DE2513379B1 - Vorrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladung, insbesondere für die Anregung von im sichtbaren Spektral- und UV-Bereich ein Emissionsspektrum aussendenden Legierungskomponenten von Materialproben aus Metall, wobei die Materialprobe in einem Entladekreis als eine Elektrode distanziert zu einer Gegenelektrode unter Ausbildung einer Funkenstrecke angeordnet ist.

In der eisenerzeugenden Industrie sind laufend Materialproben aus der Produktion auf die vorgegebenen Anteilsverhältnisse ihrer Legierungskomponenten zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden die Materialproben in den Laboratorien mittels Spektrometern qualitativ und quantitativ untersucht, wobei die Materialprobe in einem Entladekreis angeordnet ist, Funkenentladungen ausgelöst und die Spektren mittels Beugungsgitter untersucht werden. Die vorhandenen Elemente werden durch die ihnen zugeordneten Spektrallinien qualitativ angezeigt, während die Intensität der Spektrallinien ein Maß für die Anteile ist. Da zur Erzeugung des Funkenspektrums eine Hochspannungsanlage erforderlich ist, sind umfangreiche Schutzmaßnahmen erforderlich, um das Bedienungspersonal gegen die auftretende Hochspannung zu schützen. Da jedoch im allgemeinen ein Teil der zu registrierenden Spektrallinien im kurzwelligen ultravioletten Spektralbereich liegen, muß die gesamte Vorrichtung nicht nur hochspannungssicher sein, sondern darüber hinaus das eigentliche Spektrometer evakuierbar ausgebildet sein. Aus diesen Gründen ist ein Teil der Vorrichtung in einem vakuumdichten Schutzgehäuse angeordnet. Diese Erfordernisse haben dazu geführt, daß diese auch als Quantometer bezeichneten Vorrichtungen große Abmessungen und ein entsprechendes Gewicht haben und aus diesen Gründen stationär ausgebildet sind.

Bei der Kontrolle ist man jedoch oft nicht interessiert, die Anteile von z. B. C und S zu bestimmen, deren Spektrallinien im kurzwelligen UV-Bereich liegen, so daß das Quantometer nicht evakuiert werden muß. So sind beispielsweise für viele Sonderanwendungen lediglich die Anteile an Si, Cr, Mn, Mo usw., deren Spektren im langwelligen UV-Bereich liegen, zu kontrollieren.

Die gleiche Aufgabe stellt sich, wenn beispielsweise in Partien von gebündeltem Stabmaterial mit bestimmten Anteilen an Chrom, Molybdän usw. fälschlich einsortierte Stäbe ermittelt werden und aussortiert werden sollen. Prinzipiell könnte man bei der Kontrolle so verfahren, daß von jedem Stab eines Bündels eine Materialprobe in Form einer Scheibe abgenommen und diese im Laboratorium mit einem Quantometer in an sich bekannter Weise untersucht wird.

Es versteht sich von selbst, daß eine derartige Untersuchungsmethode nicht in Frage kommt, da sie zu aufwendig und zeitraubend ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, falls eine Kontrolle von beispielsweise auf Transportbändern befindlichem Material erfolgen soll.

Für stichprobenartige Kontrollen ohne Materialabtrennung sind Geräte im Markt, die durch visuelle Kontrolle eines mit Prismen zerlegten Spektrums eine gewisse Kontrolle im beschriebenen Sinne erlauben.

Abgesehen davon, daß durch die Beschränkung auf den sichtbaren Teil des Spektrums eine wesentliche Beschränkung der Verwendungsmöglichkeit gegeben ist, hat die aus Gründen der leichteren Transportierbarkeit allgemein benutzte bipolare ungesteuerte Anregung den erheblichen Nachteil, daß im Funken sowohl von der Materialprobe als auch von der Gegenelektrode Material verdampft. Dieses kondensiert sowohl auf der Probe als auch auf der Gegenelektrode, die dadurch mit Untersuchungs-

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material verunreinigt wird, was bei den folgenden kreis mit einem dritten Schutzrelais in Reihe mit Analysen stark stört, indem es zunächst das Spek- einem Ruhekontakt des genannten zweiten Schutztrum der vorigen Probe hervorruft. Es leuchtet ein, relais geschaltet und der Arbeitskontakt des dritten daß dadurch eine nicht vorhandene Zusammenset- Schutzrelais in Reihe mit der Wicklung des zweiten zung vorgetäuscht werden kann, d. h., eine Fehl- 5 Schutzrelais und dem Arbeitskontakt des ersten analyse ist die Folge. Schutzrelais geschaltet. Nach Schließen des Start-

Die Erfindung befaßt sich damit, eine Vorrichtung kreises wird das in ihm mit seiner Wicklung angeder eingangs erwähnten Gattung derart auszubilden, ordnete dritte Schutzrelais erregt, das anschließend daß sie mit einer weiteren Vorrichtung mit einem seinen Kontakt im zweiten Schutzkreis schließt. Hier-Beugungsgitter und einer Auswertevorrichtung zu io bei ist ein Auslösen der Vorrichtung erst dann mögeinem transportablen Gerät, insbesondere für die lieh, wenn der erste Schutzkreis entriegelt ist, d. h. Untersuchung von Spektrallinien, die nicht von Luft der Kontakt des ersten Schutzrelais geschlossen und absorbiert werden, zusammengefaßt wird. Hier liegt durch Starten des Startkreises der Kontakt des dritdie Aufgabe zugrunde, das Bedienungspersonal vor ten Schutzrelais geschlossen wird, dem zufolge das möglichen Hochspannungsschlägen bei falscher Be- 15 zweite Schutzrelais erregt und seinen Arbeitskontakt dienung zu schützen, da das an sich bekannte Ver- im Entladekreis schließt.

fahren, die Materialprobe mit einem Schutzgehäuse In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestal-

zu umgeben, entfallen muß. Ferner ist der Entlade- tung der Erfindung ist parallel zur Wicklung des kreis mit Widerstand, Kapazität und Induktionsspule dritten Schutzrelais ein Kondensator geschaltet und so auszubilden, daß er die Erzeugung einer unipola- 20 parallel zu seinem Arbeitskontakt der Arbeitskontakt ren Entladung zuläßt, die die beschriebene Kontami- eines vierten Schutzrelais angeordnet, dessen Ernation der Gegenelektrode weitgehend unterdrückt. regung vom Strom im Entladekreis gesteuert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß nach löst, daß die Materialprobe mit einer sie berührenden Auslösen des Startkreises zunächst das dritte Schutz- und auf Bezugspotential liegende Kontaktelektrode 25 relais erregt wird, dieses seinen Kontakt schließt, so einen bei fehlendem Kontakt zwischen der Elektrode daß nunmehr das zweite Schutzrelais erregt wird, und der Materialprobe die Vorrichtung verriegelnden dieses wiederum seinen Arbeitskontakt im Entlade-Schutzkreis bildet. Als Bezugspotential wird im all- kreis schließt, so daß im Entladestromkreis nun ebengemeinen Erdpotential gewählt, d. h., daß die Kon- falls ein Strom fließt. Dies hat zur Folge, daß das taktelektrode geerdet ist und daß sich das Bedie- 30 vierte Schutzrelais erregt wird und dieses seinen Konnungspersonal ebenfalls auf Erdpotential befindet. takt im zweiten Schutzkreis schließt, und den sich Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Vor- nun wegen des geöffneten Ruhekontaktes vom zweirichtung erst dann in Betrieb gehen kann, d. h. eine ten Relais öffnenden Kontakt des durch den Kon-Hochspannung erst dann erzeugt wird, wenn sich das densator verzögernd abfallenden Relais nach Lösen Bedienungspersonal und die Gegenelektrode zusam- 35 ^der Starttaste überbrückt. Nach Erlöschen der Funmen mit der Materialprobe auf dem gleichen Bezugs- kenenüadung fließt auch kein Strom mehr im Entpotential befindet und sich zwischen der Material- ladekreis, so daß nunmehr auch das dritte Schutzprobe und dem Bedienungspersonal keine gefährliche relais abfällt und seinen Kontakt öffnet, so daß die Spannungsdifferenz bilden kann. Das Bedienungs- gesamte Vorrichtung in ihre Ausgangsstellung zupersonal kann demnach diese erfindungsgemäße, in 40 rückgeführt ist.

ein transportables Gerät integrierte Vorrichtung zu Zur Vorgabe der Zeitdauer der unipolaren Fun-

dem Materialstapel bringen und mit dieser ein Fun- kenentladung ist im zweiten Schutzkreis ein Kontakt kenspektrum auslösen. angeordnet, dessen Schließzeit vorgebbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung

sind die Elektrode, die Materialprobe und die Kon- 45 der Erfindung ist parallel zu einer in Serie mit dem taktelektrode mit der Wicklung eines Schutzrelais Ladewiderstand des Entladungskreises geschalteten unter Ausbildung des Schutzkreises in Reihe ge- Diode ein Varistor parallel geschaltet. Durch diese schaltet und der Arbeitskontakt dieses Schutzrelais Maßnahmen wird erreicht, daß die bei dem Einmit der Wicklung eines zweiten Schutzrelais in setzen der Funkenentladung auftretenden Spannungseinem zum ersten Schutzkreis parallelen zweiten 50 spitzen abgebaut werden, die bei den zum Stand der Schutzkreis in Serie angeordnet und der Arbeits- Technik üblichen Geräten eine großdimensionierte kontakt des zweiten Schutzrelais in dem Entladekreis Auslegung des gesamten Entladekreises erforderlich angeordnet. machen, wobei insbesondere große Drosselspulen

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die und Filterkondensatoren erforderlich sind. Hierdurch Wicklung des ersten Schutzrelais nur dann von 55 wird erreicht, daß der gesamte Entladekreis klein einem Strom durchflossen, d. h. dieses erregt werden dimensioniert und zu einer klein dimensionierten kann, wenn ein geschlossener Stromkreis durch den Baueinheit zusammengefaßt werden kann, die ihrer-Kontakt der Hilfselektrode mit der Materialprobe seits mit den weiteren Einrichtungen zu einem transbesteht, so daß das Schutzrelais seinen Arbeitskon- portablen Gerät zusammengefügt werden kann,
takt im zweiten Schutzkreis schließt, was zur Folge 60 Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungshat, daß erst nach dem Schließen dieses Kontaktes beispieles in der Zeichnung näher erläutert,
ein Auslösen der Vorrichtung ermöglicht wird. Drei Transformatoren 1, 2 und 3 sind mit ihren

Durch diese Maßnahme wird auf alle Fälle sicher Primärwicklungen 4, 6 und 7 parallel geschaltet und vermieden, daß bei einer nicht auf Bezugspotential können mittels des Hauptschalters 8' mit einem dei befindlichen Materialprobe eine Hochspannung in 65 Einfachheit halber einphasig dargestellten Wechselder Vorrichtung erzeugt werden kann. stromnetz verbunden werden. Im Sekundärkreis der

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfin- Sekundärwicklung 8 des Transformators 1 sind in dung ist parallel dem ersten Schutzkreis ein Start- Reihe ein Kondensator 9, eine Diode 10 sowie zwei

Serienwiderstände 11 und 12 mit einem Kontakt 13 in Reihe geschaltet. Parallel zur Diode 10 ist ein Varistor 14 und parallel zum Kondensator 9 eine Reihenschaltung geschaltet, die aus dem Widerstand 15. der Spule 16, der Gegenelektrode 17 und der unter Ausbildung der Funkenstrecke beabstandet zu dieser angeordneten Materialprobe 18, mit der Kontaktelektrode 19, welche ihrerseits mit dem Kabel 20 an den Erdungspunkt gelegt ist, besteht. Zur Verringerung der Abmessungen wird die Spule 16 aus Widerstandsdraht gewickelt, so daß sie den Wert von Widerstand 15 annimmt, womit hierfür ein gesondertes Bauteil entfällt. Diese Reihenschaltung bildei zusammen mit dem Kondensator den Entladekreis. Parallel zur Sekundärwicklung 8 des ersten Transformators und über den Kontakt 13, der gleichzeitig der Arbeitskontakt eines Schutzrelais ist, das noch weiter unten beschrieben wird, ist die Primärwicklung 21 eines weiteren Transformators 22 für den Zündkreis geschaltet.

Der Sekundärwicklung 23 dieses Transformators ist eine an sich bekannte Schaltanordnung zur Spannungsverdopplung nachgeschaltet, die aus der Parallelschaltung aus dem Widerstand 25, der Diode 26 und den in Serie geschalteten Kondensatoren 27 und 28 besteht, wobei der eine Abgriff der Sekundärwicklung über einen Widerstand 25 mit der Mittelabzapfung zwischen den beiden Kondensatoren 27 und 28 verbunden ist. Der andere Abgriff dieser Sekundärwicklung 23 liegt mit dem einen Abgriff dieser Schaltungsanordnung auf Erdpotential. Der Hochspannungsausgang ist über die Hilfsfunkenstrecke 29 mit der Elektrode 17 verbunden.

Der Niederspannungssekundärwicklung 20 des Transformators 2 ist eine Vollweggleichrichteranordnung 21 nachgeschaltet, zu deren Ausgang der Glättungskondensator 22 parallel angeordnet ist. Der eine Ausgang dieser Schaltungsanordnung liegt ebenfalls auf Erdpotential, während der andere Ausgang mit der Wicklung eines ersten Schutzrelais 23 verbunden ist, der die Kontaktelektrode 24 nachgeschaltet ist. Die Kontaktelektrode schließt bei Kontakt mit der Materialprobe 18 über die Zuleitung 20 einen Schutzkreis.

Das Schutzrelais 23, die Kontaktelektrode 19, die von ihr berührte Metallprobe 18, die Zuleitung 20 bilden mit der auf Bezugspotential liegenden Vollweggleichrichteranordnung 21 den ersten Schutzkreis.

Parallel zum Glättungskondensator 22 liegt einerseits über einem Widerstand 38 eine Quecksilberdampflampe 39 sowie andererseits ein Startkreis. Die Quecksilberdampflampe dient zur Vorionisation der Hilfsfunkenstrecke 29. Im Startkreis ist die Wicklung eines Relais 41 mit parallelem Kondensator 42 angeordnet, er kann durch Betätigen der Starttaste 40 bei geschlossenem Ruhekontakt 43' geschlossen werden.

Aus der Versorgungsspannung der Primärwicklungen der Transformatoren 1, 2 und 3 wird ein zweiter Schutzkreis gespeist; in ihm sind die Arbeitswicklung eines Schaltrelais 42 und die Schaltkontakte 44, 45 und 5 in Serie angeordnet. Der Schaltkontakt 44 ist der Arbeitskontakt des Relais 41 und der Kontakt 45 der Arbeitskontakt des Schutzrelais 23. Parallel zu dem Schutzkontakt 44 ist ein weiter unten noch zu beschreibender Kontakt 46 angeordnet. Das Relais 43 betätigt den Arbeitskontakt 13 und den Ruhekontakt 43'. Dieser zweite Schutzkreis kann für eine vorgegebene Zeit, die z. B. mittels einer Schaltuhr eingestellt werden kann, geschlossen werden. Die Schließdauer des Kontakts 5 bestimmt die Dauer der Funkenentladung, die so bemessen wird,

S daß ein eindeutiges Signal erzeugt wird.

Der Sekundärwicklung 47 des Transformators 3 ist ein Vollweggleichrichter 48 nachgeschaltet und dessen Ausgängen ein Glättungskondensator 49. Den Ausgängen 50', 50" dieses Vollweggleichrichters ist

ίο weiterhin ein in Collector-Schaltung betriebener Transistor 50 nachgeschaltet, in dessen Lastkreis die Wicklung eines weiteren Schutzrelais 51 angeordnet ist, dessen Arbeitskontakt der Kontakt 46 ist.

Der Steuerkreis des Transistors ist einerseits über einen Kondensator 52 mit dem Ausgang 50' des Vollweggleichrichters und andererseits über die Diode 53 mit einem als Spannungsteiler dienenden Widerstand 54 verbunden, der parallel zu einem Glättungskondensator 55 parallel zum Widerstand

ao 12 im Entladekreis angeordnet ist.

Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Sobald die zu untersuchende Materialprobe 18 die Kontaktelektrode 24 berührt und den ersten Schutzkreis schließt, wird bei geschlossenem Schalter 8, der die Primärwicklungen der Transformatoren 1, 2 und 3 ans Netz legt, und bei geschlossenem Kontakt 5 durch Betätigen der Starttaste 40 das Relais 41 erregt. Dieses schließt seinen Kontakt 44. Da der erste Schutzkreis geschlossen ist, d. h., das Relais 23 ebenfalls erregt und der Kontakt 45 geschlossen ist, wird das Schutzrelais 43 erregt. Das hat zur Folge, daß der Kontakt 13 schließt, gleichzeitig die Funkenstrecke 29 zündet und die unipolare Funkenentladung zwischen der Materialprobe 8 und der Elektrode 17 ausgelöst wird. Außerdem öffnet sich der Ruhekontakt 43'.

Infolge des am Widerstand 12 auftretenden Spannungsabfalles und durch entsprechende Einstellung des regelbaren Widerstands 54 wird die Basis des Transistors 50 angesteuert und das in dessen Lastkreis mit seiner Wicklung angeordnete Schutzrelais erregt, das seinerseits nunmehr seinen Arbeitskreis 46 in dem zweiten Schutzkreis schließt. In der Zwischenzeit wurde durch das Öffnen des Ruhekontakts 43' der Startkreis zwar unterbrochen, jedoch fiel das Relais 41 infolge des zu seiner Wicklung parallelgeschalteten Kondensators 42 verzögert ab und öffnete seinen Kontakt 44, nachdem der Kontakt 46 geschlossen wurde.

Nach Ablauf der vorgegebenen Zeit öffnet der Kontakt 5, und die Vorrichtung geht in ihre Ausgangsstellung zurück. Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß — so lange die Materialprobe sich nicht auf Erdpotential befindet — die Funkenentladung nicht ausgelöst werden kann.

Durch den Ruhekontakt 43' ist weiterhin sichergestellt, daß ein mehrfaches Betätigen der Starttaste während einer Funkenentladung, diese in ihrem Ablauf nicht beeinflußt und daß nach vorgegebener Zeit die Funkenentladung erlischt.

Diese Maßnahmen ermöglichen es, die Funkenentladungen ohne aufwendige bauliche Maßnahmen, wie z. B. groß dimensionierte Schutzgehäuse, ohne Gefährdung des Bedienungspersonals ablaufen zu lassen und ermöglichen zusammen mit der erfindungsgemäßen Verwendung eines Varistors, eine transportable Vorrichtung von kleinem Gewicht und kleinen Abmessunuen zu schaffen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen, wobei die Materialprobe in einem Entladekreis als eine Elektrode distanziert zu einer Gegenelektrode unter Ausbildung einer Funkenstrecke angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialprobe (18) mit einem sich berührenden und auf Bezugspotential liegenden Schutzkontakt (24) einen bei fehlendem Kontakt zwischen Schutzkontakt (24) mit der Materialprobe (18) und dieser mit der Kontaktelektrode (19) die Vorrichtung verriegelnden Schutzkreis bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennnzeichnet, daß der Schutzkontakt (24), die Materialprobe (18) und die Kontaktelektrode (19) mit der Wicklung eines Schutzrelais (23) unter Ausbildung des Schutzkreises in Reihe geschaltet sind und daß der Arbeitskontakt (45) dieses Schutzrelais mit der Wicklung eines zweiten Schutzrelais (43) in einem zum ersten Schutzkreis parallelen zweiten Schutzkreis in Serie angeordnet sind und der Arbeitskontakt (13) des zweiten Schutzrelais in dem Entladekreis angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem ersten Schutzkreis ein Startkreis mit der Wicklung eines dritten Schutzrelais (41) und in Reihe dazu ein Ruhekontakt (43') des Schutzrelais (43) geschaltet ist und der Arbeitskontakt (44) des dritten Schutzrelais in Reihe mit der Wicklung des zweiten Schutzrelais und dem Arbeitskontakt des ersten Schutzrelais geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Wicklung des dritten Schutzrelais ein Kondensator (42) geschaltet ist und daß parallel zu seinem Arbeitskontakt (44) der Arbeitskontakt (46) eines vierten Schutzrelais (51) angeordnet ist, dessen Erregung vom Strom im Entladekreis gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einer in Serie mit dem Entladekreis geschalteten Diode ein Varistor (14) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule derartig in Widerstandsdraht gewickelt wird, daß sie sowohl die für die gewünschte Entladungsform nötige Induktion als auch den Widerstandswert bei genügender Belastbarkeit aufweist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schutzkreis ein Kontakt (5) zur Vorgabe der Zeitdauer der unipolaren Funkenentladung angeordnet ist.

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