DE2441734A1 - Impulserzeugungsschaltung fuer eine maschine zur elektroerosiven bearbeitung - Google Patents

Impulserzeugungsschaltung fuer eine maschine zur elektroerosiven bearbeitung

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    • B23H1/02Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
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    • B23H2300/00Power source circuits or energization
    • B23H2300/20Relaxation circuit power supplies for supplying the machining current, e.g. capacitor or inductance energy storage circuits

Description

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Dr.Thomsen - Dr. Rudi - Dr. ApI(V
8C00 München 2
Kaiser-Ludwig-Platz 6 eft
Telefon 089 /53 0211 - 55 0212 * *
■/hf /Π
ATELIERS DES CHA.RMILLES S.A., G-ENI1, Schweiz
Impulserzeugungsfichaltung für eine Maschine
zur elektroerosxven Bearbeitung
Die Erfindung "bezieht sich auf eine Irapulserzeugungsschal tung des Kippschwingungstyps für die Bearbeitung durch Elektroerosion, mit der man mit maximalem Energiewirkungsgrad Impulse kurzer Dauer erzeugt, deren Spannungsniveau und Frequenz geregelt werden.
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Die Erfindung betrifft im besonderen eine Impulserzeugungsschaltung für Maschinen zur elektroerosiven Bearbeitung, mit der intermittierende und geregelte elektrische Entladungen zwischen einer Werkzeugelektrode und einer zu bearbeitenden Werkstückelektrode erzeugt werden. Diese Impulserzeugungsschaltung umfaßt einen Ladestromkreis mit; einem von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Kondensator, der mit dieser durch eine in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule verbunden ist, und wenigstens eine selbsttätige Schaltvorrichtung, welche die Entladung des Kondensators in einem EntladeStromkreis gewährleistet, der einen, vorzugsweise sättigbaren, Impulstransformator aufweist, der mit dem die Werkzeugelektrode und die Werkstückelektrode enthaltenden FunkenbildungsStromkreis verbunden ist.
Die Schaltungen, mit denen man Stromimpulse für eine geregelte Entladung eines Kondensators erzeugt, sind allgemein bekannt. Wenn der Kondensator in Reihe mit einer Selbstinduktionsspule geladen wird, erreicht seine Maximalspannung bekanntlich die doppelte Spannung der Speisequelle des Stromkreises, wenn seine Anfangsladung Null ist. Dies ist der Fall bei der Schaltung nach dem US-Patent 2 835 785, die mehrere Stromkreise dieses Typs umfaßt, die parallelgeschaltet sind und in dem Bearbeitungsraum durch eine
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In einem anderen Typ bekannter Schaltungen umfaßt der EntladeStromkreis des Kondensators eine selbsttätige Schaltvorrichtung, z.B. einen Thyristor, die bzw. der die Umkehrung des Stromes verhindert. In diesem Pail wird ein Bruchteil der in dem Kondensator gespeicherten Energie in dem Entladestromkreis nicht in eine andere Energieform umgesetzt, und die Kondensatorspannung kann dann auf einen noch höheren Wert am Ende des Ladevorgangs steigen. Die US-Patente 3 485 888 und 3 485 990 betreffen Kippschaltungen, welche diese Merkmale besitzen.
Indessen haben die oben erwähnten Schaltungsarten neben dem Vorteil der erhöhten Entladespannungen den Nachteil, daß sie Impulse erzeugen, deren Energieniveau sich als Punktion des Leitfähigkeitszustandes des Entladestromkreises ändert. Überdies kann sich dieses Niveau ebenfalls als Funktion der Speisespannungsschwankungen des Kondensatorentladestromkreises ändern. Daraus folgt, daß die Dauer, während der sich die Spannung an den Anschlußklemmen des Thyristors umpolt, nicht geregelt wird.
Es ist bekannt, das Spannungsniveau der Entladungen zu stabilisieren, indem man die Entladespannung des Kondensators auf einen bestimmten Wert begrenzt, beispielsweise dadurch, daß man eine Begrenzungsdiode zwischen die Span-•nungsquelle und den Kondensator schaltet. Jedoch kann diese
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Begrenzung nicht auf die oben erwähnten Schaltungen angewandt werden, weil unter diesen Bedingungen die mittlere Spannung der Selbstinduktion einen von Null abweichenden Wert annimmt, woraus eine fortschreitende Vergrößerung des Ladestromes und eine Verminderung des Zeitintervalls folgt, während dem sich die Spannung an den Anschlußenden des Thyristors umpolt. Eine stabile Arbeitsweise dieser Schaltung kann nur erhalten werden, wenn die mittlere Spannung des Ladestromkreises auf einen Wert abfällt, welcher der mittleren Spannung des Kondensators entspricht. Durch Änderung des Verhältnisses zwischen der Begrenzungsspannung und der mittleren Speisespannung des Stromkreises kann man dann den Ladestrom des Kondensators und infolgedessen die Dauer regeln, während der sich die Spannung an den Anschlußenden des Thyristors umpolt. Unter der Voraussetzung, daß diese Dauer determinierend für die Löschung des Thyristors ist, ermöglicht diese Regelung, die Impulsfrequenz bis zu der Grenze der dynamischen Kennlinie des Thyristors mit sehr großer Betriebssicherheit zu vergrößern.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die Selbstinduktionsspule des KondensatorentladeStromkreises als Energiespeicher zu verwenden, um auf diese Weise den Ladestrom regeln zu können, wobei die Erhöhung des Span-
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nungsniveaus des Kondensators gewährleistet und der Kondensator entladen wird, wenn er eine konstante vorbestimmte Spannung erreicht, deren Höhe unterhalb oder oberhalb der Höhe der Speisespannungsquelle der Schaltung liegen kann.
Die Schaltung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Einstellen der Speisespannung des Ladestromkreises in der Weise, daß eine Größe als Funktion des in der Selbstinduktionsspule fließenden Stromes auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wobei die selbsttätige Schaltvorrichtung leitend gemacht wird, wenn die Kondensatorspannung eine vorbestimmte Höhe erreicht hat.
Diese neue Schaltung besitzt die folgenden bemerkenswerten Eigenschaften: Die Entladungen werden mit einem einstellbaren Spannungsniveau, das über dem der Speisespannungsquelle der Schaltung liegen kann, isoenergetisch.
Die maximale Impulsfrequenz, die von der dynamischen Kennlinie der selbsttätigen Schaltvorrichtung abhängt, wird mit sehr großer Betriebssicherheit erreicht. Das Spannungsniveau der Impulse ist von den Schwankungen der Speisespannung der Schaltung unabhängig, und die Impulsfrequenz kann unabhängig von diesem Spannungsniveau eingestellt werden.
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Wenn die Vorrichtung zur Einstellung der mittleren Spannung des Ladestromkreises von einer zweiten selbsttätigen Schaltvorrichtung gebildet ist, die aufeinanderfolgend leitend und nichtleitend bei einer bestimmten Frequenz gemacht wird, arbeitet die Schaltung überdies mit maximalem Energiewirkungsgrad. Diese neue Schaltung besitzt die Vorteile der bekannten Schaltungen hinsichtlich der Erhöhung des Spannungsniveaus der Impulse, hält aber noch zusätzlich dieses Spannungsniveau im Verlauf der Bearbeitung auf einem konstanten und vorbestimmten Wert.
Die Arbeitsweise einer solchen Schaltung ist besonders gut geeignet für Maschinen, deren Werkzeug von einer Drahtelektrode gebildet wird, die in der Bearbeitungszone kontinuierlich erneuert wird und deren Abnutzung relativ erhöht werden kann. Man kann also unter diesen Bedingungen die Bearbeitungsleistung vergrößern, indem man Impulse sehr kurzer Dauer mit hohem Energieniveau und erhöhter Frequenz anwendet. Außerdem ist infolge des Vorhandenseins eines Impulstransformators zwischen dem Entladestromkreis und dem BearbeitungsStromkreis die mittlere Spannung zwischen den Elektroden Null, wodurch die elektrolytischen Erscheinungen vermieden und eine solche Bearbeitungsflüssigkeit, wie natürliches Wasser, mit allen daraus resultierenden Vorteilen verwendet werden kann.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen und zwei Varianten der Schaltung nach der Erfindung als Beispiele veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild der ersten Ausführungsforia der Schaltung nach der Erfindung;
Fig. 2a, 2b, 2c Diagramme von charakteristischen Größen der Schaltung nach Fig. 1;
Fig. 3 das Schaltbild der zweiten Ausführungsform;
Fig. 4a bis 4c Diagramme von charakteristischen Größen der Schaltung nach Fig. 3;
Fig. 5 ein Schaltbild einer abgeänderten Ausführungsform, die mehrere zyklisch gesteuerte Stromkreise aufweist; und :
Fig. 6 ein Schaltbild einer anderen abgeänderten Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung wird von einer Spannungsquelle B gespeist und enthält einen selbsttätigen Schalter S, der die Ladung eines Kondensators C regelt, der
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an die Klemmen der Spannungsquelle B über eine Selbstinduktionsspule L, einen Widerstand 3 und die Primärwicklung eines Impulstransformators TI angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung dieses Transformators liefert die Bearbeitungsfunken, die quer durch den Bearbeitungsraum 3 zwisehen einer Werkzeugelektrode 1 und einer Werkstückelektrode 2 überspringen.
Der Kondensator C ist mit einem EntladeStromkreis verbunden, der von der Primärwicklung des Transformators TI und von einem Thyristor Th gebildet wird. Dieser Thyristor wird leitend gemacht, sobald die Spannung zwischen den Kondensatoranschlüssen einen vorbestimmten Wert erreicht, der mittels eines Potentiometers 4 einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist ein Eingang einer Vergleichsschaltung 5 mit zwei Eingängen mit dem Kontaktarm des Potentiometers 4 und der andere Eingang mit einem Anschlußende des Kondensators C verbunden. Sobald die Spannung des Kondensators ein Potential erreicht, das höher als das des Kontaktarms des Potentiometers 4- ist, gibt die Vergleichs schaltung 5 ein Signal ab, das von einem "Verstärker 6 an die Steuerelektrode des Thyristors Th übertragen wird. Der Thyristor wird leitend gemacht, wodurch die Entladung des Kondensators in der Primärwicklung des Impulstransformators hervorgerufen wird, so daß ein Funke zwischen den Elektroden 1 und 2 überspringt,
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Der selbsttätige Schalter S wird von einem auf den Ladestrom des Kondensators C ansprechenden Stromkreis gesteuert. Zu diesem Zweck wird der durch das Fließen des Ladestromes in dem Widerstand R bedingte Spannungsabfall an einen der Eingänge der zwei Vergleichsschaltungen 8 und 10 angelegt. Die anderen Eingänge dieser Vergleichsschaltungen liegen an einem regelbaren Potential, das mittels der Potentiometer 7 bzw. 9 erhalten wird. Die Ausgänge der Vergleichsschaltungen 8 und 10 sind an eine ODER-Schaltung 12 und an eine HA.ND-Schaltung 13 angeschlossen, wobei ein Umpolschalter 11 zwischen der Vergleichsschaltung 10 und der JTAHD-Schaltung 13 vorgesehen ist. Die Schaltungen 12 und 13 steuern ein Speicher-Flip-Flop 14, dessen Ausgang Q den selbsttätigen Schalter S steuert.
Im Betrieb wird jeweils dann, wenn das Potential des Kondensators C den durch das Potentiometer 4- festgelegten Wert erreicht, der Thyristor Th leitend und entladet den Kondensator C, dessen Potential sich infolge der you. dem Transformator TI gebildeten induktiven Ladung umkehrt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Entladestrom sich umzukehren beginnt, ruft der geringe Gegenstrom in dem Thyristor Th seine Löschung hervor. Auf diese Weise wird der Kondensator ausgehend von einem negativen Potential auf ein positives Potential mit Hilfe der Selbstinduktionsspule L geladen,
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so daß man in bekannter Weise die positive Ladung dieses Kondensators auf einem höheren Potential als dem der Spannungsquelle B erhalten kann.
Die Potentiometer 7 und 9 werden eingestellt, um an ihren Kontaktarmen Spannungen U. ρ bzw. U.^, zu erhalten, die somit den Strömen i-jy, und i-j-p entsprechen, die in Fig. 2b dargestellt sind. Wenn der Strom in dem Widerstand R größer als i_* ist, xtfird der selbsttätige Schalter S in die offene Stellung gebracht, und wenn der Strom kleiner als i-j-p ist, wird der selbsttätige Schalter in die geschlossene Stellung gebracht, wie durch die Stellung I in Pig. 2c veranschaulicht ist.
Wenn S leitend bleibt, erreicht der Strom einen höheren Wert nach jeder Ladeperiode des Kondensators G. Wenn dagegen S nichtleitend ist, fließt der Strom des Energiespeichers L durch die Diode D. und ladet ebenfalls den Kondensator C, bis seine Spannung den von der Spannung des Potentiometers 4- bestimmten Schwellenwert erreicht. Indessen fällt in diesem Fall der Wert des Stromes nach jeder Ladeperiode des Kondensators. Die Schaltung arbeitet ohne die Diode Dp, wenn die maximale Ladespannung des Kondensators C mit dem Potentiometer 4- auf einen Wert eingestellt wird, der über dem Wert der Spannungsquelle B liegt.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich insofern ein wenig von dem Schaltbild nach Fig. 1, als der selbsttätige Schalter S ausgehend von einer Anzeige der Dauer des Zeitintervalls gesteuert wird, während dem sich die Kondensatorspannung umpolt. Diese Anzeige erfolgt durch eine Schmitt-Triggerschaltung 15» deren Ausgang Q während der Dauer der Umpolung der Spannung des Kondensators C Spannung führt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Spannung umpolt, betätigt der Ausgang Q gleichzeitig zwei monostabile Kippschaltungen 16 und 17. Die Ausgänge dieser Kippschaltungen sind mit den Eingängen eines Flip-Flop 18 mittels einer logischen Schaltung verbunden, die eine NAITD-Schaltung 19, eine ODER-Schaltung 20 und eine UND-Schaltung 21 aufweist. Der invertierte Ausgang Q der Kippschaltung 15 steuert den Eingang G des Flip-Flop 18. Wenn die Dauer des Zeitintervalls 13 , während dem die Kondensatorspannung negativ ist, langer als die Dauer des Zeitintervalls 'ζρ ist, während dem sich die Kippschaltung 16 in ihrem instabilen Zustand befindet, gibt die ODER-Schaltung 20 kein Signal an den Eingang D des Flip-Flop 18, und ihr invertierter Ausgang Q liefert einen Schließungsbefehl an den selbsttätigen Schalter S.
Wenn dagegen das Zeitintervall t> kleiner als das Zeitintervall "ζ ^ wird, während dem die Kippschaltung 17 in ihrem instabilen Zustand ist, erhält der Eingang 33 des
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Flip-Flop 18 ein Signal, und sein invertierter Ausgang Q gibt einen Öffnungsbefehl an den selbsttätigen Schalter S.
Die Fig. 4a bis 4e zeigen die Spannung an den Anschlußenden des Kondensators G, den Ausgang Q der Schmitt-Triggerschaltung 15, die Ausgänge der monostabilen Kippschaltungen 17 und 16 und die Stellung des selbsttätigen Schalters S.
Man kann mit der Schaltung nach Fig. 3 auch die Frequenz der Impulse unabhängig von dem Spannungsniveau jedes Impulses regeln. Es genügt, die Schmitt-Triggerschaltung 15 durch eine bistabile Kippschaltung zu ersetzen, die beispielsweise von dem Ausgangssignal des Verstärkers 5 gesteuert wird. Die Dauer 6 wird in diesem Fall gleich der Periode der Impulse. In diesem letztgenannten Fall wird der Umschalter T in die Stellung b gebracht.
Fig. 5 stellt eine abgeänderte Ausführungsform dar, in der mehrere Schaltungen vorgesehen sind, die der Schaltung der Fig. 1 ähnlich und parallelgeschaltet sind, wobei zwei von diesen in Fig. 5 dargestellt sind. Die in diesen Schaltungen fließenden Ströme werden von der Steuervorrichtung 22 gesteuert, die in der gleichen Weise wie die logische Schaltung nach Fig. 1 arbeitet. Diese Vorrichtung
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steuert mittels einer Torschaltung einen Transistor 23. Der Thyristor Th oder Th1 wird mit einer UND-Schaltung 24 gesteuert, von der der eine Eingang Spannung führt, wenn die Kondensatorspannung eine durch die Bezugsspannung des Potentiometers 4 festgelegte Höhe erreicht. Der andere Eingang erhält ein Signal, das von einer Vorrichtung mit zyklischer Steuerung erzeugt wird, die einen Zähler 25 und einen Decodierer 26 aufweist. Die Zählimpulse werden an den Zähler 25 durch eine ODER-Schaltung 27 übertragen. Die Schaltung kann so wie die vorhergehenden Schaltungen ohne die Begrenzungsd.ioden D„ und D' arbeiten. Auf .jeden Fall: werden diese Dioden benötigt, wenn das Signal des Decodierers 26 durch eine Zeitablenkschaltung 28 während eines Zeitintervalls verzögert wird, das länger als das Zeitintervall ist, während dem die Spannung des Kondensators von ihrem minimalen auf den maximalen Wert gelangt.
Die Schaltung umfaßt die Dioden 29 und 29'» ci-ie in jedem Ladestromkreis in Reihe geschaltet sind, so daß Beeinflussungen zwischen diesen Schaltungen bei Entladung der Kondensatoren vermieden werden. · ,
Fig. 6 veranschaulicht eine andere abgeänderte Ausführungsform, in der die Steuerung des vqn der.Spannungsquelle 3 gelieferten Ladestromes durch, einen· Transistor
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realisiert wird, um die Ladespannung des Kondensators C zu regeln. Der Transistor 33 wird von dem Ausgangssignal eines Differentialverstärkers 30 gesteuert, von dem der eine Eingang eine Spannung erhält, die dem Wert des mittleren Stromes, den man erhalten will, proportional ist, wobei diese Spannung tL. mit Hilfe eines Potentiometers
31 erhalten wird,- An dem anderen Eingang des Differentialverstärkers 30 liegt das Ausgangssignal einer Vorrichtung
32 zur Messung der mittleren Spannung zwischen den Anschlußenden des Widerstandes R,
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Claims (6)

Patentansprüche
1./ Impulserzeugungsschaltung für eine Maschine zur elektroerosiven Bearbeitung,mit der intermittierende und geregelte elektrische Entladungen zwischen einer Werkzeugelek-. trode und einer zu "bearbeitenden Werkstückelektrode erzeugt werden, bestehend aus einem Ladestromkreis mit einem von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Kondensator, der mit dieser durch eine in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule verbunden ist, und wenigstens einer selbsttätigen Schaltvorrichtung, welche die Entladung des Kondensators in einem EntladeStromkreis gewährleistet, der einen Impulstransformator aufweist, der mit dem die Werkzeugelektrode und die Werkstückelektrode enthaltenden FunkenbildungsStromkreis verbunden ist, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (5) zum Einstellen der Speisespannung des Ladestromkreises in der Weise, daß eine Größe als Funktion des in der Selbstinduktionsspule (L) fließenden Stromes auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wobei die selbsttätige Schaltvorrichtung (Th) leitend gemacht wird, wenn die Spannung des Kondensators (G) eine vorbestimmte Höhe erreicht hat.
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2* Impulserzeugungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite selbsttätige Schaltvorrichtung (S), die zwischen eine der Anschlußklemmen der Spannungsquelle (B) und eines der Anschlußenden des Ladestromkreises geschaltet ist, und ein in einer Richtung leitendes Element (D,.), das zwischen das genannte Anschlußende des Ladestromkreises und die andere Klemme der Spannungsquelle (B) geschaltet ist, wobei die zweite selbsttätige Schaltvorrichtung (S) einer Steuerschaltung (7 bis 14) unterworfen ist, die sie nichtleitend macht, wenn der in der Selbstinduktionsspule (L) fließende Momentanstrom einen ersten vorbestimmten Schwellenwert erreicht, und sie leitend macht, wenn der genannte Momentanstrom einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert erreicht, der dem ersten Schwellenwert höchstens gleich ist (Fig. 1).
3, Impulserzeugungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite selbsttätige Schaltvorrichtung (S), die zwischen eine der Anschlußklemmen der Spannungsquelle (B) und eines der Anschlußenden des Ladestromkreises geschaltet ist, und ein in einer Richtung leitendes Element (D^,), das zwischen das genannte Anschlußende des Ladestromkreises und die andere Anschlußklemme der Spannungsquelle geschaltet ist, wobei die zweite selbsttätige Schaltvorrichtung (S) einer Steuerschaltung (15 bis 21) unterworfen ist^
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die sie nichtleitend macht, wenn die Dauer des Zeitintervalls, während dem die Spannung des Kondensators dieselbe Polarität behält, unterhalb eines ersten vorbestimmten Schwellenwertes liegt, und sie leitend macht, wenn die Dauer des genannten Zeitintervalls einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, der wenigstens gleich dem ersten Schwellenwert ist (Fig.
3).
4-, Impulserzeugungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite selbsttätige Schaltvorrichtung (S), die zwischen eine der Anschlußklemmen der Spannungsquelle (B) und eines der Anschlußenden des Ladestromkreises geschaltet ist, und ein in einer Richtung leitendes Element (D.), das zwischen das genannte Anschlußende des Ladestromkreises und die andere Anschlußklemme der Spannungsquelle (B) geschaltet ist, wobei die zweite selbsttätige Schaltvorrichtung (S) nichtleitend gemacht wird, wenn die Dauer des Zeitintiervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Entladungen des Kondensators (G) kleiner als ein vorbestimmter erster Schwellenwert ist, und leitend wird, wenn die Dauer des genannten Zeitintervalls einen vorbestimmten zweiten Schwellenwert überschreitet, der wenigstens gleich dem ersten Schwellenwert ist (Fig. 3).
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5. .Impulserzeugungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Ladestromkreise (R, L; R', L1), in denen jeweils ein Kondensator (C, C) in Reihe mit einer Selbstinduktionsspule (L, L1) geschaltet ist, wobei diese Ladestromkreise parallel zwischen das eine Anschlußende einer selbsttätigen Schaltvorrichtung (23) ' und eines der Anschlußenden der Primärwicklung des Impulstransformators (TI) geschaltet sind, und durch wenigstens zwei Thyristoren (Th, Th') in den entsprechenden Entladestromkreisen der Kondensatoren (G, C), wobei jeder Thyristor bei Vorhandensein eines Signals, das in an sich bekannter Weise von einer Vorrichtung mit zyklischer Steuerung erzeugt wird, und eines Signals leitend gemacht wird, das anzeigt, daß die Spannung des genannten Kondensators ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat, und wobei die selbsttätige Schaltvorrichtung (23) als Funktion der durch die Selbstinduktionsspulen (L, L1) fließenden Ströme gesteuert wird (Fig. 5).
6. Impulserzeugungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Transistor (33) zwischen die eine Anschlußklemme der Spannungsquelle (B) und eines der Anschlußenden des Ladestromkreises (R, L) geschaltet ist, wobei der Transistor (33) von einer Steuerschaltung so gesteuert wird, daß der in der Selbstinduktionsspule (L) fließende mittlere Strom auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird (Fig. 6).
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