DE2606395B2

DE2606395B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des elektrischen Verhaltens einer stromstarken Glimmentladung

Info

Publication number: DE2606395B2
Application number: DE2606395A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 5038 Rodenkirchen Oppel
Original assignee: IONIT ANSTALT BERNHARD BERGHAUS VADUZ
Current assignee: IONIT ANSTALT BERNHARD BERGHAUS VADUZ
Priority date: 1976-02-18
Filing date: 1976-02-18
Publication date: 1978-05-18
Also published as: IT1077259B; FR2342000A1; DE2606395A1; BR7700947A; CA1093435A; JPS5622948B2; JPS5299935A; FR2342000B1; GB1575447A; CH611750A5; US4193070A; DE2606395C3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind aus der DE-AS 12 75 228 bekannt, wonach ein Abschalten des Betriebsstroms beim Auftreten von Lichtbögen od. dgl. durch einen sogenannten Schnellschalter vorgenommen wird, der jedoch nach kurzer Zeit, in der ein aufgetretener Lichtbogen normalerweise gelöscht ist, den Betriebsstrom wieder einschaltet. Tritt jedoch ein galvanischer Kurzschluß auf, indem etwa ein mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbundenes Werkstück mit der mit dem positiven Pol verbundenen Wandung des Rezipienten in Berührung gerät, ein galvanischer Kurzschluß in der Durchführung zum Rezipienten vorhanden ist oder die kathodisch geschaltete Innenelektrode an der Anode anliegt, so fällt die Spannung auch dann entsprechend ab, so daß der Schnellschalter anspricht. Beim erneuten Zuschalten

lü durch den Schnellschalter kann aber wiederum nicht die Betriebsspannung erreicht werden, so daß laufend ab- und zugeschaltet wird, wodurch zwar der Glimmentladungsprozeß nicht weitergeführt wird, jedoch auch von außen nicht erkennbar ist, weshalb dies geschieht und daß der Prozeß nicht funktioniert.

Ein ähnliches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der CH-PS 3 43 554 bekannt, wobei ebenfalls ein auftretender Lichtbogen durch kurzzeitiges Ab- und Zuschalten des Betriebsstroms gelöscht werden soll, wobei das erneute Zuschalten über ein Zeitglied vorgenommen wird. Auch hierbei ist das Erkennen eines galvanischen Kurzschlusses nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schalteinrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3 zu schaffen, die die Erkennung eines galvanischen Kurzschlusses ermöglichen.
Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnen-

JO den Teilen der Ansprüche 1 und 3 gelöst.

Zur reinen Kurzschlußerkennung genügt es, wenn das Abschaltsignal dann erzeugt wird, wenn i/o kleiner als die Lichtbogenbrennspannung t//.ist.

Wenn zusätzlich bei der Überwachung des elektrisehen Verhaltens dei· stromstarken Glimmentladung ein Steuersignal zum gegebenenfalls kurzzeitigen Herabsetzen oder Abschalten des Betriebsstroms /_/s, für die Glimmentladung im Spannungs-Strom-Kennlinienfeld in das Gebiet unstabiler Entladungen abgleitet, ist es

■in zweckmäßig, wenn das Abschaltsignal erzeugt wird, wenn i/o zwischen der Glimmentladungsspannung Uci und der Lichtbogenspannung i/z. liegt.

Dieses Verfahren ist besonders zweckmäßig in dem Fall, daß keine zweite Sicherung zusätzlich zu einem Schnellschalter vorgesehen ist, und zwar für den Fall, daß der Schnellschalter aus irgendeinem Grunde ausfällt. Letzteres ist besonders kritisch bei stromgeregelten Anlagen zur stromstarken Glimmentladung, da bei Ausfallen des Schnellschalters automatisch versucht wird, den Strom zu stabilisieren, so daß ein stehender Lichtbogen im Rezipienten ausgebildet wird, wenn kein Kurzschluß vorhanden ist. Das gänzliche Abschalten des Speisestroms erfolgt somit nach der vorgegebenen Zeitdauer, die in der Größenordnung von 1 bis 2

^M Sekunden gewählt werden kann, sowohl beim Auftreten eines Kurzschlusses als auch bei Auftreten eines Lichtbogens und gleichzeitigem Ausfallen des Schnellschalters.

Bei der Schalteinrichtung kann die Speicherschaltung

^hU insbesondere aus einem Maximalwertspeicher mit parallelgeschaltetem Entladewiderstand bestehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert

''■"> Fig. 1 zeigt schematisch das Schaltbild einer Schalteinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zum Abschalten der stromstarken Glimmentladung bei Auftreten eines Kurzschlusses.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines Schaltungsteils für eine zweite Ausführungsform einer Schalteinrichtung zum Abschalten der stromstarken Glimmentladung bei Auftreten eines Kurzschlusses sowie bei Ausbildung eines stehenden Lichtbogens.

Fig.3 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der Betriebsspannung und des Betriebsstroms bei Ausfall eines Schnellschalters zur Überwachung der Glimmentladung.

F i g. 4 zeigt den Spannungsverlauf am Maximalwertspeicher bei arbeitendem Schnellschalter und Auftreten eines Kurzschlusses.

Die in Fig. 1 dargestellte Schalteinrichtung weist eine Schaltung 40 zum Liefern eines Abschaltsignals auf, die im wesentlichen aus einem Komparator 41 gebildet wird, an dessen Eingänge die Betriebsspannung LZ₁₁, und eine Vergleichsspannung i/o angelegt ist, die kleiner als die Lichtbogenspannung ist. Der Ausgang des Komparators 41 ist mit einem Eingang eines UND-Gatters 42 verbunden. An die Eingänge eines weiteren Komparators 33 ist eine dem Betriebsstrom /,„ proportionale Spannung und ein Vergleichswert k angelegt. Der Komparator 33 liefert einen Ausgang entsprechend dem Vergleich von Betriebsstrom /„, und k, der auf den anderen Eingang des UND-Gatters 42 gegeben wird. Der Ausgang des UND-Gatters 42 liefert das Abschaltsignal, wenn [/«,kleiner als Ua und l;_si größer als /o ist, d. h. ein Kurzschluß vorliegt, wobei Uo kleiner als die Lichtbogenspannung L^ ist.

Dieses Signal kann gleichzeitig zum Betätigen einer nicht gezeigten Kurzschlußanzeige-Einrichtung dienen.

Bei Verwendung eines Schnellschalters für das Erfassen von bei der Glimmentladung auftretenden Entladungsstörungen wie Lichtbogen muß die in F i g. 1 dargestellte Schalteinrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses mindestens so schnell arbeiten wie der Schnellschalter, damit dieser nicht schon abgeschaltet hat, bevor der Kurzschluß erfaßt wird.

Die in Fig.2 dargestellte Schaltung zeigt einen Maximalwertspeicher 49, der einen Komparator 50 aufweist, an dessen einen Eingang die Betriebsspannung Uist angelegt ist. Der Ausgang des Komparators 50 ist über eine Diode 51 mit dem anderen Eingang des Komparators verbunden, der mit einem geerdeten Kondensator 52 verbunden ist, der von dem Komparator 50 entsprechend dem Maximalwert der Betriebsspannung Uist aufgeladen wird. Der Kondensator 52 kann sich aufgrund der Diode 51 nur über einen dem Maximalwertspeicher 49 parallelgeschalteten Entladewiderstand 53 entladen, wobei das aus dem Kondensator 52 und dem Widerstand 53 gebildete flC-Glied die Zeitkonstante des Maximalwertspeichers 49 bestimmt.

Der Maximalwertspeicher 49 mit dem paiallelgeschalteten Entladewiderstand 53 ist beispielsweise vor den Eingang des Komparators 41 zu schalten, an dem U/s, angelegt ist. Hierdurch können kleinste Störungen ausgeschaltet und Kurzschlußvortäuschungen vermieden wurden. Außerdem stellt die Schalteinrichtung dann zusätzlich zu ihrer Funktion als Kurzschlußerfassungseinrichtung eine Sicherheitseinrichtung für den Fall dar, daß der Schnellschalter zur Überwachung von Entladungsstörungen wie Lichtbogen ausfallen sollte.

lu Bei dem in Fig. 3 gezeigten Diagramm sind schematisch die Betriebsspannungen £/,« und der Betriebsstrom /,«dargestellt. Bis zum Zeitpunkt ίκ ist die Betriebsspannung Ui₅, gleich der Spannung U_Ci der Glimmentladung. Im Zeitpunkt i< tritt ein Kurzschluß auf, der bewirkt, daß U_is, auf einen Wert unterhalb des Schwellwertes Uo absinkt. Uo ist hierbei größer als die Lichtbogenspannung Ul und kleiner als die Glimmentladungsspannung Uci- Der Betriebsstrom /,«, der bis zu dem Zeitpunkt f* gleich dem Glimmentladungsstrom la

ίο ist, steigt aufgrund des auftretenden Kurzschlusses im Zeitpunkt ίκ stark an und übersteigt den Schwellwert /o. Die Spannung U_max des Maximalwertspeichers hat im Zeitpunkt tu den Wert U_K, und fällt vom Zeitpunkt ίκ exponentiell ab. Wenn die Spannung Umax des Maximalwertspeichers im Zeitpunkt to den Wert Uo unterschreitet, wird das Abschaltsignal zum gänzlichen Abschalten der Glimmentladungsanlage erzeugt, da in diesem Fall auch Α« größer als /o ist
Wird der Betriebsstrom nur kurzzeitig durch Schalten

ίο des Schnellschalter etwa bei Auftreten eines Lichtbogens im Rezipienten an den Zeitpunkten fi, t₂ unterbrochen, so kann sich der Kondensator 52 aufgrund des parallelgeschalteten Widerstandes 53 und einer entsprechend groß gewählten Zeitkonstanten für dieses /?C-Glied nur geringfügig entladen (vgl. F i g. 4), so daß der Komparator 54 sein Ausgangssignal nicht ändert. Existiert dagegen längere Zeit eine Betriebsspannung Uist, die kleiner als Uo ist, so findet der Kondensator 52 Zeit, sich über den Widerstand 53 zu

■in entladen, so daß sich das Ausgangssignal des Komparators 54 entsprechend ändert. Ein eventuelles weiteres Zuschalten zu den Zeitpunkten h, U und Abschalten zu den Zeitpurkten fs, U, durch den Schnellschalter beeinträchtigt das Entladen des Kondensators 52 und damit das Erzeugen des Abschaltsignals nicht, da die Betriebsspannung £/,« aufgrund des Kurzschlusses nicht hochgeregelt werden kann.

Sowohl im Falle eines Kurzschlusses als auch im Falle der Ausbildung eines stehenden Lichtbogens im Rezipienten ist U₅₁ kleiner als i/o, so daß beim Ausfall des Schnellschalters die Schalteinrichtung auch als zusätzliche Sicherheitsschaltung zu einem üblichen Schnellschalter dient.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung des elektrischen Verhaltens einer stromstarken Glimmentladung in einem Rezipienten für metallurgische Behandlungen, wie Nitrierhärten od. dgl., bei dem eine dem Betriebsstrom durch den Rezipienten und eine des an ihm liegenden Betriebspotentials proportionale Größe einer Bewertungsschaltung zugeführt werden, in der ein Steuersignal zum kurzzeitigen Abschalten des Betriebspotentials erzeugt wird, wenn der Betriebsstrom //«größer als ein vorgebbarer Stromschwellwert k und das Betriebspotential U/st kleiner als ein vorgebbarer Potentialschwellwert i/o ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zwischen den Abgriff des Betriebspotentiais Uis, und die Bewertungsschaltung (40) gelegten Speicherschaltung (49) das Potential ihres mit der Bewertungsschaltung (40) verbundenen Anschlusses beim Absinken des Betriebspotentials t/,_s, unter den Potentialschwellwert U₀ mit einer vorgebbaren Zeitkonstante auf einen Wert, der kleiner als der Potentialschwellwert Uo ist, abgesenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentialschwellwert Uo zwischen den Wert der Glimmentladungsspannung Uoi und den der Lichtbogenbrennspannung £4 gelegt wird.

3. Schalteinrichtung zur Überwachung der elektrischen Glimmentladung in einem Rezipienten für die metallurgische Behandlung von Werkstücken in einer Gasatmosphäre mit einer Bewertungsschaltung enthaltend jeweils einen Stromkomparator und einen Spannungskomparator zum Erzeugen eines Steuersignals zum kurzzeitigen Abschalten des Betriebspotentials, wenn der Betriebsstrom /,>, größer als ein einstellbarer vorgebbarer Stromschwellwert /o und das Betriebspotential i/,« kleiner als ein vorgebbarer Potentialschwellwert i/o ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge von Strom- und Spannungskomparatur (33, 41) jeweils einen Anschluß für die Betriebsgröße i/,_s,, /,·_Ι() und den jeweiligen Schwellwert (Uo, h) enthalten und ihre Ausgänge am Eingang eines UND-Gatters (42) liegen, dessen Ausgang das Steuersignal liefert, und vor dem Anschluß für die Betriebsgröße U,si des Spannungskomparators (41) eine mit einer vorgebbaren Zeitkonstante entladbare Speicherschaltung (42) gelegt ist.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschaltung aus einem Maximalwertspeicher (49) mit parallelgeschaltetem Entladewiderstand (53) besteht.