DE1438908A1

DE1438908A1 - Schutzstromkreis fuer eine Maschine zur elektrolytischen Bearbeitung

Info

Publication number: DE1438908A1
Application number: DE19651438908
Authority: DE
Inventors: Georges Marendaz; Jean Pfau; Heinz Rhyner
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1965-03-04
Filing date: 1965-12-20
Publication date: 1968-11-21
Also published as: DE1790269B2; DE1790269A1; CH416882A; DE1438908B2; AT262468B; BE676163A; DE1790269C3; AT263169B; FR1465321A; US3520791A; GB1143932A

Description

Pafenfnnwalfe Dr.-Ιησ. H \:'- ,'i.'SCHKE

J. U= .!.:■?.- <'/,.'_;:;._dnai;o/Sfr.2

ATELIERS DES CHARMILLES S.A., Gendve

SCHUTZSTROMKREIS FÜR EINE MASCHINE ZUR ELEKTROLYTISCHEN

BEARBEITUNG

Bei Maschinen zur elektrolytischen Bearbeitung speist eine Stromquelle eine Elektrode und ein zu bearbeitendes Werkstück, zwischen denen ein Elektrolyt unter Druck eingespritzt wird. Um ein schnelles und genaues Bearbeiten zu erreichen, besteht ein Interesse daran, die Vorachubgeschwlndigkelt der Elektrode so weit wie möglich zu vergrößern, wobei die Elektrode während der Bearbeitung im allgemeinen feststehen bleibt, was die Wirkung hat, die Bearbeitungsstromstärke zu erhöhen und den Abstand zwischen Elektrode und Werkstück zu verringern. Für diese Erhöhung besteht jedoch eine Grenze in Folge des Auftretens von Kurzschlüssen oder Lichtbogen zwischen

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der Elektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück. Diese Lichtbogen oder Kurzschlüsse können auch aus einer schlechten Verteilung des Ablaufs des Elektrolyten aus dem Zwischenraum zwischen Elektrode und Werkstück stammen, von einem ungenügenden Einspritzdruck oder auch noch vom zufälligen Vorhandensein von festen Teilen im Elektrolyt.

Es ist bekannt, einen Anzeigestromkreis zu benutzen, der dazu bestimmt ist, das sich vorbereitende Auftreten der Bogen und der Kurzschlüsse zu melden, die während der Bearbeitung auftreten können. Diese Stromkreise haben im allgemeinen mindestens ein Element, das auf plötzliche Veränderungen der Spannung anspricht, die zwischen der Elektrode und dem Werkstück vorhanden sind, und die dann auftreten, wenn der Bearbeitungsablauf durch das kurz bevorstehende Entstehen von Bogen oder Kurzschlüssen gestört wird. Derartige Signale sind leicht meßbar. Sie sind dazu bestimmt, den Bearbeitungsstrom und im allgemeinen auch den automatischen Vorschub der Elektrode zu unterbrechen. Der Arbeiter muß die Maschine neu einschalten, nachdem er die vorstehend genannten Gründe der Bildung von Lichtbogen oder Kurzschlüssen abgestellt hat.

Es ist wünschenswert, daß der Anzeigestromkreis sehr empfindlich ist und das Abstellen des Bsarbeitungsstro«

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mes sehr schnell sicherstellt, um im Maße des Mögli« chen jegliches Verbrennen des zu bearbeitenden Werkstückes zu vermeiden, das sich aus der Bildung von Bogen oder Kurzschlüssen ergibt. In jedem Falle ist die zwischen der Elektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück herrschende Spannung nicht regelmäßig, und sie kann durch Störwellen, die von benachbarten elektrischen Geräten hervorgerufen werden, gestört werden, insbesondere durch die Kommutierung von Gleichrichtern, wenn der Gleichstrom von einer gleichgerichteten Wechselstromquelle stammt. Es ist demgemäß nicht möglich, den Anzeigestromkreis empfindlich genug zu machen, weil sonst in Jedem Zeitpunkt Unterbrechungen der Maschine eintreten würden, die nicht auf das Auftreten von Unregelmäßigkeiten in der Bearbeitung zurückzuführen sind, sondern die durch die genannten Störwellen hervorgerufen -werden.

Daraus ergibt sich, daß es bisher unmöglich war, eine Beschädigung der Elektrode und des Werkstückes in Folge von Lichtbogen oder Kurzschlüssen zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung hat sich die allgemeine Aufgabe gestellt, diesen Nachteil auszuschalten, indem sie von einer sehr empfindlichen selektiven Anzeige der Vorbereitung von Bogenbildung und Kurzschlüssen

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Gebrauch macht und dabei die vorstehend erwähnten Stör*= wellen ausschließt. Sie hat sieh zum Ziel gesetzt, einen Schutzstro2r.kreis in einer Maschine für elektrolytische Bearbeitung zu schaffen, die eine eine Elektrode und ein zu beai haltendes Werkstück-speisende Stromquelle hat, wobei zwischen Elektrode und Werkstück ein Elektrolyt unter Dz-uck eingespritzt wird, wobei dieser Stromkreis mindestens ein Element aufweist, das auf schnelle Ver·» änderungen der Spannung anspricht, die zwischen der Elektrode unö dem Werkstück bei der Annäherung eines LichtbD^sns -:4.ei' eines Kurzschlusses auftreten, und wobei der Stromkreis die Stromquelle im Ansprechen auf diese sctm@lla.il Veränderungen abschaltet und der Stromkreis dadurch geksinnseicßnet ist, daß er eine Einrichtung um« faßfc, die dieses Element' auf Spamungssehwankungen kür*> zerer Pati©r- ale einer vorher bestimmten Bezugsdauer un« empfindlich ia-Acht«

Dia beigefügte Zeichnung zeigt schematisch und als Bei« spiel Sv?ei kiisflilirungsformen des Gegenstandes nach der Erfindung,, c-Is in Fig« 1 und 2 dargestellt sind.

B®i der Ausführungsform nach Fig. 1 gibt ein Speisungs» netz, dessen drei Phasen mit R, S und T bezeichnet sind, seine Leistung in die Primärwicklung eines Dreipliasen-

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transformators 1 ab, dessen Sekundärwicklungen 2 rait einem Oleichrichter verbunden sind, der drei gesteuerte Siliziumdioden 3, 4 und 5 hat.

Dieser Gleichrichter liefert den Gleichstrom für die Bearbeitung eines Werkstückes P mit Hilfe einer Elektrode E. Ein nicht dargestellter Elektrolyt wird unter Druck in den Raum eingespritzt der zwischen der Elektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück liegt. Diese Einspritzung erfolgt mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpe.

Bei dieser Ausfuhrungsform ist eine Vorrichtung vorgesehen, um Steuersignale für das Leiten und Zünden der Dioden J5* 4 und 5 zu senden. Diese Einrichtung weist für jeden gesteuerten Siliziumgleichrichter einen Transformator 6 auf, dessen Primärwicklung zwischen einer Phase und dem Null-Leiter geschaltet ist, während die Sekundärwicklung eine mittlere Abzweigung aufweist. Die Sekundärwicklung ist mit einem Kondensator 'J verbunden, der in Serie mit einem veränderlichen Widerstand 8 geschaltet ist. Der Verbindungspunkt .zwischen diesem Kondensator und diesem Widerstand ist über einen Widerstand 9 und eine sättigbare Selbsterregerspule 10 mit der Mittelabzweigung der Sekundärwicklung des Transformators

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6 verbunden.

Die beschriebene Schaltung stellt eine Phasenbrücke dar, und die Spannung zwischen dem Verbindungspunkt des Kon« densators 7 mit dem Widerstand 8 und der mittleren Ab« nähme ist konstant, aber die Phase kann innerhalb weiter Grenzen verändert werden ^, maximal zwischen + und ·» 90° wenn der Widerstand 8 alle Werte von 0 bis unendlich einnehmen kann«,

Die sättigbare Selbsterregerspule .10 ist auf diese Art und Weise- in Serie mit dem Widerstand 9 einer Wechselfstromspannung konstanter Amplitude ausgesetzt,, aber deren Phase durch einfaches Regeln des veränderlichen Widerstandes 8 verändert werden kann. Diese Selbsterregerspule ist so bemessen, daß sie schnell in ihren gesättigten Bereich kommt, so daß an ihren Endklemmen ein kurzer Spannungsimpuls jedesmal dann auftritt, wenn sie in ihrem nicht gesättigten Bereich ankommt, d.h. in der Praxis jedesmal dann, wenn die von der Phasenverschiebungsbrücke gelieferte Spannung sich umkehrt*

Die zwischen der Selbsterregerspule 10 und dem Widerstand 9 auftretende Spannung wird durch eine Diode 11 und einen Widerstand 12 zur Zündelektrode χ des Gleichrichters 3 geleitet *

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Die Steuerspannungen der Gleichrichter 4 mid 5 werden durch gleichartige Elemente erzielt, die durch Transformatoren 6¹ und 6" gespeist werden,, die zwischen den anderen Phasen des Speisungsnetzes und Erde geschaltet sind.

Der Anzeigestromkreis für die BearbeitungsunregelmäSigkeiten wird über ein Panzerkabel 13 gespeist, das an einem Ende einerseits mit der Elektrode E und andererseits mit dem Werkstück P verbunden ist» Das Panzerka« bei gibt zu einem Transformator 14 über einen Eochpaß·» filter 15 ab. Der Eingang dieses Filters weist einen Kondensator 16 genügenden Wertes auf, um die Störwelle'nsig« nale mit hoher Impedanz kurzzuschließen, die von der Zufuhrleitung des Bearbeitungsstromes zur Elektrode E und zum Werkstück P aufgefangen werden, wenn sich die Elektrode dem Werkstück nähert und der Strom sich noch nicht durch den Elektrolyten hindurch aufgebaut hat, aber von einem ziemlich kleinen Wert, damit die Spannung an den Klemmen getreulich den - selbst schnellen - Spannungsveränderun« gen folgt, die zwischen der Elektrode E und dem Werkstück Γ auftreten, wenn der Bearbeitungsstrom sich eingestellt hat.

Die Ausgangsspannung, die von der Sekundärspule dieses Transformators 14 geliefert wird, wird durch zwei Dioden D 1 und D 2 gleichgerichtet und als Steuersignal dem

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Unterteil eines Transistors Q, 1 zugeführt«» Dieser Transistor wird durch eine Gleichstromquelle gespeist, die von einer Gleiehrichterbrücke gebildet wird, die von einer Sekundärwicklung 18 eines Transformators 19 gespeist wird, der zwischen den -Phasen S und- T angeordnet ist· ■ . ■

Der Kollektor des Transistors Q 1 ist durch einen Wider« stand R. 2 mit dem Unterteil eines Transistors- Q 2 verbun« den, der mit dem Transistor Q 3 einen Schmidt-Auslöser bildet, der in Folge seiner besonderen Steuerung- bistabil ist ο Tn der Tat ist der Widerstand R 2 so gewählt;, daß er Q. 2 zur gleichen Zeit, wie Q 1 leitend macht und Q 2 blockiert, wenn Q 1 blockiert ist. Wenn im Gegensatz da« zu Q 1 nicht leitend gewesen ist und wieder leitend-wird, weist der Widerstand R 2 einen genügend hohen Wert auf, um das am Unterteil von ft 2 ankommende Signal zu dämpfen, damit Q 2 nicht automatisch wieder leitend wird.; Das Kippen des Schmidt-Auslösers, um Q 2 wieder leitend zu machen«, wird durch einen Druck auf den Kontakt B 'er*» zielt«, "'-.-■ . · ;--.- ■-■■'.■■-:.....'■ ... ■-.■■

Der Transistor Q, 1 ist durch einen Transistor Q, über» brückt, dessen Basis die kurzen Steuerzündsignale der Gleichrichter 5, 4 und 5 empfängt, wobei diese Signale

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durch die Widerstände 20, 20' und 20" übertragen werden, die in Serie mit Dioden 21, 21* und 21" geschaltet sind.

Wenn kein Signal vorhanden ist, ist der Transistor Q , des-, sen Basis mit dem Emitter durch den Widerstand R 3 verbunden ist, blockiert· Wenn kein Signal vorhanden ist, leitet der Transistor Q 1 wegen der Polarisation seiner Basis über den Widerstand E I. Wenn ein Signal, das von Spannungen verh&ltnisiaKBig hoher Frequenz stammt, die zwischen der Elektrode E und dem Werkstück F herrschen, auf die Basis dee Transistors Q % zur Einwirkung gebracht wird, nach·« d·« es durch den Filter 15, den Tranef ormator 14 und die Dioden B 1 und D 2-ftlwf·» i*t, ist dieser Transistor Q I blockitrt und ruft »o dft· Biookieren des Tr&neistore $ 2 hervor und da« Verbringen d«e Tr&nsl store Q. 5 in. seinen leitenden SlWitiQd* Der Transietor Q 4, dar vom Q 2 gesteuert wlfd^ lit lElelehatitiji wi« dt«a«r letztere blookiert oder leitend. So finicht das Auftreten ein»a Sigiaala, -date auf Überspannungen zurüoksuführen ist, die Transistoren Q 3 und α * leitend, was ·1η·ΐι Strom in dem R»lais 22 fliegen und ao den Kontakt dieses fttlftis öffne fc, 4as M Serie de« Speieungsiteroeiicreie ύ&ψ Wicklung 25 eines Drciphaaenuffisehalters eingeschaltet ist. Das Offnsn dieses Kontaktes ruft eeinerseits da» öffnen der drei Arbeitskorit&kte 23 di«ee« ümeohalters hervor durch Unterbrechung um Steuer·· Stromkreises in der Wicklung 25, wodurch das schnelle

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Unterbrechen des Bearbeitunggetromes sichergestellt wird. Die Wicklung: 25 wird von einer SekuftdMrrtckiung; -26 des Transformators 19 ausgeftenft gespeist* Bas. SoD&ieJten «Ines Druckknopfschalters 3? etellt, das Eisiragten de» K©ntsfetge b@rs sicher·.'Sein,.Haltet! iii dieses? Sustaaä wird dur«jh äen Kontakt 24 sichergestellt· Bin Druckknopfschalter 26 für Handschaltung gestattet ©s^ am ©lektroüsagnetischen Unterbrecher ^s öffnen*

in ein« Stromkreis wie- dtem hler dargestellten dt«?

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zwischen der Elektrode E und dem Werkstück P zu jedem beliebigen anderen Zeitpunkt auftreten, dann rufen sie die Niehtleitfähigkeit des Transistors Q 1 in einem Zeitpunkt hervor, zu dem der Transistor Q ebenfalls nicht leitend ist, was Q 2 nichtleitend und Q J5 und Q, 4 leitend macht. Das Relais 22 spricht an und unterbricht die Speisung der Maschine mit Bearbeitungsstrom»

Pig. 2 stellt eine andere Ausführungsform des Stromkreises nach der Erfindung dar, worin das Arbeitsprinsip ein wenig verschieden ist. Es gründet sich in der Tat nicht auf die Tatsache, daß dieser Stromkreis durch ein Steuersignal unempfindlich gemacht wird, das gleichzeitig mit den voraussehbaren Störwellen erzeugt wird, die das Funktionieren des Anzeigestromkreises stören können. Der Stromkreis nach Fig. 2 gibt nur ein das Anhalten der Maschine hervorrufendes Fehlersignal, wenn die Störwellen eine gewisse Dauer erreicht haben. Auf diese Art und Weise werden die Störwellen kurzer Dauer, die nicht durch Lichtbogen zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und der Elektrode hervorgerufen werden, sondern beispielsweise durch Wirkungen der !Commutation normaler Gleichrichter nicht in Betracht gesogen und rufen kein Anhalten der Maschine hervor«,

Die Anordnung der Maschine bezüglich der Speisung des Transformators 1 ist die gleiche wie im vorhergehenden Falle mit

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Ausnahme einer Vorrichtung 29 mit sättigbaren Selbstinduktionsspulen, die dazu bestimmt sind, die Regelung des Stromes der Primärspule zu gestatten. Die Sekundärwicklungen 2 des Transformators 1 geben auf einen Brückengleichrichter 30 ab, der nicht gesteuerte Dioden enthält und einen nicht gefilterten Strom zur Elektrode E und zum Werkstück P führt.

Wie bei der ersten Ausführungsform speist ein Transformator 19 eine Gleichrichterbrücke 17 für die Speisung des Anzeigestromkreises, wobei dieser Transformator 19 eine Sekundärwicklung 26 für die Speisung der Wicklung 25 eines elektromagnetisch gesteuerten Schalters mit Haltestromkreis umfaßt. Alle Elemente, die denjenigen der ersten Ausführungsform gleich sind, tragen,die gleiche Bezugsziffer in dieser zweiten Ausführungsform.

Der Haltestromkreis umfaßt wie bei dem vorhergehenden Beispiel einen bistabilen Schmidt'sehen Auslöser, der zwei Transistoren Q 2 und Q, 3 umfaßt, wobei der Transistor Q, 3 einen Transistor Q 4 steuert, der den Strom in der Wicklung eines Relais 22 steuert.

Die zwischen der Elektrode E und dem Werkstück P herrschende Spannung wird durch ein Panzerkabel 13 am Eingang

eines Hqchpaßfliters 15 zur Anwendung gebracht, der durch

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Widerstände und Kapazitäten (capacites) gebildet wird. Das aus dem Filter 15 austretende Signal wird der Basis eines Transistors Q. 1 zugeleitet, der bei Kichtvorhan« densein eines Signals in Folge der Polarisation auf Grund des Widerstandes R X im leitenden Zustand ist. Wenn ein Signal an seiner Basis auftritt, wird der Transistor Q 1 nicht leitend, Jedesmal wenn dieses Signal eine positive Spannung aufweist. Das ist jedesmal der Fall_s wenn die Spannung Elektrode - Werkstück plötzlich sinkt. Der Kollektor des Transistors Q 1 ist mit der Basis des Transistors Q 2 durch ein T-förmiges Element verbunden, das zwei Widerstände R 4 und R 5 in Serie und -einen Kondensator C 1 parallel umfaßt.

Bei NichtVorhandensein eines Signales auf der Basis von Q, ist dieser Transistor leitend und macht gleichzeitig die Basis von Q 2 genügend positiv, damit Q 2 ebenfalls leitend wird. Unter diesen Bedingungen sind Q J5 und 4 nicht leitend.

Wenn ein Signal den Filter 15 durchläuft, um den Transistor Q 1 zu steuern, wird dieser nichtleitend gemacht, und die Spannung der Basis von Q, 2 verschiebt sich zum negativen Pol der Speisungsquelle in dem Ausmaße wie der Kondensator C 1 sieh über die Widerstände R 4» R 5* R 6, R 7 auflädt. Wenn das Ausgangssignal des Filters I^ eine

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genügende Dauer hat, wird die Spannung der Basis von Q genügend negativ, um das Blockieren von Q, 2 fen vmä Qt 3 und Q, 4 leitend zu maehen>.was die der Maschine in 'gleicher Art und Weise unterbricht wie bei der ersten Äusführungsform.

Wenn im Gegensatz dazu das den Filter 15 durchlaufende Signal von zu kurzer Dauea? ist, wird Q 1 wieder bevor Q 2 nichtleitend geworden ist. Die teilweise stung des KoHdensators C 1 läuft durch den Widerstand B und den Traasistor Q 1 ab,un<ä die Spannung der Basis von Q 2 verschiebt sieh nach der positiven Seite, wobei Q, dann leitend bleibt.

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Claims

Patentanspruches

l) Schutzstromkreis für eine Maschine zum elektrolyt!~ sehen Bearbeiten mit einer Stromquelle (1, 30), die eine Elektrode (E) und ein zu bearbeitendes Werkstück (P) speist, zwischen denen ein Elektrolyt unter Druck eingespritzt wird, wobei dieser Stromkreis mindestens ein;Element (Q 1) aufweist, das auf schnelle Spannungsveränderungen anspricht, die zwischen der Elektrode (E) und dem Werkstück (P) bei der Annäherung des Auftretens eines Lichtbogens oder eines Kurzschlusses auf treten, und das die Stromquelle (1, JO)' im Ansprechen auf diese schnellen Veränderungen abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vorrichtung (Q_Q) hat, die dieses Element (Q 1) unempfindlich für Spannungsveränderungen kürzerer Dauer als einer vorher bestimmten Bezugsdauer macht.
2. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Element (Q 1) eine Schaltung (C 1, R 4, R 5, R 7) hat, die auf schnelle Spannungsveränderungen sowie auf ihre Dauer empfindlich ist, wobei diese Schaltung (C 1, R ^i R 5» R 7) ©in Signal abgibt, das die Unterbrechung des Bearbeitungsstromkreises sicherstellt, sowie diese Dauer einen vorher bestimmten Wert überschreitet.

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3» Stromkreis nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Schaltung (C 1, R 4, R 5i R 7) das genannte Signal abgibt, sowie die Dauer der Veränderungen 10 Mikrosekunden überschreitet.

4ο Stromkreis nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet₅ daß die genannte Schaltung (C 1, R
4, R 5» R 7) auf die schnellen Verringerungen der Bearbeitungs« Spannung anspricht» / .
5. Stromkreis nach den Ansprüchen 1 und 2> dadurch gekennzeichnetj daß die;.-genannt® Schaltung einen Kondensator (C 1) umf aßt j, dessen Ladung durch einen Strom verändert wird_s der durch das Auftauchen schneller Spannungs« Veränderungen hervorgerufen wird, wobei dieser Kondensator .(C "I) mit einem Äbleitungswiderstand (R 4) verbunden ist, der das Bestreben hat, ihn in seinen ursprünglichen Lade« "zustand zurückzubringen, wobei die Spannung an den Klemmen dieses Kondensators . (C'1.) auf einen .Kippstromkreis zur Anwendung gebracht wird (Q. 2, Q JJ), dessen Zustand sich plötzlich - ändert, sowie die Spännung des Kondensators (C T) einen bestimmten Wert erreicht.
6₀ Stromkreis nach Anspruch 1 für eine-Maschine,deren Bearbeitungsstromquelle Gleicnrichterelemente (3, 4, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel (20, 21,

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22, Q) aufweist, die periodisch ein kurzes Signal vorherbestimmter Dauer für das Außerbetriebsetzen des empfindlichen Elementes (Q 1) liefern, jedesmal, wenn ein Gleichrichterelement (3, 4, 5) seinen Leitzustand ändert. , .
7· Stromkreis nach den Ansprüchen 1 und 6, bei dem die Gleichrichterelemente (j5, 4, 5) gesteuert sind, da« durch gekennzeichnet, daß das Signal für das Außerbetriebsetzen von dem Staiersignal der gesteuerten Gleichrichter abgeleitet wird.
8. Stromkreis nach den Ansprüchen I* β und 7, dadurch, gekennzeichnet, daß das empfindliche Element (Q 1) eine Verzögerungsleitung (15) an seinem Eingang aufweist, so daß die Spannungsveränderungen, die auf die !Commutation zurückzuführen sind* erst zu diesem Element (Q 1} gelangen, nachdem es von dem Signal außer Betrieb gesetzt wur· de, das vom Steuersignal der gesteuerten Gleichrichter abgeleitet 1st·

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