Einrichtung zur Zündimpulserzeugung für zündstiftgesteuerte Entladungsgefässe, insbesondere Leistungssteuersatz für Wechselstromwiderstandsschweissanlagen Zur Steuerung von Schweissanlagen ist es üblich, zündstiftgesteuerte Entladungsgefässe in Antiparallel schaltung in den Schweissstromkreis zu legen. Die Zündung dieser Entladungsgefässe wird meist durch eine Thyratronzündstufe vorgenommen. Hierbei wird in bekannter Weise durch Beeinflussung der Gitter spannung der Zündstufe erreicht, dass die von der Hauptstufe an den Schweisskreis abgegebene Leistung durch Verschiebung des Zündwinkels verändert wer den kann.
Ferner sind in der Regel Mittel vorgesehen, um die Anzahl der abgegebenen Perioden und die zwischen zwei Arbeitsspielen liegende Pausenzeit ein zustellen. Um eine Aufmagnetisierung eines gegebe nenfalls im Schweisskreis oder im Zündkreis liegenden Transformators zu vermeiden, wird meist noch gefor dert, dass ein Arbeitsspiel eine gerade Halbwellenzahl aufweist.
Zur Bestimmung der verschiedenen Betriebswerte eines Arbeitsspieles sind bereits verschiedenartige Mit tel. angegeben worden, die alle entweder mechanische oder elektrische Zeitrelais enthalten. Von mechani schen Relais wird wegen deren Anfälligkeit und we gen der sonstigen bekannten Nachteile von Schaltele menten mit beweglichen Kontakten nicht gerne Ge brauch gemacht. Sie sind jedoch trotzdem in Verbin dung mit Elektronenröhren verbreitet angewendet worden, da eine rein elektrische Zeitvorgabe, bei spielsweise mittels eines Kondensators; wegen der nicht genügend scharf definierten Signalgabe nicht ohne weiteres die erforderliche Genauigkeit gewähr leistet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontaktlosen Zeitgeber für Wechselstromwiderstands- schweissanlagen zu schaffen, der unter Vermeidung der angeführten Nachteile alle Zeitvorgaben auf rein elektrischem Wege in die Steuerung einführt. Zu die sem Zweck werden erfindungsgemäss Halbleiterkipp- schaltungen in Verbindung mit Gattern zur Bildung der Zeitbefehle herangezogen.
Halbleiterkippschaltungen, insbesondere aufgebaut aus Transistoren, sind bekannt. Man unterscheidet bistabile, monostabile und astabile Kippschaltungen, welche zwei bzw. eine oder keine ausgeprägte Ruhelage besitzen. Als Zeitgeber werden in an sich bekannter Weise monostabile Kippschaltungen verwendet, die nach einem Eingangsimpuls aus ihrer Ruhelage kip pen und nach einstellbarer Zeit wieder in diese zu rückkehren.
Die Einstellung der Zeitkonstante einer monostabilen Kippschaltung kann in an sich bekann ter und beliebiger Weise vorgenommen werden, ins besondere durch ein RC-Glied im Rückkopplungs kreis, bei dem Widerstand oder Kapazität veränderbar sind.
Auch die mit dem Ausdruck Gatter bezeichneten Schaltelemente sind bereits bekannt. Es gibt deren ebenfalls drei verschiedene Gruppen. Die sogenann ten Undgatter oder Koinzidenzgatter liefern nur dann ein Ausgangssignal, wenn an sämtlichen Eingängen ein Signal vorhanden ist, die sogenannten Nichtgatter oder Umkehrstufen nur dann, wenn am Eingang kein Signal, und die sogenannten Odergatter dann, wenn an einem der Eingänge ein Signal vorhanden ist.
Die gemeinsame Anwendung von Kippschaltun- gen und Gattern gemäss der Erfindung bringt den bei der Aussteuerung von Entladungsgefässen entscheiden den Vorteil der Unabhängigkeit von Schwankungen der Netzspannung.
Bei den bisher üblichen Zündgerä- ten wurde zur Bestimmung des Zündzeitpunktes der Nulidürchgang einer Spannung herangezogen, die aus einer konstanten Wechsel- und einer veränderbaren Gleichspannung zusammengesetzt wurde. Änderungen der Wechselspannung nach Amplitude und Frequenz sowie Kurvenverzerrungen wirkten sich dabei in einer unerwünschten Verschiebung des Zündzeitpunktes aus.
Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil und er möglicht ausserdem eine genauere Steuerung als bis her, da die Impulse steilere Flanken besitzen und auch wegen des Fehlens der bisher gebräuchlichen Impulskoppelglieder (im allgemeinen Kondensatoren) keine induzierten Spannungen auftreten, die zu unge wollten Zündungen führen können. Durch die Zwi schenschaltung der Gatter erfolgt die Trennung der Einflussgrössen einwandfrei und störungslos.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei. im folgenden das in der Zeichnung schematisch darge stellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steueranlage für ein Schweissgerät, Fig. 2, 3 und 4 je einen Impulsumformer, die die Aufgabe haben, aus der Netzspannung geeignete Ein gangssignale für die Kippschaltungen zu bilden, Fig.5 eine Gegentaktstufe zur Erzeugung von Plus/Minus-Impulsen aus gleichsinnigen, Fig. 6 und 7 die beiden verwendeten Gattertypen, Fig. 8 den Zeitplan des Zündgerätes.
In Fig. 1 sind monostabile Kippschaltungen 1 bis 4 und eine bistabile Kippschaltung 5 schematisch an gedeutet. Sämtliche Verbindungen sind nur einpolig dargestellt und die Stromversorgungsgleichspannung für die Kippschaltungen nicht berücksichtigt. über einen Netztransformator 8A wird Wechselspannung an einen Diodenumformer 10 geliefert, der während der positiven Halbwellen Rechteckimpulse erzeugt.
Diese Rechteckimpulse dienen als Eingangssignal für die monostabile Kippschaltung 1, die zu Beginn jedes Rechteckimpulses selbst einen kurzen rechteckförmi- gen Ausgangsimpuls abgibt (vgl. hierzu die Zeilen 1 bis 3 der Fig. 8). über einen zweiten Netztransforma tor 8B wird Wechselspannung an einen Impulsgeber 20 geliefert, wenn die Einschalttaste 9 des Zündgerä- tes gedrückt wird. Die Einschaltung kann auch vom richtigen Elektrodendruck der Schweissmaschine ab hängig gemacht werden.
Der Impulsgeber 20 erzeugt aus der Netzwechselspannung eine pulsierende Gleich spannung mit fast rechteckförmigen Wellen, die mit tels eines Glättungsgliedes in eine konstante Gleich- spannung umgeformt wird. Diese Gleichspannung dient als Eingangssignal für die monostabile Kipp- schaltung 2, die für eine durch ihre Zeitkonstante be stimmte, etwa einer Periodendauer der Netzspannung entsprechende Zeit ein Ausgangssignal abgibt (vgl. Zeile 4 in Fig. 8).
Beim ersten Nulldurchgang der Netzwechselspannung zu positiven Werten wird an beiden Eingängen des Koinzidenzgatters 50 ein Signal vorhanden sein, so dass dieses seinerseits ein Signal an die monostabile Kippschaltung 4 abgeben kann, wo durch diese anspricht (vgl. Zeilen 5 und 6 in Fig. 8). Die Zeitkonstante der Kippschaltung 4 bildet die Grundlage für die Dauer eines Arbeitsspieles. über einen dritten Netztransformator 8C oder eine Sekundärwicklung am Transformator 8A wird die Wechselspannung einem Diodenumformer 30 zu geführt, der in jedem Nulldurchgang einen spitzen Impuls liefert.
Diese Impulse stossen die monostabile Kippschaltung 3 an, so dass sie etwa rechteckförmige Impulse mit einer Dauer entsprechend ihrer - ein stellbaren - Zeitkonstanten liefert (vgl. Zeilen 8 und 9 in Fig. 8). Diese Zeitkonstante bestimmt letzthin den Zündwinkel der Entladungsgefässe und damit die Schweissleistung. Die Impulse gelangen an den einen Eingang des Koinzidenzgatters 60, können jedoch nur dann ein Ausgangssignal erzeugen, wenn auch der zweite Eingang des Gatters besetzt ist. Dies erfolgt über einen Hilfskreis, der im wesentlichen eine bi- stabile Kippschaltung 5 enthält.
Betrachtet man noch mals den Ausgangsimpuls der Kippschaltung 4, so wird dieser die Kippschaltung 5 anstossen, so dass das Koinzidenzgatter 60 die Impulse der Kippschaltung 3 durchlässt (vgl. Zeile 7 und Zeile 12 in Fig. 8). Die Impulse gelangen über einen Verstärker 6 an eine Gegentaktschaltung 40, in der aus den gleichsinnigen Impulsen Plus/Minus-Impulse erzeugt werden. Dies erfolgt, gesteuert von der Netzfrequenz, wie anhand der Fig. 5 noch erläutert wird. Die Plus/Minus-Im pulse können nunmehr über den Ausgangstransforma tor 7 einer Thyratronzündstufe zugeführt werden.
Am Ausgang der Kippschaltung 4 liegt ferner die Umkehrstufe 80, die dann ein Signal liefert, wenn an ihrem Eingang kein Signal vorhanden ist (vgl. Zeile 10 in Fig. 8). Die beiden Eingänge des Koinzidenz gatters 70 werden von diesem Signal sowie vom Aus gangssignal der Kippschaltung 1 besetzt. Solange die Kippschaltung 4 ein Signal abgibt, kann das Koinzi denzgatter 70 kern Ausgangssignal liefern. Fällt je doch die Kippschaltung 4 ab und wird im nächsten Nulldurchgang der Netzspannung zu positiven Werten dusch den Impuls der Kippschaltung 1 auch der zweite Eingang des Koinzidenzgatters besetzt, so ent steht ein Ausgangsimpuls (vgl.
Zeile 11 in Fig. 8), der das Zurückkippen der bistabilen Kippschaltung 5 in die ursprüngliche Ruhelage bewirkt (Signal 0), wo mit das Arbeitssignal beendet ist. Durch jeweiliges Beginnen mit einer positiven und Enden mit einer negativen Halbwelle ist also gewährleistet, dass jedes Arbeitsspiel eine gerade Halbwel'lenanzahl umfasst. Die Impulse an der Thyratronstufe sind in Zeile 13 und der Schweissstrom in Zeile 14 in Fig. 8 schema tisch dargestellt.
Anhand der Fig. 2 bis 5 seien nun noch die Hilfs einrichtungen 10, 20, 30 und 40 beschrieben. Fig. 2 zeigt den Diodenumformer 10, der es gestattet, wäh rend positiver oder auch negativer Halbwellen der Speisewechselspannung einen annähernd rechteckför- migen Impuls zu erzeugen. An die Sekundärwicklung des Transformators 8A sind ein Widerstand 11 und ein Ventil 12 in Reihe angeschlossen. Gegen den am Widerstand 11 entstehenden Spannungsabfall arbeitet eine Spannungsquelle 14 in Reihe mit einem Ventil 15 und einem Widerstand 13. An letzterem werden die erzeugten Impulse abgenommen.
Die Wirkungsweise der Anordnung beruht darauf, dass die Gleichspan nungsquelle nur dann Strom liefern kann, wenn ihre Spannung höher ist als der Augenblickswert der gleichgerichteten Spannung am Widerstand 11. Es wird also etwa während der Sperrzeit des Ventils 12 am Widerstand 13 eine Gleichspannung entstehen, die an den Klemmen 16 und 17 abgenommen werden kann.
In Fig. 3 ist der Impulsgeber 20 dargestellt, der die Aufgabe hat, das Wechselspannungssignal in ein möglichst konstantes Gleichspannungssignal umzufor men, und zwar mit möglichst geringer Einschwingzeit. An den Transformator 8B ist ein Vollweggleichrichter satz angeschlossen, dessen Gleichistromkreis über einen Begrenzerwiderstand 21 mit dem Steuerkreis eines Transistors 23 verbunden ist. Der Transistor wird von einer Gleichstromquelle gespeist, die mit +U ange deutet ist, und besitzt in seinem Kollektorstromkreis einen Widerstand 25 und eine Glättungskapazität 24. Am Widerstand 25 entsteht die erzeugte Gleichspan nung, die über Klemmen 26 und 27 abgenommen wer den kann.
Der Transistor 23 wirkt als Begrenzer und erreicht schon bei geringen Steuerspannungswerten den Sättigungszustand. Demzufolge besitzt die er zeugte Gleichspannung etwa Trapezform, und der Glättungskondensator 24 kann verhältnismässig klein gewählt werden. Bei Einschaltung des Impulsgebers entsteht also praktisch unverzögert die Ausgangs gleichspannung mit voller Amplitude.
In Fig. 4 ist der Diodenumformer 30 dargestellt, der aus der Netzwechselspannung in deren Nulldurch gängen Spannungsspitzen erzeugt. An den Netztrans formator 8C ist ein Vollweggleichrichter 32 ange schlossen, dessen Gleichstromkreis den Widerstand 31 enthält. Gegen die an diesem Widerstand abfallende Spannung wirkt ähnlich wie in Fig. 2 eine Gleich spannungsquelle 34 in Reihe mit einem Ventil 35 und einen Widerstand 33. In kurzen Zeitabschnitten, in denen die unteren Spitzen der pulsierenden Gleich spannung am Widerstand 31 kleiner sind als die Grösse der Spannung der Quelle 34, kann diese Strom liefern und erzeugt im Widerstand 33 Spitzenimpulse. Über die Klemmen 36 und 37 können diese abge nommen werden.
Wie bereits erwähnt, ist es erwünscht, die von der Zeitgebereinrichtung zunächst gelieferten gleichsinni gen Impulse in Plus/Minus-Impulse umzuwandeln, um eine Aufmagnetisierung des nachfolgenden Ausgangs transformators zu vermeiden. Da die Impulse die dop pelte Frequenz der Netzspannung besitzen, kann die Umwandlung mittels der in Fig. 5 dargestellten Ge gentaktschaltung von der Netzspannung gesteuert wer den. Die Ausgangsimpulse des Verstärkers 6 werden je einem Diodeneingang der beiden Koinzidenzgatter 41 und 42 zugeführt. Der Netzspannungstransforma tor 8B mit mittelpunktgeerdeter Sekundärwicklung gibt an die zweiten Diodeneingänge jeweils abwech selnd für die Dauer einer Halbperiode ein negatives Signal.
Sind bei einem Gatter beide Eingänge belegt, so entsteht am Gatterausgang gleichfalls einnegatives Signal, das heisst, einer der beiden Transistoren 47 und 48 wird gemäss der Potentialverteilung an den Widerständen 43, 44 bzw. 45, 46 geöffnet. Infolge- dessen erhält man an den Sekundärwicklungen des Transformators 7 während der Dauer des Arbeits spieles eine Reihe von Plus/Minus-Impulsen.
Schliesslich seien noch anhand der Fig. 6 und 7 ein Koinzidenzgatter und eine Umkehrstufe einfach ster Ausführung beschrieben, wie sie bei der Erfin dung verwendet werden können. Die beiden Eingänge des Koinzidenzgatters in Fig. 6 sind mit 51 bzw. 52 sowie 53, der Ausgang mit 56 und 57 bezeichnet.
Liegt der Diodeneingang 51 mit dem Ventil' 54 auf dem Potential 0, so fliesst Strom von diesem zum zweiten Eingang, sofern letzterer negatives Potential hat, und man erhält, wenn man den Spannungsabfall an der Diode vernachlässigt, das Potential 0 am Aus <B>gang.</B> Liegen beide Eingänge auf 0, so bleibt das ganze Gatter stromlos. Erst wenn beide Eingänge negativ gegenüber 53 sind, erscheint am Gatteraus- gang negatives Signal, das heisst, es fliesst Strom über die Diode 55.
Der entnehmbare Strom ist abhängig vom Wert des Widerstandes 58 und dem Innenwider stand des vor diesem liegenden Schaltelementes.
In Fig. 7 dient zur Darstellung der Umkehrstufe mit den Eingangsklemmen 81 und 82 ein Transistor 86. Liegt am Eingang kein Signal, ist der Transistor 86 über dem an +U liegenden Widerstand 84 ge sperrt, so dass die über die Klemme 89 zugeführte Spannung - U auch zwischen den Klemmen 87 und 88, also am Ausgang, erscheint.
Wird dagegen dem Eingang ein negatives Signal zugeführt, so wird der Transistor 86 durchlässig, die Spannung -U fällt am Widerstand 85 ab, und am Ausgang tritt kein Signal mehr auf.
Die hier erläuterten Hilfseinrichtungen stellen selbstverständlich nur mögliche Ausführungsformen dar und können auch durch beliebige andere Anord nungen gleicher Wirkung ersetzt werden. Rechteck- und Spitzenimpulse sind beispiol'sweise auch durch Schaltungen mit Drosseln oder Kondensatoren dar stellbar,
jedoch sind die gewählten Umformer beson ders einfach und vorteilhaft. Ferner sind Koiüzidenz- gatter und Umkehrstufen in bekannter Weise auch auf der Grundlage anderer Halbleiterschaltungen oder vormagnetisierter Drosselspulen realisierbar. Es kann günstig sein, die Hilfseinrichtungen in Form der be kannten gedruckten Schaltungen auszuführen.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt zu nächst nur einen Zeitgeber ohne Möglichkeit einer Einstellung der zwischen den Arbeitsspielen liegenden Pausenzeit. Eine Erweiterung auf einen Taktgeber ist in einfachster Weise durch eine weitere monostabile Kippschaltung möglich, deren Zeitkonstante die Pau senzeit vorgibt. Die Kippschaltung kann beispielsweise an die bistabile Kippschaltung 5 angeschlossen wer den, wird von dieser angestossen und öffnet nach ihrem Abfall neuerlich die Kippschaltung 2.
In analo ger Weise können durch weitere monostabile Kipp- schaltungen die einzelnen Zeitabschnitte eines ganzen Schweissprogrammes, beispielsweise mit aufeinander bezogenem Strom- und Druckprogramm, vorgegeben werden.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist nicht nur für Schweissanlagen vorteilhaft, sondern kann überall da verwendet werden, wo es sich darum handelt, eine Zeitsteuerung von Entladungsgefässen herbeizuführen. Durch entsprechende Kombinationen der Kippschal- tungen und der Gatter gemäss dem Grundgedanken der Erfindung ist es möglich, jedes beliebige Zeitpro gramm nachzubilden.