-
Schalteinrichtung für Kondensatorentladungskreise, insbesondere von
Schweißmaschinen Bei Impulsschweißmaschinen kommt es darauf an, ebenso wie bei allen
anderen Kondensatorentladungskreisen einen aufgeladenen Kondensator auf einen Verbraucher,
z. B. einen Impulsschweißtransformator, zu einem willkürlichen Zeitpunkt aufzuschalten.
Hierzu bedient man sieh normalerweise starker elektromagnetisch betätigter Schütze.
Die sonst vielerorts verwendete Ignitronschalttechnik konnte bei großen Kondensator-Impulsschweißmaschinen
nicht angewandt werden, da die Sperrspannungen solcher unter dem Namen Ignitron:
geschützter Entladungsgefäße einige tausend Volt betragen müssen und bei voller
Belastung der Impulstransformatoren leicht Stromstärken ebenfalls von einigen tausend
Ampere entstehen. Derartige ignitronschaltröhren werden außerordentlich kostspielig,
zumal man bei schwindender Entladung sowohl für den positiven wie für den negativen
Stromfluß je ein Ignitron vorzusehen hat und bei längerer Oszillation, über eine
positive und negative Periode hinausgehend, überaus komplizierte Steuer- und Zündschaltungen
erforderlich werden.. Im Gegensatz zu Geräten, die mit Netzfrequenz arbeiten, stellt
sich ja bei einem Kondensatorentladungskreis die Frequenz der Schwingung in Gemäßheit
des anliegenden Transformators mit seiner Bürde ein, so daß eventuelle Steuerungs-
und Zündorgane mit dieser nicht konstanten Frequenz arbeiten müßten. Die Erfindung
betrifft eine Schalteinrichtung für Kondensatorentladungskreise, insbesondere von
Schweißmaschinen, mittels eines Schaltrohres mit zwei Quecksilberelektroden und
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung induktiv mittels einer gedämpft oszillierenden
Stoßentladung solcher Induktivität erfolgt, die eine für die Stoßionisation von
Quecksilberatomen ausreichend hohe Windungs-EMK hat.
-
Eine besonders einfache Ausführungsform. der Erfindung zeigt die Fig.
1. Um die Ausbildung der kostspieligen Schaltröhre zu verbilligen, reichte es aus,
an Stelle einer durch eine Elektrode eingeleiteten Zündfunken-Hauptentladung eine
hochfrequente Oszillation mittels der Spule 11-12 zu bewirken. Es hat sich hierbei
die Richtigkeit folgenden Gedankenganges herausgestellt: Bekanntlich wird bei einem
Glühsender bei der Evakuierung von Gefäßen ein Nachleuchten oder Leuchten während
der Ausheizzeit und Einwirkungsdauer des hochfrequenzgespeisten Glühsenders beobachtet.
Eine solche elektrodenlose Entladung kann nun nach der Erfindung zum Zünden der
Hauptentladung benutzt werden. Zu diesem Zwecke muß man eine oszillierende Hilfsentladung
durch die Spule 11 senden, die etwa ebenso viel oder mehr Blindleistung während
des Zündvorganges hat, wie in der Schwingspule eine Glühsenders aufzutreten pflegt.
Glühsender arbeiten nun normalerweise mit Leistungen von etwa 2 kW bei einem etwa
50fachen überhöhten Blindlestungsfaktor, d. h. mit etwa 100 kVA.
-
Gleicht man nun einen Entladungskondensator zusammenwirkend mit einer
Induktionsspule, die um die Röhre herumgewickelt ist, so ab, daß das Produkt n=u2
coC als Blindleistung etwa 100 kVA oder mehr beträgt, so erreicht man tatsächlich
eine kräftige innere Gasentladung des Rohres und den Durchbruch einer Zündung zwischen
7 und 7. Nun ist es zur Betätigung einer solchen Kondensatorentladung zweckmäßig,
gleichzeitig Vorsorge zu treffen, daß sie nicht frühzeitig ausgelöst werden kann.
Zu dem Zwecke ist die Schaltung Fig. 2 nützlich. Hierbei wird der für die Oszillation
vorgesehene energetische Speicherkondensator 13 über Ladewiderstände 14 von der
Hochspannung 8-8 aufgeladen. Erfindungsgemäß hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
dieselbe Hochspannung zu verwenden, die auch an den Polen der Schaltröhre liegt.
Dadurch kann man eine Schweißung bzw. Kondensatorentladung nur auslösen, wenn an
dem Schaltrohr tatsächlich eine Spannung liegt. Die Kondensatorentladung 13 geht
nun über 16 und den Schaltkontakt 15 in die Leitung 12 und durch die Spule 11. Man
kann hilfsweise das Schaltschütz 17 dabei über einen weiteren Schalter 18, z. B..
einen manuellen Druckkontakt, auslösen, der dabei eine Kondensatorentladung, stammend
aus dem Kondensator 19, in die Schützspule 17 gehen läßt, so daß es zu einem spontanen,
aber heftigen Berührungsstoß und Kontaktschluß bei 15 kommt. Zweckmäßig lädt man
den Kondensator 19 über Ladewiderstände 20 aus einer Stromquelle 21, die z. B. aus
einem aufgeladenen größeren Kondensator bestehen kann, wiederum so auf, daß die
Zeitkonstante
zwischen dem Widerstand 20 und dem- Kondensator
19
identisch ist mit der Zeitkonstante des Kondensators 13 und den Widerständen
14. Dadurch ist verhindert, daß man vorzeitig das Schaltschütz 15 betätigen kann
. und den Kondensator 13 ohne ausreichende Ladung in die Schwingspule entleert,
was eine unzureichende Ionisation in der Schaltung zur Folge haben müßte mit einem
Ausfall der Schweißung. Man kann aber genauso den Schalter 15 durch ein unter den
Zeichen Ignitron oder Thyratron geschütztes Entladungsgefäß oder einen sonstigen
Schutzschalter ersetzen, wobei bei Verwendung von Ignitrons oder Thyratrons wiederum
die kostspieligen Antiparallelschaltungen zu wählen wären, während man bei einem
einfachen mechanischen Schalter infolge der geringen Funkenbildung ökonomischer
arbeiten kann und den Vorteil hat, daß beide Oszillationsrichtungen zugleich bedient
werden.
-
Eine Schwierigkeit bei kleinen Betriebsspannungen des Schaltrohres
3 kann man durch Schaltmaßnahmen gemäß Fig. 3 beheben. Wenn man nämlich nur Span--Ä4ngen
zwischen 2 und 3 kV am Schaltrohr 3 anliegen hat, so muß die Kondensatorentladung
mit ihrer nachfolgenden Oszillation in der Spule 11 erheblich stärker sein, als
wenn am Schaltrohr 3 die Spannung etwa 4 oder gar 5 kV beträgt. Bekanntlich ist
die Zündung einer Gasentladung um so leichter, je näher man vor der Zündung bereits
an der Durchschlagsspannung liegt. Um nun bei sinkender oder unzureichend kleiner
Betriebsspannung trotzdem sichere Zündung mit einer erforderlichen hohen kV A-Zahl
in der oszillierenden Entladung 11 zu erreichen, bedient man sich hilfsweise der
Marx-Schaltung. Hierbei sind die Kondensatoren 131, 132 und 133 oder eine andere
geeignete Anzahl parallel aufgeladen über die Widerstände 141, 142 und 9.43. Sie
werden aus derselben Spannung aufgeladen, die an den Klemmen 8-8 des Schaltrohres
anliegt. Zur Auslösung der Zündung werden nun drei Kontakte ein und desselben Schützes
151, 152 und 153 gleichzeitig betätigt. Normale elektromagnetische Schütze haben
ohnehin im allgemeinen drei bis vier Schaltkontakte und sind daher nützlich für
diese Aufgabe zu verwenden. Bei einer Spannung am Rohr von z. B. nur 2 1cV hat man
bei einer gezeichneten Dreifachschaltung 6 kV insgesamt an der Spule a.1-12 liegend
und damit eine dreifach stärkere treibende Spannung in der Oszillation als ohne
diesen Kunstgriff. Es zeigte sich, daß die Schaltung gemäß Fig. 3 bei zwei bis drei
in Marx-Schaltung geschalteten Zündkondensatoren im gesamten Spannungsbereich zwischen
1,5 und 6 kV bei Kondensatorgrößen für die Pos. 1 zwischen 50 und 5000 p,F sicher
und zuverlässig zu arbeiten vermag.
-
Die Erfindung wurde an dem Beispiel einer Impulsschweißmaschine dargestellt.
Zusammefifassend ist zu sagen, daß die Schaltung auch noch bei 5000 Volt anliegender
Spannung und etwa 5000 Ampere aperiodischem oder oszillierendem Strom mit einfachen
Schaltröhren von einem Inhalt von etwa 0,5 bis 11 zu arbeiten vermag und damit Schaltleistungen
in der Größenordnung von 25 MW zu beherrschen vermag, wobei der Aufwand extrem gering
ist.