DE730679C - Kurzzeitschalter mit steuerbaren Entladungsgefaessen zwischen dem Verbraucher und der speisenden Wechselstromquelle - Google Patents

Description

I*

. Hans Adler in Berlin-Haselhorst

ist als Erfinder genannt worden.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum kurzzeitigen Einschalten eines elektrischen Stromverbrauchers, der unter Verwendung steuerbarer Entladungsgefäße an eine speisende Wechselstromquelle angeschlossen ist, und ist von besonderer Bedeutung für Punktschweißmaschinen, bei denen die Primärwicklung des Schweißtransformators mit Hilfe von zwischen dieser Wicklung und dem speisenden Wechselstromnetz liegenden Entladungsgefäßen für eine bestimmte kurze Zeit eingeschaltet werden soll.

Es sind Kjirzzeitschalter bekannt, bei denen zur Bestimmung der Dauer der Einschaltung des Verbrauchers bzw. zur Bestimmung der Zeit, während der die Entladungsgefäße leitend gehalten werden, ein Kondensator verwendet ist, der in den Steuerstromkreis der Entladungsgefäße geschaltet ist. Bei einem bekannten Kurzzeitschalter dieser Art wird dieser Kondensator vor der Einschaltung des Verbrauchers an einen Teil eines Spannungsteilers angeschlossen, der in bekannter Weise unter Parallelschaltung eines Glättungskondensators über einen Trockengleichrichter dauernd an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Zu Beginn der Einschaltdauer bzw. zum Zwecke der Zündung der Entladungsgefäße wird der Kondensator auf den anderen Teil des Spannungsteilers umgeschaltet und dadurch umgeladen. Die Dauer der Umladung und damit die Dauer der Einschaltung des Verbrauchers bestimmt ein im Umladestromkreis liegender Regelwiderstand.

Bai anderen bekannten Kurzzeitschaltern wird der die Einschaltdauer bestimmende Kondensator von einer Wechselspannung aufgeladen, die entweder dem Verbraucherkreis oder einem anderen Hilfsstromkreis entnommen wird, der seine Spannung erst beim Einschalten des Verbrauchers erhält. In diesem Fall ist es zweckmäßig, den Steuerkondensator über Kupferoxydgleichrichter an die betreffende zur Aufladung dienende Wechselspannung anzuschließen.

Die Erfindung betrifft die Verbesserung und weitere Ausgestaltung dieser bekannten Kurzzeitschalter und bezieht sich demnach auf Kurzzeitschalter mit steuerbaren Emladungsgefäßen zwischen Verbraucher und speisender Stromquelle und einem im Gitterkreis eines Hilfsentladungsgefäßes liegenden Kondensator, der vom Zeitpunkt der Einschaltung des Verbrauchers beginnend auf die ίο das Hilfsentladungsgefäß sperrende Spannung aus dem speisenden Wechselstromnetz über ■einen Trockengleichrichter aufgeladen wird. Gemäß der Erfindung dient die Klemmenspannung an einem Widerstand, der imGitterkreis eines den Verbraucher speisenden Entladungsgefäßes und im Anodenkreis eines den Zündzeitpunkt bestimmenden Hilfsentladungsgefäßes liegt, als Ladestromquelle, und zwar ist hierfür dieser Widerstand mit dem ao Trockengleichrichter, einem Hilfskondensator und gegebenenfalls einem weiteren Widerstand in Reihe geschaltet und dieser Hilfskondensator über einen regelbaren Widerstand an den die Zeitschaltung steuernden Kondensator angeschlossen.

Die Erfindung geht hierbei von einem bereits vorgeschlagenen Kurzzeitschalter aus, bei dem die Steuerspannung für die den Verbraucher speisenden Entladungsgefäße einem Widerstand entnommen wird, der im Anodenkreis eines Hilfsentladungsgefäßes liegt. Der Zündzeitpunkt des Hilfsentladungsgefäßes ist wegen der schaltungstechnischen Kopplung mit dem den Verbraucher speisenden Hauptentladungsgefäß auch für den Zündzeitpunkt des Hauptentladungsgefäßes maßgebend. Im Gitterkreis des Hilfsentladungsgefäßes Hegt auch bei dem vorgeschlagenen Kurzzeitschalter ein Kondensator, der während der Schweißzeit, also während der Dauer der Einschaltung der Hauptentladungsgefäfie, allmählich aufgeladen wird und dann der positiven Steuerspannung des Hilfsentladungsgefäßes so weit entgegenwirkt, daß dieses Hilfsentladungsgefäß gesperrt wird.

Dieser Kondensator wird bei der vorgeschlagenen Schaltung über einen Trockengleichrichter von einer Tertiärwicklung des Schweißtransformators aufgeladen. Es hat sich gezeigt, daß die Zeitsteuerung dieser vorgeschlagenen Schaltung aus zwei Gründen nicht die gewünschte Genauigkeit besitzt. Der erste Grund liegt darin, daß die Spannung an der Tertiärwickking des Schweißtransformators mit dem von dem Transformator aufgenommenen Strom bzw. mit der Leistung des Schweißtransformators schwankt, weil mit schwankendem Strom sich ebenfalls die Spannung in den Hauptentladungsgefäßen ändert. Der zweite Grund liegt in dem Rücksperrwiderstand des Trockengleichrichters, der nicht genügend konstant ist, so daß seine Änderungen sich in Änderungen der Ladezeit des Kondensators auswirken. Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, diese beiden Xachteile zu vermeiden. Der erstgenannte Xachteil wird dadurch beseitigt, daß a!s Stromquelle für die Aufladung des Steuerkondensators nicht mehr die Tertiärwicklung des Schweißtransformators, sondern der Widerstand im Anodenkreis des Hilfsentladungsgefäßes verwendet wird. Der zweite Nachteil, der mit der Verwendung des Trockengleichrichters zusammenhängt, wird dadurch beseitigt, daß dieser Trockengleichrichter nicht wie bisher den Steuerkondensator unmittelbar auflädt, sondern daß er einen Hilfskondensator auflädt, welcher seinerseits die Ladespannung für den Steuerkondensator liefert. Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, daß die bei der Verwendung eines Trockengleichrichters zur Gleichrichtung der Aufladespannung des Kondensators infolge des veränderlichen Rücksperrwiderstandes eintretenden Ungenauigkeiten in der Zeiteinstellung sich durch Verwendung eines Hilfskondensators für die Aufladung beseitigen lassen. Es wurde durch Versuche festgestellt, daß bei Änderung des Rücksperrjjriderstandes auf die Hälfte des Ausgangswertes die mittlere von dem Hilfskondensator abgegebene Gleichspannung sich nur um wenige Prozent, etwa um 2°/₀, ändert. Der Einfluß des Rücksperrwiderstandes wird also praktisch ausgeschaltet. Für Strom-Verbraucher, beispielsweise PunktschweiU-maschinen, bei denen es auf genaue Bestimmung der Einschaltdauer ankommt, ist diese Eigenschaft des erfindungsgemäßen Kurzzeitschalters von wesentlicher Bedeutung.

Es sei darauf hingewiesen, daß ein Kurzzeitschalter bekanntgeworden ist, der für die Aufladung eines Steuerkondensators im Gitterkreis eines steuerbaren Entladungsgefäß« einen Hilfskondensator verwendet. Bei dieser bekannten Schaltung kam es wesentlich auf die Veränderung des Zündzeitpunktes des Hauptentladungsgefäßes an. Das Hauptentladungsgefäß sollte zum Zwecke der Änderung des Schweißstromes mit gegenüber der no Anodenspannung verschiebbaren Zündzeitpunkten betrieben werden. Bei einer solchen Steuerung ist es wichtig, daß der die Dauer der Einschaltung bestimmende Steuerkondensator unabhängig von dem Zündzeitpunkt des Hauptentladungsgefäßes stets in gleicher Weise aufgeladen wird, daß also die Dauer seiner Ladung sich nicht ändert, wenn sich der Zündzeitpunkt des Hauptentladungsgefäßes ändert. Aus diesem Grunde ist bei der bekannten Schaltung die Anordnung des Hilfskondensators gewählt, der im Gegensatz

zu dem Zeitschalter nach der Erfindung nicht über einen Trockengleichrichter, sondern über ein Glühkathodenentladungsgefäß aufgeladen wird. Auch hat diese Schaltung die Eigenschaft, daß in einem großen Bereich der Bestimmung des Zündzeitpunktes des Hauptentladungsgefäßes der Hilfskondensator bei der ersten ihn aufladenden Wechselspannungshalbwelle stets auf die gleiche Spannung aufgeladen wird, die er dann praktisch beibehält. Die mit dem veränderlichen Rücksperrwiderstand eines Trockengleichrichters zusammenhängenden besonderen Erscheinungen, die der Erfindung zugrunde liegen, konnten bei der bekannten Schaltung nicht auftreten, da dort ein Glühkathodenentladungsgefäß, d. h. ein Entladungsgefäß mit unendlich großem Rücksperrwiderstand, verwendet wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Die Primärwicklung 12 eines Schweißtransformators ι ist über zwei gittergesteuerte Ouecksilberdampfentladungsgefäße'2 und 3 an eine Wechselstromquelle 4 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 13 des Schweißtransformators ist an die Schweißelektroden 14 angeschlossen. Die beiden Entladungsgefäße 2 und 3 sind in bekannter Weise gegensinnig parallel geschaltet, d.h. es ist jeweils die Kathode des einen Entladungsgefäßes mit der Anode des anderen Gefäßes verbunden. Von der speisenden Wechselstromquelle führt das eine Entladungsgefäß die positive Halbwelle, das andere die negative Halbwelle des den Verbraucher speisenden Wechselstromes.

Der Zündzeitpunkt des Entladungsgefäßes 3 wird durch die Spannung eines Widerstandes 5 bestimmt, der über eine negative Sperrspannungsquelle 6 und einen Vorwiderstand 7 die Kathode mit dem Gitter des Entladungsgefäßes verbindet. Der. Widerstand 5 ist über ein Hilfsentladungsgefäß 8 an einen Transformator 9 angeschlossen, der aus der Wechselstromquelle 4 gespeist wird. Im Anodenstromkreis des Hilfsentladungsgefäßes 8 liegt ein Relais 10, welches über einen Steuerschalter 21, beispielsweise den Fußschalter der Schweißmaschine, angeschaltet werden kann.

Für die Zündung des Hilfsentladungsgefäßes 8 und die Zeitdauer, während der dieses Entladungsgefäß leitend gehalten wird, ist eine Reihe von .Spannungen vorgesehen, die im Gitterkreis dieses Entladungsgefäßes liegen. Eine dieser Spannungen ist die Spannung des Widerstandes 22, der an die Sekundärwicklung des Transformators 23 angeschlossen ist. Der Transformator 23 besitzt einen hochgesättigten Eisenkern. Eine Drosseispule 24 und ein Ohmscher Widerstand 25, die zwischen dem Transformator und der speisenden Wechselstromquelle 4 liegen, sorgen dafür, daß der Transformator einen Strom unveränderlicher Kurvenform, beispielsweise einen sinusförmigen oder dreieckförmigen Strom, aufnimmt. Jeweils im Nulldurchgang dieses Stromes entsteht an dem Widerstand 22 eine Spannung spitzer Wellenform, die zum erstmaligen Einschalten des Hilfsentladungsgefäßes 8 und damit auch zum erstmaligen Einschalten des Hauptentladungsgefäßes 3 dient. Die Phasenlage dieser Spannung spitzer Wellenform ist so gewählt, daß beim erstmaligen Einschalten des Stromverbrauchers möglichst kein Ausgfeiohstrom auftritt.

Nach dem Einschalten des Hilfsentladungsgefäßes 8 wird dieses Gefäß durch eine andere Steuerspannung während der Dauer der Stromführung des Stromverbrauchers leitend gehalten. Diese Spannung wird an einer Transformatorwicklung 15 entnommen, die ihre Spannung von dem Haupttransformator 1 erhält. ^Die Spannung der Wicklung 15 tritt also erst auf, nachdem der Verbraucher über das Entladungsgefäß 3 eingeschaltet ist. Durch einen Reihenkondensator 26 und einen Ouerwiderstand 27 wird dafür gesorgt, daß die der Transformatorwicklung 15 entnommene Spannung der Anodenspannung der Hauptentladungsgefäße etwas voreilt. Das bedeutet, daß das Hilfsentladungsgefäß 8 bereits leitend wird und dementsprechend der Widerstand 5 im Gitterkreis des Hauptentladungsgefäßes 3 bereits Spannung erhält, bevor die Anodenspannung des Hauptentladungsgefäßes 3 am Anfang der positiven Halbwelle durch Null geht.

Das zweite Hauptentladungsgefäß 2 wird mittelbar gezündet und erhält hierfür seine Zündspannung von einer Transformatorwicklung 16, deren zugehörige Primärwicklung 17 an den Klemmen des Schweißtransformators 1 Liegt. Diese Schaltung sorgt dafür, daß das Entladungsgefäß 2 nur dann gezündet werden kann, wenn in der voraufgehenden Halbwelle der speisenden Wechselstromquelle 4 das andere Entladungsgefäß 3 gezündet war.

Für die Steuerung des Hilfsentladungsgefäßes 8 ist noch wesentlich, diaß die beiden Spannungen, welche den Transformatoren 23 und 15 entnommen werden, durch eine Glimmentladungsstrecke 28 überbrückt sind. Die am Steuergitter des Hilfsentladungsgefäßes wirksame Spannung erhält dadurch eine etwa rechteckförmige Kurvenform, und außerdem wird dafür gesorgt, daß Änderungen der Amplitude der Spannung des Schweißtransformators i, die von der Größe des Belastungsstromes abhängen können, auf den Zündvorgang des Hilfsentladungsgefäßes 8 keinen Einfluß haben können,

Die Dauer der Aufrechterhaltung der Stromleitung des Hilfsentladungsgefäßes 8 wird durch einen Kondensator 30 bestimmt, dessen Spannung ebenfalls in den Gitterkreis ' des Entladungsgefäßes 8 geschaltet ist. Für die Erfindung ist es wesentlich, daß dieser Kondensator 30 nicht unmittelbar von der Spannung des Haupttransformators 1 her aufgeladen wird, sondern daß eine Hilfsspannung in Form eines Hilfskondensator 31 vor- j gesehen ist, die über einen Regelwiderstand j 32 den Kondensator 30 auflädt. Der Hilfs- ) kondensator 31 wird seinerseits von der Spannung des Widerstandes 5 aufgeladen, er ist an diesen Widerstand zu dem Zweck über einen Vorschaltwiderstand 33 und einen ! Trockengleichrichter 34 angeschlossen. Der j Hilfskondensator 31 erhält über den Trockengleichrichter 34 Spannung, sobald der Wider- j stand 5 im Gitterkreis des Hauptentladungs- j gefäßes 3 über das Hilfsentladungsgefäß S j eingeschaltet wird. Dies geschieht zu Beginn i der Einschaltdauer des Stromverbratichers. Der Ladevorgang des Hilfskondensator^ 31 j geht etwa so vor sich, daß während der posi- j tiven Halbwelle des Transformators 9 der Hilfskondensator 31 auf den Maximalwert der ; Wechselspannung aufgeladen wird. Infolge ; der Vorschaltung des Trockenrichters 34 kann ; sich der Hilfskondensator 31 in der darauf- ' folgenden negativen Halbwelle der Wechsel- ! spannung des Transformators 9 nur in dem Maße entladen, in dem der' Rücksperrwiderstand des Trockengleichrichters 34 diesen Gleichrichter durchlässig macht. In der darauffolgenden positiven Halbwelle der Wechselspannung 9 wird der Hilfskondensator dann wieder auf die volle Spannung aufgeladen. Auf diese Weise wird dem Kondensator 30 im Gitterkreis des Hilfsentladungsgefäßes zur Aufladung eine praktisch konstante Gleichspannung zur Verfügung gestellt, und die j Zeit, welche verstreicht bis zur Aufladung dieses Kondensators 30 auf einen vorbestimmten Grenzwert, kann durch den sich etwa ändernden Rücksperrwiderstand des Trocken- ; gleichrichters 34 nicht beeinflußt werden. Der ' Grenzwert der Spannung des Kondensators 30, bei dem das Entladungsgefäß 8 nicht mehr gezündet werden kann, ist gleich der Durch- | schlagsspannung der Glimmentladungsstrecke 28. Sobald die Spannung des Kondensators j 30 diesen Grenzwert erreicht hat, kann die | von dem Haupttransformator über die Hilfswicklung 15 zugeführte Spannung das Hilfsentladungsgefäß S nicht mehr zünden. Damit wird auch das Hauptentladungsgefäß 3 nicht mehr gezündet, weil dessen Gitterwiderstand 5 keine Spannung mehr erhält. Die Zeitdauer der Einschaltung des Verbrauchers ist damit beendet.

Um den Zeitschalter wieder betriebsfertig zu machen bzw. den nächsten Schaltvorgang vorzubereiten, wird das Hilfsrelais 10 ausgeschaltet. Dadurch werden die beiden Kondensatoren 30 und 31 über die beiden Hilfskontakte 18 und 19 des Hilfsrelais 10 entladen. Beim Wiedereinschalten des Relais 10 beginnt der Schaltvorgang in der oben beschriebenen Form von neuem.

Die an Hand der Zeichnung beschriebene Schaltung ist nur als Ausführungsbeispiel der Erfindung anzusehen. Sie kann in vieler Beziehung abgeändert werden, ohne an dem Grundgedanken der Erfindung etwas zu andem. Wesentlich für die Erfindung ist, daß der Kondensator 30 nicht unmittelbar über ein Gleichrichterelement von der Wechselspannung des Verbrauchers her aufgeladen wird, sondern zu seiner Aufladung an einen durch ein Hilfsentladungsgefäß gespeisten Widerstand angeschlossen ist, welcher im Augenblick" der Einschaltung des \'erbrauchers ebenfalls eingeschaltet wird und durch dessen während der Dauer der Stromführung des Verbrauchers praktisch konstant gehaltene Klemmenspannung ein weiterer Kondensator über Trockengleichrichter aufgeladen wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kurzzeitschalter mit steuerbaren Entladungsgefäßen zwischen dem Verbraucher und der speisenden Wechselstromquelle und einem im Gitterkreis eines "Hilfsentladungsgefäßes liegenden, die Zeitschaltung steuernden Kondensator, der vom Zeitpunkt der Einschaltung des Verbrauchers beginnend auf die das Hilfsentladungsgefäß sperrende Spannung über einen Trockengleichrichter aufgeladen wird, insbesondere für Punktschweißmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmenspannungen eines Widerstandes (5), der im Gitterkreis eines den Verbraucher speisenden Entladungsgefäßes (3) und im Anodenkreis eines den Zündzeitpunkt bestimmenden Hilfsentladungsgefäßes (8) liegt, als Ladestromquelle dient, dieser Widerstand (5) mit dem Trockengleichrichter ("34), einem Hilfskondensator (31) und gegebenenfalls einem weiteren Widerstand i.33) in Reihe geschaltet ist und dieser Hilfskondensator über einen regelbaren Widerstand (32) an dem die Zeitschaltung steuernden Kondensator (30) angeschlossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen