Anordnung zum Schalten von Wechselstromverbrauchern, insbesondere Widerstandsschweissmaschinen, mittels Kaltkathodenröhren Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schalten eines Wechselstromverbrauchers, insbesondere einer Wi- derstandsschweissmaschine, mittels zweier Kaltkathoden röhren, die in Reihe mit dem Wechselstromverbraucher an eine Wechselstromquelle angeschlossen sind, wobei die Anode der einen der beiden Kaltkathodenröhren di rekt in der Wechselstromleitung liegt und die Anode der anderen Röhre über den Wechselstromverbraucher an die Wechselstromquelle angeschlossen ist.
Derartige Kaltkathodenröhren weisen, bedingt durch die Änderung des Innenwiderstandes im kalten und warmen Zustand unterschiedliche Steuerkennlinien auf, die zu. Veränderungen des Einsatzpunktes der Haupt entladung führen.
So ist bereits eine Schaltungsanordnung zum Schal ten von Wechselstromverbrauchern mittels Kaltkathoden röhren bekannt geworden, bei der zwei antiparallel ge schaltete Kaltkathodenröhren in Reihe mit der Primär wicklung eines Schweisstrafos an eine Wechselstrom quelle angeschlossen sind. Zur Bereitstellung einer Hilfs entladung, die der Einleitung der eigentlichen Hauptent ladung zwischen Kathode und Anode der gleichen Röhre dient, ist zwischen Anode und Hilfsanode ein Gleich richter und ein Begrenzungswiderstand eingefügt.
Zum Steuern des Zündzeitpunktes der beiden antiparallel ge schalteten Kaltkathodenröhren werden den Gittern die ser Röhren über zwei galvanisch getrennte Impulskreise abwechselnd zeitlich aufeinanderfolgende Impulse aufge drückt, die kurzzeitig die Sperrspannung aufheben und die Kaltkathodenröhre für einen Teil der Wechselstrom halbwelle leitfähig machen. Mit Hilfe der zwischen Anode und Hilfsanode geschalteten Gleichrichter und Begrenzungswiderstände ist es nicht möglich, bereits zu Beginn der Halbwelle eine ausreichende Spannung zur Ionisierung der Hilfsentladungsstrecke bereitzustellen, so dass erst nach Erreichen einer bestimmten Zündspan- nung die Hauptentladung voll einsetzen kann.
Es erge ben sich deshalb Verschiebungen des Zündzeitpunktes der Hauptentladung, die den Regelbereich der Röhre erheblich einschränken. Beim Absinken der Wechsel- stromhalbwelle macht sich ein ähnlicher Nachteil da durch bemerkbar, dass zwischen Hilfsanode und Kathode die Hilfsentladung und damit auch die Hauptentladung zwischen Anode und Kathode unregelmässig erfolgt. Da durch wird der Regelbereich der Kaltkathodenröhren er heblich eingeschränkt und diese bekannte Anordnung ist somit für die Steuerung einer Widerstandsschweiss maschine nicht geeignet.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass zur Steuerung zweier Kaltkathodenröhren neben den Sperrspannungserzeugern zwei komplizierte Impulserzeuger erforderlich sind, um an die beiden Git ter zwei getrennte, zeitlich zueinander definierte Zünd- impulse geben zu können.
Bei einer weiteren bekannten Anordnung sind Kalt kathodenröhren zum Zünden von Ignitrons eingesetzt worden. Hierbei ist ein Wechselstromverbraucher in Reihe mit einem Ignitron an eine Wechselstromquelle angeschlossen. In der Zündstift-Kathodenstrecke dieses Ignitrons liegt die Kathode einer Kaltkathodenröhre, de ren Hilfsanode und Anodenspannung von einem Konden sator geliefert wird, der von einer zweiten Wechselstrom quelle über einen Gleichrichter und einen Widerstand aufgeladen wird.
Zur Zündung der Kaltkathodenröhre und damit des Ignitrons wird eine am Gitter der Kaltkathodenröhre lie gende Sperrspannung kurzzeitig durch einen Impuls ent gegengesetzter Polarität aufgehoben, wobei zu einem be stimmten Zeitpunkt der Wechselstromhalbwelle die Kaltkathodenröhre leitfähig wird und folglich ein kurz zeitig hoher Zündstrom für das Ignitron bereitgestellt wird. Dieser Kondensator wird in der nichtleitenden Phase der Kaltkathodenröhre aus der zweiten separaten Wechselstromquelle wieder aufgeladen. Zur Bereitstel lung der Sperrspannung und des Impulses sind ebenfalls für je eine Kaltkathodenröhre und ein Ignitron ein Sperr spannungsgenerator und ein Impulsgeber vorgesehen.
Zum Schalten beider Wechselstromhalbwellen müssen zwei der letztgenannten Einrichtungen als vorhanden angesehen werden.
Als besonders nachteilig hat sich bei der beschriebe- nen Anordnung die Tatsache herausgestellt, dass neben der zur Aufladung des Kondensators benötigten hohen Spannung eine hohe Stromstärke benötigt wird, die diese Anordnung sehr material- und leistungsaufwendig ge staltet.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass in dieser An ordnung unabhängig von der ersten Wechselstromein speisung, in der der zu schaltende Wechselstromverbrau cher liegt, eine zweite Wechselstromeinspeisung zur La dung des Kondensators erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine An ordnung zum Schalten eines Wechselstromverbrauchers, insbesondere einer Widerstandsschweissmaschine, mit tels zweier Kaltkathodenröhren, die in Reihe mit dem Wechselstromverbraucher an eine Wechselstromquelle angeschlossen sind, wobei die Anode der einen der bei den Kaltkathodenröhren direkt in der Wechselstromlei tung liegt und die Anode der anderen Röhre über den Wechselstromverbraucher an die Wechselstromquelle angeschlossen ist, die es gestattet, das Ein- und Aus schalten der Kaltkathodenröhre annähernd über den vol len Bereich der Wechselstromhalbwelle regelbar zu machen und mit einfachen Mitteln eine exakte Ansteue rung zur Bestimmung des Zündzeitpunktes der Kaltka thodenröhren zu erzielen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch ge löst, dass bei beiden Röhren je zwischen der Kathode der einen und der Anode der anderen Kaltkathodenröhre ein Gleichrichter eingefügt ist, dass zur Zündung über den annähernd vollen Bereich der Wechselstromhalbwelle zwischen Anode und Kathode einer jeden Kaltkathoden röhre ein Kondensator geschaltet ist, sowie zwischen einer Hilfsanode und der Kathode einer jeden Kaltkatho denröhre ein Begrenzungswiderstand und ein weiterer Kondensator vorgesehen ist, der in der nichtleitenden Phase der einen Kaltkathodenröhre von der Anodenlei tung der anderen, gerade leitenden Kaltkathodenröhre über einen Gleichrichter geladen wird, und dass ein Sperrspannungsgenerator zur Erzeugung einer Sperr spannung und ein Impulsgeber zur Erzeugung einer ab wechselnd auf die Gitter beider Kaltkathodenröhren auf tastbaren,
phasenverschiebbaren, um 180 wiederholba ren Impulsfolge an eine die Gitter beider Röhren ver bindenden Leitung sowie an eine weitere, die Kathoden beider Röhren verbindenden Leitung angeschlossen sind.
Die gleiche Schaltungsanordnung kann zum Zünden von Gas- oder Dampfentladungsgefässen, z. B. Ignitrons, verwendet werden, wobei die antiparallel geschalteten Dampfentladungsgefässe z. B. derart in die beschriebene Schaltungsanordnung eingefügt sind, dass die Zündstift- Kathodenstrecke der antiparallel geschalteten Ignitrons bzw. die Gitter von Thyratrons auf der Kathodenseite der in der Kathoden-Anoden-Strecke der Kaltkathoden röhren liegenden Gleichrichter eingefügt sind, wobei die Anoden der Ignitrons bzw. Thyratrons zusammen mit den Anoden der Kaltkathodenröhren an der Wechselstrom zuleitung bzw. an den zu schaltenden Wechselstromver braucher angeschlossen sind.
Durch die in den verschiedenen Kreisen der Schal tungsanordnung angeordneten Kondensatoren wird es ermöglicht, auch unterhalb der Zündspannungsgrenze der Hilfsentladung der Kaltkathodenröhren über annähernd den vollen Bereich der Wechselstromhalbwelle eine Hilfsentladung bereitzustellen, die einen beliebigen Ein satzpunkt der Hauptentladung gewährleistet. Insbeson dere die Bereitstellung einer ausreichenden Ladungs menge mittels eines in der Hilfsentladungsstrecke ange- ordneten Kondensators, der von der gegenüberliegen den Zuleitung gerade aufladbar ist, ergibt zusammen mit der an sich bekannten Eigenschaft der Kaltkathodenröh ren, kurzzeitig hohe Stromstärken zu schalten, die Ge währ für den Einsatz der Kaltkathodenröhren in Schal tungen unter rauhen Betriebsbedingungen, wie z. B. Widerstandsschweissmaschinen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Schal tungsanordnung liegt in ihrer universellen Einsatzmög lichkeit. Sie kann z. B. zum direkten Schalten von Wech selstromverbrauchern als auch zum Zünden von Gas- oder Dampfentladungsgefässen benutzt werden.
Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn es gilt, für verschiedene Zwecke gleiche Schaltelemente, z. B. mit Schaltelementen bestückte Leiterplatten eines Typs einzusetzen, die nur einen geringen Platzbedarf aufweisen. Vorteilhafterweise kann, bedingt durch die geringe Grösse der Kaltkathodenröhren gegenüber Thy- ratrons gleicher Leistung, z. B. eine Schweissmaschinen steuerung in der Weise aufgebaut werden, dass in über einstimmung mit der Grösse der in den Steuerschränken von Schweissmaschinen üblichen bestückten Leiterplat ten, gleichgrosse Einschübe für die Ansteuerung sowie eine bestückte Leiterplatte zum Schalten je einer Halb welle bzw. Zünden je eines Ignitrons, verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass eine der artige Schaltungsanordnung für Kaltkathodenröhren mit tels eines einzigen, in seiner Amplitude stetig regelbaren Impulses zuverlässig in der Weise betrieben werden kann, dass über eine an sich bekannte Vertikalsteuerung unter Einschaltung von Widerständen und von für je eine Wechselstromhalbwelle durchlässigen Gleichrichter zeitlich genauer definierte, paarweise aufeinanderfol gende Impulse mit steiler Einschaltflanke erzeugt wer den, die abwechselnd auf die Gitter der Kaltkathoden röhren aufgetastet werden.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Es bedeuten: Fig. 1. Eine Anordnung zum Schalten von Wechsel stromverbrauchern mittels Kaltkathodenröhren.
Fig. 2 Anordnung zum Zünden von Gasentladungs- gefässen, insbesondere Ignitrons in Widerstands- schweissmaschinen mittels Kaltkathodenröhren.
In Fig.1 bedeutet 1 die Primärwicklung eines Schweisstrafos, die in Reihe mit 2 Kaltkathodenröhren K1 und K2 an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Von den Anoden 2; 2' der Kaltkathodenröhren K1 und K2 liegt die eine Anode 2' direkt in der Wechsel stromzuleitung, während die andere Anode 2 über die Primärwicklung 1 mit dem anderen Pol der Wechsel stromzuleitung verbunden ist.
Die Kathoden 4; 4' der beiden Röhren K1 und K2 sind mit der Anode 2'; 2 der gegenüberliegenden Röhre über je einen in Richtung zur Anode 2'; 2 durchlässigen Gleichrichter 6; 6' verbunden, wobei beide Kathoden 4; 4' untereinander verbunden sind.
Zur Bereitstellung der Hilfsentladung bei Beginn der Wechselstromhalbwelle zwischen der Kathode 4; 4' und der Hilfsanode 5; 5' wird der Kondensator 9; 9' über einen Gleichrichter 8; 8' von der Anodenleitung 2'; 2 der gegenüberliegenden Kaltkathodenröhre K2; K1 aufgela den. Dieser Kondensator 9; 9' entlädt sich in der der Kaltkathodenröhre K1; KZ zugeordneten Wechselstrom halbwelle über den Begrenzungswiderstand 7; 7' und stellt zu Beginn der Wechselstromhalbwelle zwischen der Kathode 4; 4' und Hilfsanode 5; 5' der Röhre eine La- dungsmenge zur Ionisierung der Hilfsentladungsstrecke 4-5; 4'-5' bereit.
Um ein Zünden der Röhre K1; K2 auch bei einem Phasenanschnitt von 170 der Wechsel stromhalbwelle- zu- gewährleisten, sind die Kondensato ren 10; 10' zwischen die Kathoden 4; 4' und die Anoden 2; 2' der Röhren K1 und K2 geschaltet.
Um die Hauptentladung zwischen den Kathoden 4; 4' und den Anoden 2; 2' zu einem bestimmten Zeitpunkt der Wechselstromhalbwelle einsetzen zu lassen, wird die durch einen nicht näher dargestellten Sperrspannungs generator 14 erzeugte, ständig an den Gittern 3; 3' der Röhren K1 und K2 liegende negative Gleichspannung kurzzeitig durch einen entgegengesetzt gerichteten Impuls mit steiler Einschaltflanke aufgehoben und so die Haupt entladung bewirkt.
Bei Wechselstromantrieb wird dieser Impuls vorzugsweise einer an sich bekannten Vertikal steuerung entnommen und über eine an den Kathoden 4; 4' der Röhren K1 und K2 liegenden Leitung und einem den Röhren K1 und K2 zugeordneten Gitter 3; 3' über je einen der Widerstände 12; 12' und 13; 13' und je einen Gleichrichter 11; 11' abwechselnd auf jedes Gitter 3; 3' aufgetastet.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung läuft dabei wie folgt ab. Wird ein Wechselstrom an die An schlüsse dieser Schaltungsanordnung gelegt, derart, dass die positive Halbwelle an der Anode 2' der Röhre K2 liegt, so wird der Kondensator 9 über den Gleichrichter 8 aufgeladen. Gleichzeitig kann sich jedoch an Röhre K1 der Kondensator 9 über den Begrenzungswiderstand 7 entladen und zwischen der Hilfsanode 5 und der Kathode 4 bereits bei Beginn der Wechselstromhalbwelle eine aus reichende Ionisierung bewirken, so dass bei beliebiger Wahl des Zündzeitpunktes die Hauptentladung zwischen der Anode 2 und der Kathode 4 der Röhre K1 einsetzen kann.
Um noch ein einwandfreies Einsetzen der Haupt entladung zwischen Kathode 4; 4' und Anode 2; 2' bei einem Phasenanschnitt von ca. 170 der Wechselstrom halbwelle zu erreichen, ist zwischen Anode 2; 2' und Kathode 4; 4' der Kondensator 10; 10' angeordnet, der in der leitenden Phase der zugeordneten Röhre K1; K2 aufgeladen wird und zum Ende der Wechselspannungs halbwelle an Anode 2; 2' einen Spannungsnachschub bewirkt.
Lässt man die eben beschriebene Wirkung der Hilfs stromkreise ausser acht, so ergibt sich folgende Funk tion: a) Positive Halbwelle an Anode 2': Hilfsentladung zwischen Hilfsanode 5' und Kathode 4' steht bereit Röhre KZ ist zündfähig - Impuls liegt am Gitter 3' Hauptentladung zwischen Anode 2' und Kathode 4' setzt ein - Strom fliesst über den Gleichrichter 6 in Rich tung zum Schweisstrafo 1. - Ende.
b) Positive Halbwelle an Anode 2: Hilfsentladung zwischen Hilfsanode 5 und Kathode 4 steht bereit Röhre K1 ist zündfähig - Impuls liegt am Gitter 3 Hauptentladung zwischen Kathode 4 und Anode 2 setzt ein - Strom fliesst über Gleichrichter 6'. - Ende.
In Fig. 2 ist eine weitere beispielsweise Anordnung einer Schaltungsanordnung mittels Kaltkathodenröhre dargestellt, die zum Zünden von Ignitrons verwendet wird. Hier wird die gleiche wie in Fig. 1 beschriebene Schaltungsanordnung benutzt, lediglich mit der Ände rung, dass in die Kathodenseite der Gleichrichter 6; 6' die Zündstift-Kathodenstrecken 15; 15' an sich be kannte antiparallel geschalteter Ignitrons 16; 16' einge fügt sind, wobei die Anodenleitungen der Ignitrons 16; 16' zusammen mit den Anoden 2; 2' der Kaltkathoden röhren K1 und K2 zusammengeschaltet sind. Setzt man wieder die vorstehend beschriebene Funktion der Hilfs stromkreise voraus, so ergibt sich folgender Stromlauf: a) Positive Halbwelle liegt an Anode 2' und Anode des Ignitrons 16':
Hilfsentladung zwischen Hilfsanode 5' und Kathode 4' steht bereit - Röhre K2 ist zündbe- reit - Impuls liegt am Gitter 3' - Hauptentladung zwi schen Anode 2' und Kathode 4' setzt ein - Zündstrom fliesst über Gleichrichter 6' und Zündstift-Kathoden- strecke 15' - Ignitron 16' zündet - Strom fliesst über Primärwicklung 1 des Schweisstrafos - Ende.
b) Positive Halbwelle liegt an Anode 2 und Anode des Ignitrons 16: Hilfsentladung zwischen Hilfsanode 5 und Kathode 4 der Röhre K1 steht bereit - Röhre K1 ist zündbereit - Impuls liegt am Gitter 3 - Hauptentladung zwischen Anode 2 und Kathode 4 setzt ein - Zündstrom fliesst über Gleichrichter 6 und Zündstift-Kathoden- strecke 15 - Ignitron 16 zündet - Strom fliesst - Ende.