DE1007422B - Schaltung fuer einen selbsterregten Hochfrequenzgenerator fuer industrielle Anwendungen der Hochfrequenzenergie mit einer Kontrolleinrichtung zur Frequenzueberwachung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für einen selbsterregten Hochfrequenzgenerator für industrielle Anwendungen der Hochfrequenzenergie. Es ist bekannt, daß von derartigen Hochfrequenzgeneratoren Störstrahlungen ausgehen können, welche zu starken Beeinträchtigungen des Betriebes von hochfrequenten Nachrichtenanlagen führen können. In den meisten Ländern bestehen daher bereits gesetzliche Bestimmungen, durch welche der Betrieb von industriellen Hochfrequenzanlagen auf bestimmte enge Frequenzbereiche beschränkt wird. Ein solcher Frequenzbereich liegt z. B. bei 27,12 MHz und besitzt eine Breite von ± 0,6 %.

Ein bekanntes Mittel, die Frequenz eines industriell verwendeten Hochfrequenzgenerators bei Lastschwankungen praktisch konstant zu halten, besteht in der Verwendung von fremdgesteuerten Anordnungen. Abgesehen von dem Nachteil, daß solche Anordnungen wesentlich teurer werden als selbsterregte Generatoren, besitzen solche fremdgesteuerten Anordnungen auch den weiteren Nachteil, daß sie sich bei der durch die Lastschwankungen ergebenden Verstimmung des Arbeitskreises nicht in gleicher Weise elastisch den veränderten Betriebsbedingungen anpassen wie Selbsterregungsanordnungen. Der selbsterregte Generator arbeitet nämlich auch bei Belastungsschwankungen automatisch im abgestimmten Zustand, gerade weil sich seine Frequenz den veränderten Daten des Arbeitskreises anpaßt und sich so selbsttätig auf die Lastschwankungen einstellt. Natürlich ist dieses an sich erwünschte Verhalten auch der Grund dafür, daß Frequenzänderungen auftreten. Diese Frequenzänderungen können durch geeignete Bemessung der Elemente des frequenzbestimmenden Schwingungskreises so klein gehalten werden, daß die erzeugte Schwingungsfrequenz bei normalem Ablauf des Arbeitsprozesses nicht aus dem zugelassenen Arbeitsfrequenzbereich herausfällt. Es ist bekannt, zur Herabsetzung der Frequenzänderungen den Schwingkreis des Generators für eine hohe Blindleistung zu bemessen. Dies bedeutet, daß der Schwingkreis aus einer verhältnismäßig großen Kapazität und einer entsprechend kleinen Induktivität zusammengesetzt ist. Es ergeben sich dabei aber vielfach Verhältnisse der Blindleistung zur Wirkleistung von mehreren 1000: 1. Durch die entsprechend großen im Schwingungskreis fließenden Blindströme entstehen entsprechend große Dämpfungsverluste, was überaus unerwünscht ist. Durch diese Verluste wird nicht nur der Wirkungsgrad des Generators verschlechtert, sondern es tritt auch das Problem der Wärmeableitung vom Schwingungskreis auf. Die Schwingungskreise müssen notwendigerweise räumlich sehr groß ausgebildet sein und erforderlichenfalls mit zusätzlicher Gebläsekühlung versehen werden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß man beim Betrieb eines industriell verwendeten Hochfre-Schaltung für einen selbsterregten

Hochfrequenzgenerator für industrielle

Anwendungen der Hochfrequenzenergie

mit einer Kontrolleinrichtung

zur Frequenzüberwachung

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dr.-Ing. Wolfgang Burkhardtsmaier, Berlin-Zehlendorf, ist als Erfinder genannt worden

quenzgenerators zwischen zwei Arten von Änderungen der elektrischen Werte des Arbeitskreises unterscheiden kann. Solche Änderungen treten nämlich erstens bei der Ausführung eines und desselben Arbeitsvorganges durch die Änderungen der elektrischen Eigenschaften des behandelten Arbeitsgutes auf. Diese Änderungen halten sich in verhältnismäßig engen Grenzen im Vergleich zu den Änderungen der zweiten Art, die sich beim Übergang von einem BehandlungsVorgang eines bestimmten Arbeitsgutes auf einen anderen Behandlungsvorgang eines Arbeitsgutes mit wesentlich abweichenden elektrischen Eigenschaften ergeben. Aus dieser Erkenntnis ergibt sich, daß es nicht einmal genügen würde, das Verhältnis der Blindleistung zur Wirkleistung im Arbeitskreis so hoch zu bemessen, daß die Arbeitsfrequenz während des normalen Ablaufes eines Arbeitsvorganges nicht aus dem vorgeschriebenen Frequenzbereich herausläuft. Bei der Bemessung müßten vielmehr auch die wesentlich größeren Änderungen der Belastung des Arbeitskreises

berücksichtigt werden, welche sich beim Übergang von der Behandlung eines Arbeitsgutes auf die eines Arbeitsgutes mit abweichenden elektrischen Eigenschaften ergeben. Die Berücksichtigung dieser größeren und bei einer Neueinstellung des Arbeitsgerätes häufig unbekannten Belastungsänderungen macht im allgemeinen die Verwendung eines in der Arbeitsvorrichtung oder im Generator vorgesehenen Abstimmittels erforderlich, welches einen derartig bemessenen Wirkungsbereich haben soll, daß damit beim Übergang von der Behandlung eines Arbeitsgutes auf die eines Arbeitsgutes mit abweichenden elektrischen Eigenschaften die Schwingungsfrequenz zunächst auf einen Wert innerhalb des zugelassenen Frequenzbereiches einstellbar ist. Die Wirkung einer erhöhten Blindleistung des Kreises im Sinne einer

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Frequenzstabilisierung braucht dann lediglich zur Be- handen sein, ehe die Regeleinrichtung, die auf diese grenzung der bei den einzelnen Arbeitsvorgängen selbst Schwingung anspricht, den Fehler korrigieren kann, eintretenden Frequenzänderungen ausgenutzt zu werden, Da die Kontrolleinrichtung der entsprechend der Er-

so daß man mit wirtschaftlich erträglichen Blindleistungs- findung ausgebildeten Hochfrequenzgeneratorschaltung Verhältnissen auskommt. 5 von den Schwingungen des Generators unabhängig arbei-

Aus den vorangestellten Darlegungen ergibt sich, daß tet, kann sie auch beim Einschalten des Generators die es bei selbsterregten Generatoren nicht zweckmäßig wäre, Erzeugung unerlaubter Schwingungsfrequenzen verhindie geforderte Beschränkung der Arbeitsfrequenzen auf dem, indem sie beispielsweise den Einschaltvorgang so einen zugelassenen Frequenzbereich durch Wahl eines lange sperrt, bis der Arbeitskreis auf die Erzeugung einer entsprechend hohen Blindleistungsverhältnisses zu ge- ίο im zugelassenen Bereich liegenden Frequenz eingestellt währleisten. Es werden im allgemeinen zusätzliche Ab- ist.

Stimmittel zum Ausgleich solcher Verstimmungen erfor- Für die praktische Ausbildung einer solchen Kontroll-

derlich sein, welche sich beim Übergang auf einen neuen einrichtung bestehen mehrere Möglichkeiten. Beispiels-Arbeitsprozeß oder gelegentlich bei ungewöhnlichen Be- weise kann die Kontrolleinrichtung auf die durch die lastungszuständen ergeben. Durch die freie Einstellbar- 15 Eigenschaften des Arbeitsgutes bestimmte Kapazität der keit eines zusätzlichen Abstimmittels oder durch nicht Arbeitsvorrichtung und die Kapazität eines als Abauszuschließende Störungen beim Ablauf eines Arbeits- Stimmittel dienenden einstellbaren Zusatzkondensators prozesses, welche größere als die erwarteten Belastungs- ansprechen und die Schwingungserregung im Generator änderungen zur Folge haben, ergibt sich die Möglichkeit, nur innerhalb eines vorbestimmten Bereiches der resuldaß wenigstens kurzzeitig Schwingungen von unerlaubter ao tierenden Kapazität freigeben. Die Schaltung kann so Frequenz erzeugt und über die Arbeitsvorrichtung mit aufgebaut sein, daß die Kapazitäten des Arbeitsmittels unzulässiger Stärke ausgestrahlt werden. Der Erfindung und des Zusatzkondensators ein Schaltelement, vorzugsliegt die Aufgabe zugrunde, diese Möglichkeit der Erzeu- weise einen Teil eines Schwingungskreises, in einer zugung von Schwingungen unerlaubter Frequenz auszu- sätzlichen, vorzugsweise rückgekoppelten Oszillatoranschließen. 25 Ordnung bilden, die von der Schwingschaltung des Hauptin einer Schaltung eines selbsterregten Hochfrequenz- generators unabhängig arbeitet. Diese zusätzliche Oszilgenerators für industrielle Anwendungen der Hochfre- latoranordnung kann beispielsweise so ausgebildet sein, quenzenergie mit einer Kontrolleinrichtung zur Fre- daß sie bereits mit der Heizspannung des Hauptgeneraquenzüberwachung soll erfindungsgemäß die Kontroll- tors eingeschaltet wird, während die Einschaltung der einrichtung derartig ausgebildet sein, daß sie von den 30 Anodenspannung des Hauptgenerators erst über die Schwingungen des Generators unabhängig arbeitet und Wirkung der Kontrolleinrichtung möglich ist. Als Oszildie Schwingungserregung im Generator, beispielsweise latorfrequenz für die Kontrolleinrichtung wählt man durch Sperrung des Einschalters, verhindert, wenn die zweckmäßigerweise eine sehr niedrige Frequenz (etwa elektrischen Daten des Arbeitskreises, gegebenenfalls zu- einige kHz bis einige 100 kHz), damit die Kontrolleinsammen mit einem an der Arbeits vorrichtung oder im 35 richtung ihrerseits nicht wieder unerwünschte Störstrah-Generator vorgesehenen Abstimmittel, nicht auf die Er- lungen aussenden kann.

zeugung einer in dem zugelassenen Frequenzbereich lie- Die zusätzliche Oszillatoranordnung kann derartig

genden Schwingungsfrequenz eingestellt sind. Unter eingestellt werden, daß sie Schwingungen nur dann ereiner von den Schwingungen des Generators unabhängig zeugt, wenn die aus den genannten Kapazitäten des Ararbeitenden Kontrolleinrichtung soll dabei eine solche 40 beitskreises und des zusätzlichen einstellbaren Kondenverstanden werden, deren Funktion nicht von dem Vor- sators resultierende Kapazität innerhalb des vorbestimmhandensein von Schwingungsenergie des Hochfrequenz- ten Bereiches liegt. Die Kapazitäten des Arbeitsmittels generators abhängig ist und die auch dann ihre Kontroll- und des Zusatzkondensators können aber in der zusatzfunktion erfüllen kann, wenn der Generator keine Schwin- liehen Oszillatoranordnung auch derartig angeordnet gungen erzeugt, also beispielsweise noch nicht einge- 45 sein, daß ihre Änderungen Frequenzänderungen der erschaltet ist. zeugten Oszillatorschwingung bewirken. Im erstgenann-Es sei erwähnt, daß eine Frequenzüberwachungsein- ten Falle kann die Kontrollwirkung direkt von der Ausrichtung für Hochfrequenzgeneratoren bekannt ist, wel- gangswechselspannung der Kontrolleinrichtung abgeleitet ehe zwei verschieden abgestimmte, an den Generator- werden, indem durch die gleichgerichtete Ausgangsspanschwingungskreis lose angekoppelte Hilfsschwingungs- 50 nung ein Relais oder Schütz erregt wird. Im zweiten kreise aufweist, wobei als Kriterium einer Änderung der Fall kann die erzeugte Oszillatorfrequenz direkt über zu überwachenden Frequenz die mit dieser Änderung einen Bandpaß geleitet werden oder durch Mischung mit zusammenhängende Änderung in der Beeinflussung der einer festen Frequenz in einen anderen Frequenzbereich beiden Hilfsschwingungskreise durch den Generator- verlagert und die verlagerte Frequenz über einen Bandschwingungskreis benutzt ist. Die bekannte Einrichtung 55 paß geleitet werden, worauf das hochfrequente Ausgangskann als selbsttätige Regeleinrichtung für die erzeugte signal über einen Gleichrichter auf das genannte Relais Frequenz wirken, wenn die Abstimmittel des Generator- oder Schütz einwirkt, durch dessen Erregung über einen Schwingungskreises in Einstellverbindung mit einem Mo- seiner Kontakte der Generator eingeschaltet oder seine tor stehen, der seinerseits in Abhängigkeit von dem Einschaltung von Hand freigegeben wird. Stromstärkeverhältnis der beiden Hilfsschwingungskreise 60 In der Zeichnung ist in Fig. 1 das Prinzipschaltbild gebracht ist. Zur Lösung der der Erfindung zugrunde einer nach der Erfindung ausgebildeten Schaltung eines liegenden Aufgabe ist diese bekannte Einrichtung nicht selbsterregten Hochfrequenzgenerators dargestellt, welgeeignet, weil ihre Funktion von den Hochfrequenz- ehe mit einem Kontrollgerät der beschriebenen Art zuschwingungen des Generators abhängig ist, durch deren sammenarbeitet. Der frequenzbestimmende Kreis des Einfluß auf die Hilfsschwingungskreise der Regelvorgang 65 Hochfrequenzgenerators enthält die Induktivität L₁ und ausgelöst wird. Damit kann aber die Erzeugung von die Kapazität C₁. Mit diesem Kreis ist das Arbeitsgerät Schwingungen unerlaubter Frequenz, beispielweise beim unmittelbar verbunden, dessen Kapazität mit C₂ bezeich-Einschalten des Generators, nicht verhindert werden, net ist. Zum Ausgleich von Kapazitätsänderungen beim denn die Schwingung unerlaubter Frequenz muß in der Übergang von einem Arbeitsvorgang auf einen anderen bekannten Einrichtung grundsätzlich zuerst einmal vor- 70 Arbeitsvorgang dient der der Kapazität des Arbeitsgerätes

parallel geschaltete Kondensator C₃, der als einstellbarer Kondensator ausgebildet ist. Die von dem Hochfrequenzgenerator erzeugte Frequenz wird im wesentlichen durch die Größe der bisher genannten Teile L₁, C₁, C₂ und C₃ bestimmt. An den aus diesen Teilen gebildeten Schwingungskreis ist über die Hochfrequenzdrossel L₂ der aus der Induktivität L₃ und der Kapazität C₄ gebildete Schwingungskreis eines Hilfsoszillators angeschlossen, der eine Entladungsröhre O in an sich bekannter Rückkopplungsschaltung enthält. Von der Anodenseite dieser Ent- ίο ladungsröhre wird die Schwingungsenergie über den Bandpaß B dem Gleichrichter G zugeführt, so daß das an diesen Gleichrichter angeschlossene Relais R seinen Anker anzieht, wenn die Frequenz der vom Hilfsoszillator erzeugten Schwingungen im Durchlaßbereich des Bandpasses B liegt.

Um eine Ausstrahlung von Störschwingungen durch den Hilfsoszillator des Kontrollgerätes zu vermeiden, kann die Frequenz der Hilfsschwingung verhältnismäßig niedrig, beispielsweise gleich 200 kHz, gewählt sein. In diesem Falle können die Widerstände der Spulen L₁ und L₂ bei der Frequenz der Hilfsschwingung vernachlässigt werden. Es ergibt sich dann für den zusammengesetzten Schwingungskreis des Hilfsoszillators bei der Frequenz von 200 kHz das in Fig. 2 dargestellte Ersatzschaltbild. Man erkennt ohne weiteres, daß die Kapazitätsänderungen von C₂ bzw. C₃ entsprechende Änderungen der Hilfsfrequenz zur Folge haben und daß der Wert von 200 kHz sich nur bei richtiger Einstellung der Arbeitskapazität im Ausgangskreis des Hochfrequenzgenerators ergibt. Die Durchlaßbreite des Bandpasses B ist dabei derartig zu bemessen, daß über den Kontakt des Relais R die Schwingungserzeugung im Hochfrequenzgenerator nur dann freigegeben wird, wenn der frequenzbestimmende Kreis des Hochfrequenzgenerators auf eine Frequenz innerhalb des zugelassenen Arbeitsbereiches eingestellt ist.

Die angegebene Kontrolleinrichtung kann auch unabhängig von der Bemessung des Verhältnisses der Blindleistung zur Wirkleistung im Arbeitskreis des Hochfrequenzgenerators bei beliebig ausgeführten Generatoren angewendet werden. Ihre Verwendung ist auch nicht an die gleichzeitige Verwendung eines einstellbaren Ergänzungskondensators C₃ gebunden.

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltung für einen selbsterregten Hochfrequenzgenerator für industrielle Anwendungen der Hochfrequenzenergie mit einer Kontrolleinrichtung zur Frequenzüberwachung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung derartig ausgebildet ist, daß sie von den Schwingungen des Generators unabhängig arbeitet und die Schwingungserregung im Generator, beispielsweise durch Sperrung des Einschalters, verhindert, wenn die elektrischen Daten des Arbeitskreises, gegebenenfalls zusammen mit einem an der Arbeitsvorrichtung oder im Generator vorgesehenen Abstimmittel (C₃), nicht auf die Erzeugung einer in dem zugelassenen Frequenzbereich liegenden Schwingungsfrequenz eingestellt sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung auf die durch die Eigenschaften des Arbeitsgutes bestimmte Kapazität (C₂) der Arbeitsvorrichtung und die Kapazität (C₃) des als Abstimmittel dienenden einstellbaren Zusatzkondensators anspricht und die Schwingungserregung nur innerhalb eines vorbestimmten Kapazitätsbereiches freigibt.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten des Arbeitsmittels und des Zusatzkondensators ein Schaltelement, vorzugsweise einen Teil eines Schwingungskreises, in einer zusätzlichen, vorzugsweise rückgekoppelten Oszillatoranordnung bilden.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Oszillatoranordnung derartig eingestellt ist, daß sie Schwingungen nur dann erzeugt, wenn die aus den genannten Kapazitäten resultierende Kapazität innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt.

5. Schaltung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten des Arbeitsmittels und des Zusatzkondensators in der zusätzlichen Oszillatoranordnung derartig angeordnet sind, daß ihre Änderungen Frequenzänderungen der erzeugten Oszillatorschwingung bewirken.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Oszillatorfrequenz entweder direkt über einen Bandpaß (B) oder durch Mischung mit einer festen Frequenz in einen anderen Frequenzbereich verlagert und die verlagerte Frequenz über einen Bandpaß geleitet wird.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente Ausgangssignal der Kontrolleinrichtung über einen Gleichrichter (G) auf ein Relais (R) einwirkt, durch dessen Erregung über einen seiner Kontakte der Generator eingeschaltet oder seine Einschaltung von Hand freigegeben wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 826 030, 833 970;
USA.-Patentschrift Nr. 2 252 941.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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