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Zeitschalteinrichtung, insbesondere für elektrische Schweißmaschinen;
unter Verwendung einer steuerbaren Entladungsstrecke Es sind Zeitschalteinrichtungen,
insbesondere zum Steuern elektnischer Schweißmaschinen, bekanntgeworden, bei denen
eine steuerbare Entladungsstrecke durch den Lade- bzw. Entladevorgang eines Kondensators
beeinfiußt wird. Es ist auch bereits bekannt, zum Zwecke der Ersparnis besonderer
Ladestromquellen für den Kondensator diesen unter Ausnutzung der Gleichrichterwirkung
zwischen einer Steuerelektrode und einer Hauptelektrode ,der Entladungsstrecke aus
dem Wechselstromnetz zu laden. Während der überwiegende Teil der bekannten Zeitschalteinrichtungen
so arbeitet, daß die Entladungsstrecke zum Erlöschen gebracht wird und nach Ablauf
einer durch den Kondensator festgelegten Zeit wieder gezündet wird, gibt es auch
Zeitschalteinrichtungen, bei denen die Brenndauer der Entladungsstrecke bzw. die
Zeit, während deren sie Strom führt, festgelegt ist. Damit läßt sich an sich eine
wesentlich einfachere Schaltung erreichen, und vor allem kann die Entladungsstrecke
ohne weiteres zum Steuern bereits vorhandener Einschaltschütze mit Arbeitskontakten
benutzt werden. Die bekannten Anordnungen, die in dieser Weise arbeiten, haben jedoch
den Nachteil, daß die Zündung der Entladungsstrecke nicht mit Hilfe der Gittersteuerung,
sondern durch Schließen des Anodenstromkreises mittels eines Schalters erfolgt,
mit dem gleichzeitig auch ein Schalter in dem zeitbestimmenden Kondensatorkreis
geschlossen wird. Hierdurch ergibt sich, insbesondere bei sehr kurzen Zeiten, eine
erhebliche Unsicherheit der Zeitbestimmung.
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Die Erfindung bezieht sich auf Zeitschalteinrichtungen der genannten
Ärt, bei denen eine steuerbare Entladungsstrecke, vorzugsweise eine Gas- oder Dampfentladungsst.recke,
von dem Lade- bzw. Entladezustand eines Kondensators abhängig ist, der aus einer
Wechselstromquelle unter Ausnutzung der Gleichrichterwirkung zwischen einer Steuerelektrode
und einer Hauptelektrode, vorzugsweise der Kathode, der zu steuernden Entladungsstrecke
geladen wird, und hat zurAufgabe,sowohl den Zünd- als auch den Löschzeitpunkt der
Entladungsstrecke lediglich durch Einwirken des zeitbestimmenden Steuerkreises festzulegen.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst,
daß
die Zündung oder Freigabe der Entladungsstrecke durch ein Umschalten des Kondensators
erfolgt, durch das der Anschluß der Kondensatorbeläge an die Haupt- und Steuerelektrode
der Entladungsstrecke vertauscht und außerdem gleichzeitig der Kon-' densator von
der Ladespannung ab- und auf einen Entladungsstromkieis geschaltet wird, derart,
däß nach einer durch die Entladung des Kondensators bestimmten Zeit die Entladungsstrecke
wieder gesperrt wird bzw. erlischt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schaltungsschema
dargestellt.
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In der Schaltung nach Fig. i ist die die Zeitschalteinrichtung steuernde
Entladungsstrecke i über die Sekundärwicklung i i eines Transformators 13 an ein
Wechselstromnetz angeschlossen. Die Anode 3 der Entladungsstrecke liegt an dem einen
Pol der Transformatorwicklung, deren anderer Pol über die Wicklung 75 eines Schalters
77 an die Kathode 5 der Entladungsstrecke bzw. an den Nullpunkt eines Heiztransformators
12 angeschlossen ist. Die Kathode 5 ist außerdem mit Erde verbunden.
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Das Steuergitter 7 der Entladungsstrecke i ist über einen Vorwiderstand
33 und die Kontäkte53 eines Relais27 an den einen Belag6i eines Kondensators 29
angeschlossen, dessen anderer Belag 63 über Kontakte 51 des Relais 27 an einen verschiebbaren
Anzapfpunkt 23 eines Potentiometerwiderstandes 21 angeschlossen ist. Der Widerstand
21 erhält seine Spannung von einer Sekundärwicklung 67 des Transformators i i, und
zwar ist der den Widerstand speisende Wicklungsteil i9 so geschaltet, daß die dem
Widerstand zugeführte Spannung gegenüber der Anodenspannung der Entladungsstrecke
i um i8o ° in der Phase verschoben ist.- Der eine Pol 17 der Transformatorwicklung
67, an die der Potentiometerwiderstand 2i angeschlossen ist, ist an die Kathode
5 der Entladungsstrecke i angeschlossen. Der Stromkreis, in dem der Kondensator
29 und der eine Teil des Widerstandes 21 liegen, ist daher über die zwischen dem
Steuergitter 7 und der Kathode 5 liegende Entladungsstrecke geschlossen. Der Kondensator
wird unter Ausnützung der Gleichrichterwirkung dieser Entladungsstrecke aufgeladen.
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In Fig.2 sind die wichtigsten Kennlinien dargestellt, und zwar für
den Zeitpunkt, in dem die Zeitschalteinrichtung an die Wechselspannung angeschlossen
wird. Die Spannung 35 liegt an der Entladungsstrecke i, deren Zündkennlinie mit
39 bezeichnet ist. Es ist dabei angenommen, daß es sich dabei um ein diskontinuierlich
steuerbares gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß handelt. Die am Kondensator
29 liegende Wechselspannung 37 ist um i8o° in der Phase gegenüber der Anodenspannung
35 der Entladungsstrecke i -verschoben. Die Spannung 37 ist gleichzeitig Gitterspannung
der Entladungsstrecke i. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, schneidet diese Spannung
die Zündkennlinie 39 nicht, das Entladungsgefäß i wird daher nicht gezündet. Der
Kondensator wird aber durch die Spannung 37 jeweils in derjenigen Halbwelle aufgeladen,
in der die Spannung 35 negativ ist.
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Der Ladevorgang des Kondensators ist in Fig.3 in drei Zeitphasen dargestellt.
Die positiven Halbwellen 35 der Anodenspannung der Entladungsstrecke i sind über
der Nulllinie 45 aufgetragen. Die Zündkennlinien :sind wieder mit 39 bezeichnet.
Die strichpunktierte Linie41 zeigt das anwachsende negative Gleichstrompotential
des Kondensators 29 und die dadurch am Steuergitter der Entladungsstrecke i entstehende
negative Gitterspannung. Die Kurve 43 zeigt die der Gleichspannung überlagerte,
von der Transformatorwicklung 67 gelieferte Wechselspannung: Der an dem Steuergitter
der Entladungsstrecke i liegende Belag des Kondensators 29 hat jetzt ein negatives
Potential gegenüber der Kathode 5, und solange das Re-, lais 27, über dessen Kontakte
5 1 und 53 der Kondensator 29 geladen wird, in der gezeichneten Stellung
bleibt, kann die Entladungsstrecke i nicht zünden.
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Die Erregerwicklung 47 des Relais 27 ist an .die Sekundärwicklung
i i des Transformators 13 angeschlossen. In dem Relaisstromkreis liegen noch die
Arbeitskontakte 87 des Schalters 77, welche durch einen handbedienten Schalter 49
überbrückt werden können.
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Wenn der Schalter 49 geschlossen wird, so zieht das Relais 27 an und
öffnet die Kontakte 53 und 51, schließt dagegen die Kontakte 59 und 6o. Die Anschlüsse
des Kondensators z9 an den Gitterkreis der Entladungsstrecke i werden dadurch vertauscht:
denn der Belag 63, welcher positivaufgeladen war, liegt jetzt über die Kontakte
59 des Relais 27 sowie die Widerstände 65 und 33 am Steuergitter 7 der Entladungsstrecke
i, während der Belag 61 über die Kontakte 6o des Relais 27 an die Kathode 5 angeschlossen
ist. Der Kondensator 29 wird dabei gleichzeitig von der ihn aufladenden Spannung
des Pötentiometerwiderständes 21 abgeschaltet.
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In die Verbindung zwischen den negativ geladenen Belag 61 des Kondensators
29 und die Kathode der Entladungsstrecke i ist noch eine Zusatzspannung geschaltet,
welche von dem Kondensator 69 geliefert wird. Dieser letztgenannte Kondensator wird
vorher über einen Gleichrichter 71 aus derTransformator-.
wicklung
67 aufgeladen. Der Gleichrichter 71 ist dabei so geschaltet, daß der Verbindungspunkt
73 zwischen dem Gleichrichter 71 und dem Kondensator 69 ein negatives Potential
gegenüber der Kathode 5 der Entladungsstrecke i hat. Der Absolutwert dieses Potentials
ist niedriger als derjenige am Verschiebekontakt 23 des Widerstandes 2i. Dem negativen,
von dem Kondensator 29 gelieferten Potential ist demnach ein Gleichstrompotential
überlagert, welches dein Potential des Punktes 73 am Kondensator69 entspricht. Außerdem
ist in den Gitterkreis noch eine Wechselspannung entgegengesetzten Potentials geschaltet,
welche von dem Wicklungsabschnitt 15 des Transformators 13 geliefert wird.
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In dem Augenblick, in dem das Relais 27 über den Schalter 49 eingeschaltet
wird, wird die Entladungsstrecke i leitend, weil die Verbindungen des Kondensators
29 im Gitterkreis durch das Relais 27 umgeschaltet werden. Dadurch schließt sich
der Stromkreis der Erregerwicklung 75 des Schalters 77. Über die Hauptkontakte 81
dieses Schalters wird der Primärstromkreis eines Transformators 83 geschlossen,
dessen Sekundärwicklung an eineAnordnung zurPunktschweißung angeschlossen ist. Gleichzeitig
werden auch Hilfskontakte 95 und 87 des Schalters 77 geschlossen. Über die Kontakte
87 wird der Schalter 49 überbrückt, so daß das Relais 27 eingeschaltet bleibt, auch
wenn die Kontakte des handbedienten Schalters 49 wieder geöffnet werden. Die Kontakte
95 schließen für den Kondensator 29 einen Entladestromkreis, welcher über die Kontakte
6o und 59 des Relais 27 sowie über einen der Widerstände 89 und den Hebelschalter
93 geschlossen ist. Die Widerstände 89 sind gegeneinander abgestuft, und je nachdem
ein größerer oder kleinerer Widerstand eingeschaltet ist, dauert es längere oder
kürzere Zeit, bis der Kondensator 29 so weit entladen ist, daß die Gitterspannung
der Entladungsstrecke i wieder negativ und dessen Anodenstromkreis daher unterbrochen
wird. Sobald dieser Zustand erreicht ist, fällt der Schalter 77 ab und öffnet dadurch
seine Hilfskontakte 95 und 87. Durch die Kontakte 87 wird der Erregerstromkreis
des Relais 27 unterbrochen, und durch die Kontakte 95 wird der Entladestromkreis
des Kondensators 29 abgeschaltet. Das Relais 27 befindet sich jetzt wieder in der
gezeichneten Stellung, in der der Ladevorgang des Kondensators 29 beginnt.
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Es ist ein besonderer Vorteil der in,Fig. i dargestellten Schaltung,
daß die Zeit, während der der Schalter 77 eingeschaltet bleibt, auf zwei verschiedenen
Wegen einstellbar ist, und zwar einerseits dadurch, daß die den Kondensator 29 aufladende
Spannung des Potentiometerwiderstandes 21 geändert wird, und andererseits dadurch,
daß in den Entladestromkreis des Kondensators 29 über den Hebelschalter 93 verschieden
große Widerstände 89 geschaltet werden. Die Schaltzeit der Relaisordnung läßt sich
dadurch besonders genau und in sehr weiten Grenzen festlegen.
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Bei der in Fig. i dargestellten Schaltung kann es unter Umständen
erwünscht sein, daß der Entladestromkreis des Kondensators 29 nicht durch den Schalter
77 geschlossen wird, sondern durch ein Relais, welches unmittelbar von einer Betriebsgröße
des zu steuernden Stromkreises, mithin im Ausführungsbeispiel von einer Betriebsgröße
des Schweißstromkreises, abhängig ist. In diesen Stromkreis würde dann einRelais
geschaltet sein, welches an Stelle der Hilfskontakte 95 des Schalters 77 den Entladestromkreis
des Kondensators 29 schließt.
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In Fig. q. ist der Entladevorgang des Kondensators 29 graphisch dargestellt,
und zwar ähnlich wie in Fig. 3 in mehreren Zeitphasen. Über der Nullinieq.5 ist
wiederum die positive Halbwelle 35 der Anodenspannung der Entladungsstrecke i aufgetragen,
deren Zündkennlinie mit 39 bezeichnet ist. Die punktiert gezeichnete Linie 97 entspricht
dem Gleichstrompotential des Kondensators 29, während die Kurve 99 die resultierende
Gitterspannung derEntladungsstrecke i darstellt, welche durch Überlagerung des Gleichstrompotentials
der Kondensatoren 29 und 69 mit der Spannung der Wicklung 15 des Transformators
13 entsteht.
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Aus Fig. 5 ist die Wirkung des noch in den Gitterkeis der Entladungsstrecke
i geschalteten Gleichstrompotentials des Kondensators 69 ersichtlich. Das Diagramm
ist unter der Annahme gezeichnet, daß der Kondensator 29 direkt an die Wicklung
15 des Transformators 13 angeschlossen ist. Die punktiert gezeichnete Linie
ioi zeigt das negative Potential, welches von dem Kondensator 29 geliefert wird,
und die Linie 103 das resultierende Gitterpotential, welches durch Überlagerung
der Wechselspannung der Wicklung 15 entsteht. Aus dem Diagramm der Fig. 5
ist deutlich ersichtlich, daß in der gezeichneten relativen Lage derGitterspannung
gegenüber der Zündkennlinie 39 die Entladungsstrecke i nahe dem Ende der positiven
Halbwelle der Spannung 35 gezündet wird. Der Strom der Entladungsstrecke i wird
dadurch geändert, und es wird außerdem eine beträchtliche Unsicherheit in die Schalteinrichtung
gebracht, weil der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecke i nicht genau festgelegt
ist. Das durch den Kondensator 69 gelieferte zusätzliche
Gleichstrompotential
im Gitterkreis hat den Vorteil, daß die Entladungsstrecke i mit Sicherheit gelöscht
wird, wenn der Kondensator 29 geladen wird. Ein Vergleich zwischen dem Diagramm
der Fig. 5 und der letzten in Fig.4 dargestellten Zeitphase zeigt deutlich, daß
die resultierende Gitterspannung der Entladungsstrecke i infolge der negativen zusätzlichen
Gleichspannung mit Sicherheit negativer ist als die Zündkennlinie 39 des Entladungsgefäßes.
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Zu der Schaltung der Fig. i ist noch zu erwähnen, däß zu dem Kondensator
29 noch ein Schutzwiderstand 105 parallel geschaltet werden kann, durch den verhindert
wird, daß sich der Kondensator auf unzulässig hohe Spannungen auflädt.
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In der Schaltung nach Fig. i ist angenommen worden, daß es sich bei
der Entladungsstrecke i um eine gas- oder dampfgefüllte Entladungsstrecke mit negativer
Zündkenn-Linie handelt. Naturgemäß können an Stelle dieser Entladungsstrecke auch
andere steuerbare Entladungsstrecken gesetzt werden, deren Entladungszustand von
dem Potential eines auf die Entladungsstrecke einwirkenden Steuerkörpers abhängig
ist. Wenn die Zündkennlinie der Entladungsstrecke positiv ist, so muß die Phase
der Transförmatorwicklung 15 in der Schaltung nach Fig. i um i8o° verschoben
sein, d. h. die Spannung dieser Wicklung muß mit der Anodenspannung des Entladungsgefäßes
gleichphasig sein. Außerdem wird an Stelle des zusätzlichen negativen Gleichstrompotentials
des Kondensators 69 ein entsprechend positives Zusatzpotential zu wählen sein.
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Die Zeitschalteinrichtung nach der Erfindung kann ganz allgemein für
Schaltanordnungen verwendet werden, bei denen zwischen zwei Schalthandlungen ein
bestimmter zeitlicher Abstand gefordert wird. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung
aber für Nahtpunktschweißeinrichtungen, bei denen die Zeit, während der die Schweißelektrode
eingeschaltet ist; festgelegt werden soll.