäss ein Steuerimpuls spitzer Wellenform zugeführt: wird, der zu dem des ersten Gefässes um genau 180 verschoben ist und nur eine Länge von vielleicht 10 besitzt. Damit bleibt die zweite Halbweile des Stromes vollkom men aus, und das Auftreten des Überstromes ergibt sich in der zweiten Periode genau so wie in der ersten.
Dabei sind noch die durch Hysterese bedingten Erscheinungen vollkom men vernachlässigt. In diesem Fall wird nun vor die Drossel noch ein Ohmscher Widerstand der Grösse vorgeschaltet, dass beide Teile an genähert denselben Leistungsfaktor erhalten, wie ihn auch die Schweissmaschine besitzt. Der wesentlich häufigere Betriebsfall für derartige Schweissmaschinen ist jedoch insbe sondere bei der Leichtmetallschweissung die Einstellung, dass die Maschinen mit Strom kurven, die zeitliche Lücken aufweisen, be trieben werden, wobei von der Eigenschaft gegensinnig parallel geschalteter gesteuerter Gefässe, einen regelbaren Wechselstromwider stand zu bilden, Gebrauch gemacht wird. Dieser Fall ist in Fig. 4 dargestellt.
An der Reihenschaltung von Entladungsgefässen und Verbraucher liegt die speisende Wechselspan nung u". Der Anodenstrom i.' der vorher brennenden Entladungsstrecke erlischt bei einer Phasenlage von etwa 35 . Bei einer Phasenlage von etwa 70 wird die folgende Entladungsstrecke mittels des dein Hilfs gefäss zugeführten Steuerimpulses spitzer Wel lenform u, gezündet. Es setzt der Anoden strom i.," ein. Gleichzeitig bricht die am Zündstiftgefäss liegende Spannung 2t, auf den Lichtbogenabfall zusammen.
In solchen Fällen kann man mit einer rein induktiven Zusatzbelastung auskommen, da der Lei stungsfaktor der meisten Schweissmaschinen relativ schlecht ist und auf der andern Seite jede Drossel durch ihre eigenen Verluste einen Strom aufnimmt, der nicht ganz 90 phasenverschoben ist.
Gemäss einer andern Ausführungsmöglich keit der Erfindung kann nun die Forderung, dass insbesondere im Zündmoment die Strom steilheit relativ gross sein soll, dadurch erfüllt werden, dass stromabhängige Widerstände be nutzt werden, die im Einschaltmoment einen hohen Strom aufnehmen. Besonders günstig ist die Verwendung von Glühlampen, die einen erheblichen Einschaltstromstoss aufneh men. Dabei muss aber dafür gesorgt werden, dass die Glühlampe thermisch in gewissem Umfange den Vorgängen folgen kann. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, die erfor derlichen Widerstände aus grossen Zahlen re lativ kleiner Glühlampen aufzubauen.
Arrangement for the operation of an alternating current switchgear with ignition pin-controlled discharge vessels. To regulate the primary current to be supplied to the resistance welding machine, preferably controlled Entladungsge vessels are used, as these not only allow the duration of the current to be set with extremely high accuracy, but also allow the following additional requirements to be met when switching the current on and off : Firstly, precise phase-related definition of the point at which the current starts to occur in relation to the phase position of the voltage and, secondly, definition of the current duration in a whole number of periods.
The second requirement is of particular importance in the case of very large welding machines where, if this requirement is neglected, considerable disruptive overcurrents can occur due to the remanence of the iron.
More recently, tasks have arisen in the field of automatic welding devices in mass production in which, for economic reasons, a number of welding machines which, for example, all perform the same seam welding, are assigned a common switching device. In the case of welds that are to be carried out similarly, the task may arise that two different groups of welding machines are to be fed by a common switching device, the different adaptation of which to the common voltage curve supplied by the switching device can optionally be effected by additional intermediate transformers.
In all these arrangements, the principle of which is shown in Fig. 1, the switching device 1 is the usual switching apparatus with two oppositely connected parallel Ge vessels, and it is now as a characteristic of these circuits between the actual consumer 21 to 24 with the upstream welding transformers 31 to 34 and the switching device 1 are an arbitrarily actuated switch 41 to 44.
Since this switch, which is switched depending, for example, on the movement of the welded material between the welding machine rollers, is in no way dependent on the voltage supplied by the switching device, it can happen that an odd number of half-waves are fed to the welding machine, because this switch can break at any moment. Then at. The next time the welding machine is switched on, overcurrents caused by the re manence of the welding machine iron can normally be neglected, as these machines do not have such a large amount of iron that these overcurrents could be dangerous, for example, to the vessels of the switching device.
In an extension of the arrangement according to FIG. 1, therefore, in FIG. 2 the case is indicated that two different groups of welding machines are connected to the same switching device, with an intermediate transformer 51 respectively for more precise adaptation in front of each group. 52 is switched.
The operation of such arrangements makes no difficulties, provided that the usual grid-controlled mercury vapor rectifiers are used as discharge vessels in the switching device. In recent times, however, there has been more and more efforts to replace this type of discharge vessel with the sensitive large glass bulbs by Ge vessels whose ignition is caused by the formation of the cathode spot in each current half-wave by means of a so-called ignition pin.
Such a switching device offers the main advantage that the space required by the ignition pin vessels is significantly less than the corresponding mercury vapor rectifier, since intensive water cooling can be installed, and that these vessels are also significantly less sensitive to brief, high overloads for reasons of vapor discharge . For the initiation of the arc in these vessels, as already mentioned, a new formation of the cathode spot is effected by sending a current burst of suitable greetings via the ignition pin immersed in the silver cathode mercury.
It is necessary that the current is sufficient in view of the heating of the ignition pin in a very short time, and that a sufficiently high voltage is available for this at the same time .. For AC switching devices according to FIG. 3, in which the consumer 20 in series with the opposite parallel-connected discharge paths 2 'and 2 "to which the spei send alternating voltage 6 is located, ignition from the anode is usually used for this purpose by placing the anode of the main discharge path 2' or 2" via an ignition resistor 3 'resp. 3 "the required backup devices 4 'and 4" and a grid controlled auxiliary vessel 5' and. 5 "is connected to the firing pin.
As a result, at the moment of ignition, that is, at the beginning of the corresponding current half-wave (FIG. 4), the ignition circuit is connected in front of the load 20 and, if the load current is sufficient, the cathode spot is created after a very short time. After the cathode spot has formed, the existing discharge in the main vessel short-circuits the ignition circuit, which immediately stops the current flow in the same.
As already mentioned, this circuit, which is preferably to be used for a wide variety of reasons, for AC power units, presents difficulties as soon as the values shown in FIG. 2 are present on the load side.
If, for example, all welding machines are accidentally switched off at any given moment, then the switching device only has to carry the current flowing through the transformers when idling. However, this is not sufficient, neither in terms of its size nor in terms of its steepness of current in the course of the flow, to bring about the ignition in the vessels.
Then the full current half-waves flow through the ignition circuits, heat the ignition pins very considerably and destroy them within a short time.
According to the invention, an additional load is switched on immediately behind the switching device to resolve these difficulties. In Fig. 2 of the drawing, i represents this additional load. For example, a throttle can be switched on as an additional load. The type of load is appropriately adapted to the prevailing operating conditions.
If, for example, the ignition moment for the vessels is advanced in relation to the phase position of the mains voltage so that the individual current half-waves connect to one another without gaps for the duration of the current, this means that the phase shift between current and voltage is exactly as large as it is during operation the power factor of the welding machine. If one were to connect a purely inductive additional load behind the switching device with the welding machine switched off, overcurrents would arise at the same at the beginning of the current time, which could lead to certain disturbances.
For example, if the power factor of the welding machine is very good, the first half-wave of the current in the throttle is significantly longer than 180 apart from saturation phenomena. The current zero crossing is thus at a point where the opposing vessel may no longer be ready to ignite, as a control pulse with a sharp waveform is fed to its ignition vessel, which is shifted by exactly 180 compared to that of the first vessel and only a length of perhaps 10 owns. This means that the second half-wave of the current is completely absent, and the occurrence of the overcurrent occurs in the second period exactly as in the first.
The phenomena caused by hysteresis are completely neglected. In this case, an ohmic resistance is connected upstream of the choke so that both parts have approximately the same power factor as the welding machine has. The much more common operating case for such welding machines, however, especially with light metal welding, is the setting that the machines are operated with current curves that have time gaps, whereby the property of controlled vessels connected in opposite directions in parallel to form an adjustable alternating current resistance stood. Use is made. This case is shown in FIG.
The alternating voltage u "is connected to the series connection of discharge vessels and consumers. The anode current i. ' The previously burning discharge path extinguishes at a phase position of about 35. At a phase position of about 70, the following discharge path is ignited by means of the sharp waveform control pulse u supplied to the auxiliary vessel. The anode current i., "starts. At the same time, the voltage 2t on the detonator vessel breaks down on the arc drop.
In such cases, you can get by with a purely inductive additional load, since the power factor of most welding machines is relatively poor and on the other hand, each choke absorbs a current that is not quite 90 out of phase due to its own losses.
According to another possible embodiment of the invention, the requirement that the current steepness should be relatively large, especially in the ignition moment, can be met by using current-dependent resistors that absorb a high current at the moment of switch-on. It is particularly advantageous to use incandescent lamps that absorb a significant inrush current. However, it must be ensured that the incandescent lamp can follow the processes thermally to a certain extent. For this reason, it is advisable to build the necessary resistances from large numbers of relatively small incandescent lamps.