DE741926C

DE741926C - Punkt- oder Punktnahtschweisseinrichtung mit steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsstrecken als Schalter fuer den Schweissstrom

Info

Publication number: DE741926C
Application number: DES137471D
Authority: DE
Inventors: St A W Staggs Wilkinsburg Pe V; Edwin H Vedder
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1938-06-16
Filing date: 1939-06-16
Publication date: 1953-02-09

Description

Punkt- oder Punktnahtschweißeinrichtung mit steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsstrecken als Schalter für den Schweißstrom Die Erfindung bezieht sich auf Schweißmaschinen, die durch Entladungsgefäße gesteuert werden. Bei der Widerstandsnaht- und Punktschweißung wird der Schweißstrom in Form von aufeinanderfolgenden Impulsen der Schweißstelle zugeführt. Sowohl die Zeitdauer jedes Impulses als auch das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen sind dabei genau festgelegt. Die Impulse werden von einer Wechselstromquelle geliefert und bestehen aus einer Folge von Teilimpulsen, die ihrerseits den einzelnen Halbwellen entsprechen. Bei Schweißeinrichtungen dieser Art ist es häufig von Wichtigkeit, daß keine nennenswerten Änderungen der Impulse auftreten, und zwar dürfen sich weder die Größen der einzelnen Teilimpulse gegeneinander verändern, noch darf das Produkt aus Impulsdauer und mittlerem Impulsstrom, d. h. also dieAmperesekunden jedes Impulses, eine Änderung erfahren. Wenn. beispielsweise die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Strom-Zeit-Produkt etwa 5o °/o ist, so, ist es bei der Bearbeitung vieler Materialien sehr schwierig, den mittleren Strom auf einen Wert festzusetzen, bei dem noch brauchbare Schweißungen erzielt werden. Es wird dann eine Reihe von Schweißstellen sehr schwach sein, weil die Zeit nicht ausreicht, um das Schweißmaterial richtig zum Fließen zu bringen, wohingegen an anderen Schweißstellen wiederum Verbrennungen des Materials die Folge sein werden. Infolgedessen ist es ein wichtiges Problem, die Zeitbegrenzung der Schweißimpulse so zu gestalten, daß bei der Schweißung keinerlei Unterschiede auftreten. Dieses Problem führt sich selbst auf die Forderung -zurück, einen geeigneten Taktgeber zu entwerfen. Darüber hinaus rufen Differenzen zwischen den Amplituden der einzelnen Teilimpulse einen plötzlichen einseitigen Stromanstieg in dem zu schweißenden. Material hervor, was ebenfalls zu gänzlich ungenügenden Schweißungen führt. Das zweite wichtige Problem besteht demgemäß darin, daß ein Abweichen der Teilimpulse von einem vorbestimmten No.rnialwert vermieden wird.
Die Taktgabe für die Steuerung der Impulse kann entweder synchron oder asynchron erfolgen, je nachdem, um was für eine Schweißung es sich handelt. Wenn das Schweißmaterial verhältnismäßig schwer ist und an die Sauberkeit und Einheitlichkeit der Schweißungen keine allzu hohen Anforderungen gestellt werden, benutzt man die asynchrone Taktgabe. In diesem Fall werden unregelmäßige Stromstöße durch das Schweißmaterial geschickt, und die Änderungen des Schweißstromes sind nicht auf irgendeinen erfaßbarenWert begrenzt. Werden dagegenan die Gleichmäßigkeit der Schweißungen hohe Anforderungen gestellt, wie es beispielsweise in der Flugzeugindustrie oder beim Schweißen von dünnen Aluminiumblechen bzw. blankem Stahl der Fall ist, muß man synchrone Taktgabe verwenden.
Die synchronen Schweißtakter, die man bisher benutzte, sind sehr verwickelt und teuer. In den meisten Fällen enthalten sie sechs bis neun Entladungsgefäße und darüber hinaus eine Vielzahl von Synchronisier- und Steuerelementen. Es kommen dann noch Hilfseinrichtungen hinzu, welche dafür sorgen, daß der Beginn der Schweißimpulse genau in bestimmten Punkten der Wechselspannungshalbwelle liegt.
Der Punkt, in dem der Schweißimpuls beginnt, -wird bei den bekannten synchronen Schweitltaktern meist innerhalb der Halbwelle so gewählt, daß der Zeitpunkt des Stromeinsatzes unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung möglichst genau dem Nulldurchgang des stationären Stromes entspricht. Man vermeidet dadurch eine einseitige Vormagnetisierung des Schweißtransformators, die zu starken Verzerrungen des Stromes Anlaß geben würde.
Die Entwicklung der Schweißtechnik ist nun dahin gegangen, daß die Schweißeinrichtungen entweder mit ganz rohen Taktgebern arbeiten oder aber für diesen Zweck außerordentlich verwickelte Einrichtungen benutzen. Es gibt aber sehr viele Schweißaufgäben, die mit den bisher bekannten rohen Takteinrichtungen nicht mehr zu lösen sind, die aber andererseits den hohen Kostenaufwand der bis ins letzte verfeinerten Zeitschalteinrichtungen nicht rechtfertigen. Bei manchen Werkstoffen genügt es beispielsweise, wenn die maximale Änderung in der Zeitdauer der Sch-veißimpulse von Punkt zu Punkt nicht größer ist als 2511/o. .Manchmal sind sogar Änderungen von .Io bis 5o11/9 zulässig, während wiederum andere Aufgaben eine Genauigkeit von 5 bis ioo/o verlangen. Die asynchronen Schweißtakter, die man bisher verwendete, können auf diesem mittleren Arbeitsgebiet nicht benutzt werden, weil die _Änderung des Schweißstromes von Punkt zu Punkt nicht innerhalb der erforderlichen Grenzen gehalten werden kann und weil außerdem beträchtliche _Änderungen in der Größe der Teilimpulse auftreten können.
Aus dem Vorangegangenen ist zu ersehen, daß es wünschenswert ist, einen asynchronen Schweißtakter zu schaffen, der bis zu einem ".wissen Grade Abweichungen der Impulszeiten voneinander verhindert und außerdem auch Schwankungen in der Impulsgröße von Schweißpunkt zu Schweißpunkt unterbindet. In einer asynchron gesteuerten Schweißmaschine sind die Abweichungen auf zwei Hauptgründe zurückzuführen. Zunächst ist die Lage der Einschalt- und Ausschaltzeitpunkte innerhalb der Halbwellen ganz verschieden und zufällig. Aus diesem Grunde enthalten manche Impulse mehr Halbwellen als andere, d.h.das Strom-Zeit-Produkt für die verschiedenen Schweißpunkte ändert sich. Sodann ist der Leistungsfaktor des Schweißstromkreises verhältnismäßig niedrig und ruft ebenfalls Schwierigkeiten hervor. Da die Lage des Einschaltzeitpunktes des Schweißiinl>ulses bei asynchroner Taktgabe ganz zufällig ist, -wird der Impulsbeginn häufig demjenigen Nullpunkt, bei dem sich ein stationärer Zustand einstellt, um einen Winkel von etwa go'cvoreilen. Die zu frühe Einleitung des Sch-veißimpulses ruft an dem Schweißtransformator den bekannten Rush-Effekt hervor, der nicht nur das Strom-Zeit-Produkt erheblich beeinflußt, sondern außerdem auch die Amplitude der Teilimpulse bis auf etwa das Zweifache des normalenWertes ansteigen läßt. Am größten werden dabei die ersten Teilimpulse einer Impulsfolge, und es entsteht infolgedessen nach der Schweißpause ein, außerordentlich steiles. Ansteigen des Schweißstromes. Letzteres ist aber im Interesse einer einwandfreien Schweißurig sehr unerwünscht. Der Erfindung liegt demgemäß die. Aufgabe zugrunde, eine Schweißeinrichtung zu schaffen, bei der der Änderungsbereich des Schweißstromes sowohl hinsichtlich der Augenblicksgröße als. auch der Zeitdauer der Stromimpulse innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten wird, ohne daß es dabei auf eine bestimmte Lage des. Einschaltzeitpunktes in bezug auf die Halbwelle der speisenden Wechselspannung ankommt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verlauf der Steuerspannungen in bezug auf die Anodenspannungen und die Zündcharakteristik der Entladungsgefäß so gewählt ist, daß nach dem Beginn und vor dem Ende jeder positiven Anodenspannungshalbwelle. ein bestimmter Zeitbereich entsteht, innerhalb dessen die .an die Steuerelektroden angelegte Steuerspannung keine Zündung der Entladungsstrecken bewirken kann. Bei der weiteren Erläuterung der Erfindung möge der Einfachheit halber stets vorausgesetzt sein, daß es sich um Gas- oder Dampfentladungsgefäße mit Initialsteuerung durch ständig in die Kathode tauchende Zündelektroden handelt. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung auch bei anderen Entladungsgefäßen. anwendbar ist.
Um ein Entladungsgefäß mit einer ständig in die Kathodenflüssigkeit tauchenden Zündelektrode zu zünden, muß der Zündeilektrodenstrom eine ganz bestimmte Mindestgröße erreichen.
Die durch die Taktgebereinrichtung geschaltete Spannung im Zündstromkreis. erhält nun. einen solchen Wert, daß bei eingeschaltetem Zündstromkreis eine Zündung des Entladungsgefäßes erst zustande kommen kann, wenn die Anodenspannung einen verhältnismäßig hohen Betrag erreicht hat. Dadurch eilt der Zündzeitpunkt dem Nulldurchgang der Anodenspannung auch dann um einen. bestimmten Winkel nach, wenn der Zündstromkreis. bereits viel früher eingeschaltet wurde. Bezeichnet man diesen Nacheilwinkel als Zündwinkel, so ist die Lage des Zündzeitpunktes trotz des asynchronen Arbeitens des Taktgebers auf einen Bereich beschränkt, der gleich i8o°` abzüglich des doppelten Zündwinkels ist. Die möglichen Änderungen, die durch die verschiedene Lage des Einschaltzeitpunktes des Zündstromkreises zustande kommen können, werden auf diese Weise stark eingeschränkt. Eine weitere Verminderung möglicher Abweichungen kann dadurch erreicht werden,, daß die Zeitintervalle, 4vährend deren der Zündstromkreis geschlossen bleibt, in bestimmte Beziehung zu der Länge der Schweißstromimpulse, gemessen in Halbwellen, gebracht wird.
Die Zündelektroden: der Entladungsgefäße, d. h. der Widerstand der Zündstromkreise, werden überdies zweckmäßig so, ausgewählt, daß der Zündwinkel innerhalb bestimmter Grenzen der gleiche ist wie der Phasenversrhiebüngswinkel, das ist der Winkel zwischen dem Nulldurchgang der Spannung und dem Punkt des stationären Strombeginnes. Durch diese Beziehung wird der mögliche Einfluß des auftretenden Rush-Effektes. wesentlich herabgesetzt. So hat sich beispielsweise gezeigt, daß sich gute Resultate ergeben, wenn die Wechselspannung 44o V effektiv und die zur Zündung erforderliche Spannung etwa roo V beträgt. Es wurden Versuche gemacht mit einer Anordnung, bei der die Entladungsstrecken in Antiparallelschaltung zwischen die Spannungsquelle und die Belastung geschaltet waren, während die Zündelektroden in Reihe miteinander lagen. und so über die Ouecksilberkathoden mit der Last verbunden waren. Der rhittlere Strom für eine Reihe von Schweißurigen ergab sich zu 325 A, das entspricht einem Scheitelwert von d.6o A. Ein Os.zilloskop zeigte einen maximalen Scheitelwert von 53o A. Bei einem Betrieb, derAnordnung mit einem asynchronen Taktgeber, wie er bisher verwendet wurde, ergab sich ein maximaler Scheitelwert des Stromes von 88o A. Man sieht, daß bei Verwendung einer Anordnung gemäß der Erfindung die Abweichung von etwa ioo auf annähernd z5 °/o heruntergedrückt wird. Es muß besonders auf die Tatsache aufmerksam gemacht werden, daß bei der vorgenommenen Untersuchung die bereits bei roo V ansprechenden Zündelektroden mit einer Spannungsquelle von q.4o V betrieben wurden. Bei einer solchen Anordnung ist der Verzögerungswinkel, reit dem das Gefäß gezündet wird, i8,7°; wäre eine Spannungsquelle von 22o V verwendet worden, so hätte der Verzögerungswinkel q.o° betragen, wodurch sich noch eine weitere Verbesserung ergeben hätte.
Inder Zeichnung sind Ausführungsbeispiele .der Erfindung dargestellt. In Fig. I ist mit 25 der Schweißtransformator bezeichnet, an dessen Sekundärwicklung 27 die beiden Schweißelektroden 29 angeschlossen sind. Mit 31 ist das zu schweißende Material zwischen den als Rollen ausgebildeten Elektroden bezeichnet. Die Primärwicklung 33 des Schweißtransformators 25 ist an die Zuleitungen 35 und 37 zu einer Wechselspannungsquelle 39 über ein Paar Entladungsgefäße 41 und 43 in gegensinniger Parallelschaltung angeschlossen. Jedes Entladungsgefäß enthält eine Anode 45, eine Quecksilberkathode 47 und eine Zündelektrode 49 aus Borkarbid, Siliciumkarbid oder einem ähnlichen Material mit hohem Widerstand. Der Taktgeber besteht aus einem Gleichstrommotor 55, der einen Kommutator 57 antreibt, und einem Relais 59, welches im Takt der Bewegung des Kommutators arbeitet. Der Motor 55 wird von der Spannungsquelle 39 über einen Gleichrichter 6'i gespeist. Seine Drehzahl kann mittels des Widerstandes, 63, der mit der Feldwicklung 65 in Reihe liegt, eingestellt werden.
Wenn eine Naht geschweißt werden soll, wird der Druckknopfschalter 67 geschlossen. An Stelle des. Druckknopfschalters kann auch ein selbsttätiger Schalter treten, der sich schließt, sobald das Schweißmaterial herangeführt ist. Durch das Schließen des Schalters 67 wird eine Bürste 69, die den äußeren Ring 71 des Kommutators 57 berührt, mit einer Bürste 73 auf dem inneren Ring 75 des Kommutators über eine Spannungsquelle 77 und die Erregerspule 79 des Relais 59 verbunden. Der äußere und der innere Ring des: Kommutators stehen miteinander in metallischer Verbindu4g. Der innere Ring 75 ist auf seinem ganzen Umfang leitend, während der äußere Ring in ein leitendes Segment 81 und ein isolierendes Segment 83 geteilt ist. Wenn daher die Bürste 69 auf dem äußeren Ring 71 mit dem leitenden Segment 81 in Berührung steht, so zieht das Relais 59 an. Liegt dagegen die Bürste 69 auf dem Isoliersegment 83, so ist das Relais 59 auch bei geschlossenem Druckknopfschalter 67 abgefallen. Beim Schweißen einer Naht bleibt der Schalter 67 so lange geschlossen, wie es der Länge der Naht entspricht, und das Relais 59 zieht während dieser Zeit periodisch an und fällt wieder ab. Die Drehzahl des Motors 55 wird man im allgemeinen so einstellen, daß die Zeiträume, während deren das Relais angezogen und wieder abgefallen ist, mehrere Halbwellen umfassen. In manchen Fällen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, die Drehzahl so, zu wählen, daß immer nur eine einzelne Halbwelle geschaltet wird.
Das Relais 59 schließt, wenn es angezogen ist, die Kontakte 87, die unmittelbar zwischen den Zündelektroden 49 der beiden Entladungsstrecken 41 und 43 liegen. In dem Augenblick, in dem dieZündelektroden49 miteinanderverbunden werden, sind die Entladungsstrecken zwischen den Anoden 45 und den Kathoden 47 nicht leitend, und es, fließt Strom durch die Zündelektroden in der einen oder der anderen Richtung, je nachdem, welches Vorzeichen die Wechselspannung gerade besitzt. Wenn beispielsweise der obere Leiter 35 positiv ist, fließt der Strom durch den Leiter 89, die Kathode 47 und die Zündelektrode 49 des rechten Gefäßes 43, von dort aus über die Kontakte des Relais 59 zu der Zündelektrode 49 des linken Gefäßes und dann schließlich über die Kathode dieses Gefäßes und die Primärwicklung 33 des Schweißtransformators zurück zu dem negativen Leiter 37. Man erkennt, daß die Stromrichtung von der Zündelektrode zu der Kathode immer gerade in dem Entladungsgefäß vorhanden ist, dessen Anode gegenüber der Kathode gerade positiv ist. Das betrettende Gefäß wird dann also gezündet, sobald die Anodenspannung den hierfür ausreichenden Wert erreicht hat. Da der Zündstrom unmittelbar von der Wechselspannungsquelle abgeleitet wird, folgt der Spannungsabfall an den Zündelektroden 49 dem Verlauf der Wechselspannung und erreicht dementsprechend den zur Zündung notwendigen Punkt in einem Zeitpunkt der Halbwelle, der von den. gewählten Verhältnissen abhängt. Der Zündverzögerungswinkel kann durch entsprechende Bemessung der Zündelektroden oder durch Wahl der speisenden Wechselspannung für jede beliebige Bemessung der Zündelektrode eingestellt werden. Wenn beispielsweise eine bestimmte Zündelektrode für die Zündung annähernd ioo V benötigt, tritt die Zündung in demjenigen Zeitpunkt der Halbwelle auf, in dem der Augenblickswert der Wechselspannung aoo V beträgt.
Die Kontakte 87 des Relais 59 werden periodisch jeweils für ein Zeitintervall geschlossen, welches durch die Länge des leitenden Segments 8 1 und die Drehzahl des Motors 55 bestimmt ist. Jeder Schweißimpuls, der währenddessen fließt, besteht aus mehreren Teilimpulsen, von denen wiederum jeder nur aus einem Teil einer Halbwelle besteht und hinsichtlich seiner Länge von den Verhältnissen im Zündstromkreis abhängt. Die auftretenden. Verschiedenheiten in den einzelnen Schweißimpulsen sind dabei aus den Gründen, nur sehr gering.
Die Anordnung nach Fig. a ist der nach Fig. i sehr ähnlich. Hier sind jedoch noch zwei Gleichrichter 97 und 99, vorzugsweise Trockengleichrichter, vorgesehen, die zwischen die Zündelektroden 49 und die zugehörigen Kathoden 47 geschaltet sind. Die Durchlaßrichtung dieser Hilfsgleichrichter ist so gewählt, daß über sie kein Strom von der Zündelektrode zu der zugehörigen Kathode, jedoch unter Umgehung der Elektroden des Entladungsgefäßes. unmittelbar von der Kathode nach der Zündelektrode fließen kann. Die Gleichrichter 97 und 99 schützen die Zündelektroden, welche im Sinn der Löschung von Strom durchflossen werden, vor Zerstörung. Natürlich vermindern diese Gleichrichter auch den Zündverzögerungswinkel bei gegebener Charakteristik der Zündeinrichtung, worauf bei der Bemessung der Zündelektroden Rücksicht genommen werden muß.
Das Arbeiten der Punktschweißeinrichtun:g nach Fig. z wird durch das Einlegen des Druckknopfschalters ioi eingeleitet. Wenn; dieser Schalter geschlossen ist, verbindet sein oberer Kontakt 103 unmittelbar die Zündelektroden 49 miteinander. Es fließt dann durch eine der beiden Zündeliektroden Strom von demjenigen Leiter, der gerade positiv ist, zu dem negativen Leiter. Wenn beispielsweise der obere Leiter 35 gerade positiv und der untere negativ ist, so fließt ein Strom durch einen Kreis, der sich wie folgt zusammensetzt rechter Gleichrichter 99, Kontakt 103, die- gewöhnlich geschlossenen Kontakte i i i und 113 eines Zeitrelais 115, die Zündelelctro,de 49 des linken Gefäßes 41, Primärwicklung 33 des Schweißtransformators a5 und von dort zurück zudem Leiter 37. Auf diese Weise erhält die linke Zündelektrode 49 Spannung. Wenn diese den für die Zündung notwendigen Wert erreicht, wird das linke Gefäß 41 leitend, und es fließt Strom durch den Transformator 25; ein Strom der entgegengesetzten Polarität fließt während der anderen. Halbwelle durch das rechte Gefäß 43.
Beim Herunterdrücken des Schalters ro-i unterbricht sein unterer Kontakt 1a1 die Verbindung zwischen den festen Kontakten 1:23 und öffnet einen Kurzschluß; der bisher über die Spule 1a5 des Zeitrelais 115 bestand. Die Spule 125 erhält infolgedessen über den Strombegrenzungswiderstand 131 Strom. Das Relais 115 besitzt 'einen Anker 133, der an einem Ende 135 drehbar gelagert ist und eine Stellung einnimmt, die durch die einstellbare Exzenterscheibe 137 festgelegt ist. Die Zeitverzögerung des Relais 115 ist gegeben durch die Zeit, die notwendig ist, um den Anker 133 aus der gezeichneten Stellung heraus nach oben zu bewegen, bis zu einem Punkt, wo er ein Paar untereinander verbundene Blattfedern 139 berührt, die die beweglichen Kontakte 113 und 141 tragen.
Wenn die Spule 1z5 des- Relais, i 15 erregt wird, beginnt der Anker 133 sich aus seiner Ruhelage heraus zu bewegen. Nach Ablauf der Verzögerungszeit berührt er die Feder 139 und bewirkt dadurch eine Öffnung der normalerweise geschlossenen Kontakte i i i und 113, während sich die Kontakte 141 und 143 schließen. Durch die Öffnung der Kontakte i i i und 113 wird die Verbindung zwischen den Zündelektroden 49 gelöst, und der Strom durch die Ventile 41 und 43 wird unterbrochen, nachdem der Strom in dem Ventil, das zuletzt leitend war, durch Null hindurchgeht. Das Relais 115 wird dadurch in der erregten Stellung festgehalten, wobei der Anker 133 verhindert, daß die Kontakte i i i und 113 sich wiederum schließen und die Entladungsgefäße 41 und 43 wieder zünden.
Wenn der Anker 133 die Kontakte 1 i i und i 13 öffnet, ist ein Arbeitsgang zur Erzeugung eines einzelnen Schweißpunktes vollendet. Die Schweißung ist mehrere Halbwellen lang, und ihre Länge hängt ab von der Einstellung der Scheibe 137. Wenn der Schalter ioi geöffnet ist, wird die Spule 125 des Zeitrelais 115 kurzgeschlossen, und gleichzeitig wird der Zündstromkreis durch den oberen Kontakt 103 geöffnet. Es kann der nächste Schweißvorgangbeginnen. Beiden beidenbeschriebenen Ausführungsbeispielen werden: unerwünschte Abweichungen von S chweißung zu Schweiß ung dadurch verhindert, daß die Entladungsstrecken nur zwischen bestimmten Winkelgrenzen innerhalb- der Halbwellen gezündet werden können. .
Die Wirkungsweise der Erfindung ist in den Fig. 3 bis 19 näher erläutert. In Fig. 3 stellt die Sinuskurve 149 mit der kleineren Amplitude die Spannung der speisenden Spannungsquelle dar. Die Sinuskurve 151 mit der größeren Amplitude gibt den Verlauf - des stationären Stromes wieder, wenn die Belastung einen Leistungsfaktor von einer gewissen Nacheilung aufweist. Der Leistungsfaktorwinkel in jeder Halbwelle ist durchgängig durch das: Symbol 153 dargestellt. Die in Fig. 3 dargestellten stationären Stromkurven gelten erst dann, wenn, die Belastung bereits eine Zeitlang eingeschaltet gewesen ist. Fig. 4 zeigt den Zustand, welcher sich beim Einschalten der Belastung ergibt. Hier stellt die Kurve 155 den Strom dar. Es ist dabei vorausgesetzt, daß der Einschaltzeitpunkt ziemlich früh in der ersten Halbwelle der Spaltnung liegt. Man sieht, daß die erste Halbwelle 157 des Stromes zu einem Wert anste@igt, der beträchtlich größer ist als die Amplitude im stationären Zustand, und daß ihr nächster Nulldurchgang 159 später liegt, als es dem Leistungsfaktorwinkel entsprechen würde. Der Strom wird dann negativ und erreicht ein Maximum 163, das. niedriger liegt als im stationären Zustand. Die nächste positive Halbwelle ist bereits etwas kleiner als die erste Halbwelle 157. Dies wiederholt sich für eine Reihe von Halbwellen. Die, positiven Halbwellen nehmen dabei langsam ab, während die negativenHalbwellen größer werden, bis schließlich auf beiden Seiten der Nulllinie der stationäre -Zustand erreicht ist. Es fallen dann auch die Nulldurchgänge mit dem Leistungsfaktorwinkel zusammen. Eine Kurve, die wie die Kurve 155 in Fig. d. dem Punkt 177 vorangeht, in welchem der- stationäre Zustand erreicht ist, wird im allgemeinen als Einschaltkurve bezeichnet. Man erkennt, daß währenddessen wesentlich größere Ströme auftreten als im stationären Zustand.
Eine mathematische Analyse der Einschaltkurve zeigt, daß diese sich zusammensetzt aus der stationären Kurve und einer logarithmischen Funktion, die beim Erreichen des stationären Zustandes praktisch zu Null wird. Diese logarithmische Funktion ist in Fig. d. durch die punktierte Linie 179 dargestellt. Diese Kurve soll im folgenden als Dekrementkurve und die Zeit bis zur Erreichung des stationären. Zustandes einfach als Dekrement be- zeichnet werden.
Fig. 5 zeigt eine Einschaltkurve 181 und die zugehörige Dekrementkurve 183 für den Fall, daß der Einschaltzeitpunkt innerhalb der Halbperiode der Spannung verhältnismäßig spät liegt. Aus den Fig.4 und 5 geht hervor, daß die Höhe über oder unter der Zeitlinie, in welcher die Dekremen.tkurve beginnt, und damit das Dekrement selbst von elektrischen Winkeln zwischen dem Leistungsfaktdrpunkt und dem Einschaltpunkt abhängt. Da die Anlaufkurve gleich der Summe aus der stationären Stromkurve und der Dekrementkurve ist, so muß die maximale Höhe der Dekrementkurve gleich sein der Ordinate, welche der stationäre Strom beim Einschalten haben würde. Diese Ordinate ist ein Maximum in demjenigen Punkt, der dem Leistüngsfaktorpunkt um go° voreilt, und wird zu Null, wenn der Einschaltpunkt mit dem Leistungsfaktorpunkt zusammenfällt. Das gleiche gilt hinsichtlich der Zeitdauer des Anlaufvorganges.
Diese Verhältnisse zeigt Fig.6, in der nochmals die Wechselspannung und die stationäre Stromkurve aufgezeichnet sind. Außerdem sind mehrere Dekrementkurven 185, 1,97 und i 8g punktiert eingezeichnet, die verschiedenen Einschaltwinkeln entsprechen: Die obere Kurve i85 entspricht einer Einschaltung in einem Zeitpunkt, der dein Leistungsfaktorpunkt um 9ö° voreilt. Die unteren Kurven 187 und 189 gehören dementsprechend zu kleineren Winkelunterschieden. Je näher der Einschaltpunkt an dem Leistungsfaktorpunkt liegt, desto. kleiner wird die Dekrementkurve und dementsprechend die Anlaufzeit.
Die obige Analyse zeigt, daß, wenn eine Last mit einem gewissen Blindanteil aus einer Wechselspannüngsquelle gespeist wird, der Strom während der Anlaufzeit eine erhebliche Änderung erfährt, die von dem Winkel abhängt, in welchem innerhalb der Halbperiode der Spannung die Einschaltung erfolgt. In einem System, in welchem die Belastung ständig gespeist wird, wird der stationäre Zustand nach wenigen Halbperioden erreicht, und der Anlaufvorgang macht sich nicht allzusehr bemerkbar. Beim ,chweißen und insbesondere beim Punkt-oder Nahtschweißen liegen die Verhältnisse jedoch anders. Hier fließt der Strom nur eine geringe Anzahl von Halbwellen und wird darauf wiederum für eine weitere Zahl von Halbwellen gesperrt. Die gesamte Einschaltzeit liegt dabei etwa in der Größenordnung der Dekrementzeit, und dasselbe gilt auch für die Strompause. Beim Schweißen wird demgemäß der stationäre Zustand nur selten ereicht, so, daß der Anlaufvorgang von wesentlichem Einfluß ist.
Aus den vorhergehenden Betrachtungen geht weiterhin hervor, daß bei Verwendung der bisher üblichen asyncbronen Taktapparate einheitliche Verhältnisse beim Speisen des Schweißstromkreises nicht zu erreichen sind. Ein solcher asynchroner Schweißtakter schaltet die einzelnen Schweißimpulse zu ganz verschiedenen Zeiten innerhalb der ,Spannungshalbwelle ein, so daß sich ganz verschiedene Anlaufvorgänge ergeben. Damit ändert sich aber auch das Strom-Zeit-Produkt der*einzelnen Schweißimpulse, und es ergeben sich außerdem ganz verschiedene Maximalwerte für den Strom. Der letztgenannte Effekt bereitet ganz besondere Schwierigkeiten- bei der Schweißung sehr empfindlicher Materialien, wie z. B. von Aluminium. Aus den Fig.4 und 5 ergibt sich, daß die erste Stromhalbwelle nicht nur erheblich größer, sondern auch zeitlich länger ist als die folgenden. Die Energie, die dem Schweißmaterial während der ersten Halbwelle zugeführt wird und dem Flächeninhalt der Halbwelle entspricht, kann dabei um ein Vielfaches größer sein als die Energie einer Halbwelle im stationären Zustand. Versuche haben ergeben, daß dies zu schwerwiegenden Beeinträchtigungen der Schweißung führt, die sich darin bemerkbar machen, daß geschmolzenes Material weggeschleudert wird. Außerdem können Lichtbogenbildungen und in schweren Fällen sogar Explosionen. des Schweißmaterials auftreten.
Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung werden die Unterschiede in den Schweißstromhalb-wellen unterdrückt, und zwar dadurch, daß der Winkel, innerhalb dessen in der Spannungshalbwelle der Einschaltzeitpunkt liegen kann, eingeengt wird: Wie schon oben: erwähnt, muß die Spannung dieser Spannungsquelle zunächst den kritischen Wert erreichen, bevor die Zündung überhaupt eintreten kann. Wenn daher in Fig. i die Biirste 39 das leitende Kontaktsegment 8i sehr früh oder sehr spät innerhalb der Spannungshalbwelle erreicht, beginnt der Strom nicht- sofort zu fließen. Der Strom setzt erst dann ein, wenn die Spannung 'den Zündwert erreicht. Es gibt infolgedessen in jeder Halbwelle ein Gebiet, innerhalb dessen der Schweißstrom überhaupt nicht entstehen kann, auch wenn das Einschaltrelais 59 bereits angezogen hat. Das gleiche gilt für den Schließungsaugenblick des Schalters ior: .
In Fig.7 sind diejenigen Teile der Halbwellen, die für die Zündung ausgeschlossen sind, durch die schraffierten Flächen igi wiedergegeben. Es ist dabei_ angenommen, daß. die Verhältnisse zwischen der Zündspannung und der Spannung der Speisestromquelle so liegen, daß die Zündung erst bei einem Winkel von 3o° eintreten. kann. Dieser Winkel läßt sich .natürlich durch Wahl anderer Verhältnisse in weiten Grenzen verändern. Wie Fig. 7 zeigt, ist der Zündwinkel kleiner als der Leistungsfaktorwinkel. Aus diesem Grunde kann der Schweißstrom.- unter Umständen auch vor dem Leistungsfaktorwinkel eingeschaltet werden, und zwar dadurch, daß entweder das Relais 59 in Fig. i oder der Schalter ioi in Fig. 2 in einem Augenblick innerhalb der schraffierten Flächen i91 gesch'lössen wird. Trotzdem sind die Spannungsverhältnisse so, gewählt, daß der Anlaufvorgang nur geringen Einfluß bekommt und der Schweißstrom die erlaubte Grenze nicht überschreiten kann.
Die Änderungen in dem Stromfluß, die bei einer Anordnung gemäß der Erfindung eintreten können, wenn der Schweißstrom nur zwei Perioden lang fließt, sind in den Fig. 8 bis 13 dargestellt. In Fig. 8 ist mit toi die Spannungskurve bezeichnet. Die Ordinaten 203 und 2o5 entsprechen der Zündspannung. Die Ordinate 2o3 am Beginn der Halbwellen ist um den Zündwinkel gegen, über dem Nulldurchgang der Spannungskurve verschoben. Das gleiche gilt für die Ordinate 2o5 bezüglich des folgenden Nulldurchganges. Der Zündwinkel ist größer als der Leistungsfaktorwinkel angenommen.
Um zwei Perioden durchzulassen, -müssen die Zeitschalter 59, iiJ und r13 für eine Zeitspanne geschlossen werden, die, geringer ist als zwei Halbperioden. -Dies ist dadurch begründet, daß, wenn eines der Entladungsgefäße 41 oder 43 einmal leitend gemacht worden ist, dieses so lange stromdurchlässig bleibt, wie seine Anodenspannung zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens ausreicht. Es ist deshalb bei den Zeichnungen 8 bis 13 angenommen, daß die Schließungszeit für- die dargestellte Impulsdauer von vier Hallperiodep dreiundeinhalb Halbperioden beträgt. Der Zündwinkel beträgt etwa 6o°. Um die Größe der Stromimpulse für verschiedene Schließungszeiten der Schalter 85, i i und 113 miteinander zu vergleichen., sollen die Impulsgrößen bestimmt werden, die sich für die vier verschieden ausgeprägten Schließungszeitpunkte, dargestellt durch die Pfeile A, B, C und D im linken Teil der F!ig. 8 ergeben. Die Pfeile A, B, C und D auf der rechten Seite stellen die zugehörigen Endpunkte der Schließungszeiten der Kontakte dar. Diese Punkte sind voraussetzungsgemäß um dreiundeinhalb Halbperioden von den entsprechenden Einschaltpunkten auf der linken Seite entfernt. Der Strom ist in den Fig. 9 bis. 12 wiedergegeben:. Jede Figur trägt außerdem den Buchstaben desjenigen Ein- bzw. Ausschaltzeitpunktes, dem sie entspricht.
Wenn der Schließungszeitpunkt in, A liegt, so wird der Strom in einem der Entladungsgefäße 41 oder 43 in dem Zündwinkel eingeleitet, und da der letztere größer ist als der Leistungsfaktorwinkel, bleibt der Strom bis zu einem Punkt aufrechterhalten, der etwas früher liegt als der Leis.tungsfakto,rwinkel in der zweiten Halbperiode. Der Strom in der ersten Halbperiode ist durch die Kurve 2o7 in Pig.9 dargestellt. Sobald der Zündstromkreis q.9. bis 47 in dem linken Punkt A geschlossen, ist, bleibt er geschlossen bis zu dem, rechten Punkt A. Infolgedessen ist der Zündstromkreis bereits geschlossen, wenn die Zündspannung in der zweiten, dritten und vierten Halbperiode erreicht wird, und der Strom fließt -entsprechend den Kurven 2o9, 21i und 213. Die letzteren haben dieselbe Größe wie die linke Halbwelle 2ö7 und stellen Teilimpulse von gleicher Größe dar.
Wenii der Schließungszeitpunkt in B liegt, beginnt der Strom in der ersten Halbperiode etwas nach dem Zündwinkel zu fließen.. Die entsprechende Stromkurve eis in Fg. zo ist deshalb etwas kleiner als die Stromkurve 2o7, die .dem Zündwinkel entspricht, und schneidet auch die Achse 217 etwas früher. Sobald der . Stromkreis - in Punkt B geschlossen ist,, bleibt er so lange geschlossen, bis der rechte Punkt B_ erreicht ist, und -es Wird deshalb in derb zweiten, dritten und vierten Halbwelle der Strom jedesmal im Punkt des Zündwinkels einsetzen. Fig. io gibt die Größe der entsprechenden Stromhalbwellen an.
Da die Zündung im Punkt C wesentlich später in der ersten Halbwelle liegt als die Punkte A und B, sind die zugehörigen Stromhalbwellen erheblich kleiner, und der Strom hört auch früher auf zu fließen. Dieser Zustand ist durch- die linke Kurve 225 der Fg. i i dargestellt. Der Strom für die übrigen Halbwellen beginnt wiederum jedesmal in dem Zündwinkel, so daß für diese Halbwellen die Stromkurven die gleichen sind wie bei einer Schließung im Punkt A oder B. Die Ausschaltung erfolgt im Punkt C, der bereits in der fünften Halbwelle liegt. Da jedoch dieser Zeitpunkt vor dem Zündwinkel liegt, fließt in der fünften Halbwelle: kein Strom mehr.
Da die Zündung im Punkt D bereits in einem Zeitpunkt liegt, in dem die augenblickliche Spannung kleiner ist als. die: Zündspannung, fließt während dieser Halbwelle überhaupt kein Strom. In den übrigen Halbwellen ändert sich dagegen nichts gegenüber den vorherigen Beispielen. Da außerdem der rechte Punkt D noch etwas vor dem Zündwinkel in der fünften Halbwelle liegt, kommt auch während dieser Halbwelle kein Stromfluß zustande.
Fig. 13 zeigt ein Diagramm, welches den Stromfluß als eine Funktion des Schließungswinkels der Kontakte darstellt. In diesem Diagramm ist der Strom senkrecht in Einheiten entsprechend den Halbwellen in den Fig. 8 bis r2 aufgetragen; während in horizontaler Richtung die Schließungswinkel eingezeichnet sind. Die Schweißenergie richtet sich nach der Höhe der Stromhalbwellen und der Zeit, während welcher diese fließen. Infolgedessen gibt die Zahl der Stromwellen oder der Wellenteile in den Fig. g bis 12 die Größe des effektiven Schweißstromes an. Da sich der Schließungswinkel von Null bis zu dem Zündwinkel ändert und letzterer 6o9 ist, bleibt der Schweißstrom auf dem Wert von vier Einheiten konstant, wie es durch den linken Kurventeil24r dargestellt wird. Von dem Zündwinkel bis zu der vertikalen Linie 205, welche denjenigen Winkel bestimmt, innerhalb dessen vor dem Nulldurchgang keine Löschung eintreten kann, nimmt der Strom allmählich bis auf drei Einheiten ab, wie es der Kurventei1243 zeigt. Diese Abnahme erstreckt sich über einen Winkel von 6o°, so daß der Stromwert von drei Einheiten bei i2o° erreicht ist. Diese Größe behält der Strom zunächst konstant bei (Kurventeil 2q.5), bis die Beendigung der Schließungsperiode (rechte Punkte A, B, C und D) später eintritt als der Zündwinkel in der fünften Halbwelle. Die Länge der Schließungszeit ist dreiundeinhalb Perioden, d. h. drei Perioden -h go°. Der Zündwinkel liegt bei 6o°` in der fünften Halbperiode. Infolgedessen endet die Schließungszeit gerade in dem Zündwinkel der fünften Halbwelle, wenn die Schließungszeit drei Halbwellen -I- go° hinter der vierten Halbwelle -h 6o°' beginnt, d. h. 3o°' hinter dem Beginn der zweiten Halbwelle oder r5o° hinter dem Beginn der ersten Halbwelle. Bei einem Schließungswinkel von r5o° fließt der Strom nicht allein während der zweiten, dritten und vierten Halbwelle, sondern auch während der fünften Halbwelle. Während der fünften Halbwelle setzt der Strom in dem Zündwinkel ein, und deshalb hat der entsprechende Teilimpuls dieselbe Größe wie die Teilimpulse 233, -235 und 237 in Fig. 12. Ein vierter Teilimpuls, tritt zu den drei Teilimpulsen, die in Fig. 12 dargestellt sind, hinzu, und der Strom beginnt bei r5o° von neuem auf vier Einheiten anzusteigen. Der Strom bleibt sodann auf vier Einheiten 2q.7, bis der Zündwinkel in der zweiten Halbwelle erreicht ist, worauf der Strom in der gleichen Weise abnimmt wie bei dem Winkel von 6o°.
Eine Betrachtung der Fig. 8 bis 13 zeigt, daß die maximale Abweichung des Stromes 25% des Maximalwertes ist. Außerdem ist der Strom, wenn auch die Schließungszeitpunkte der Kontakte 85, irr und 113 über einen beträchtlichen Teil der Halbwelle verstreut liegen, im wesentlichen auf dem Wert von vier Einheiten konstant. Die geringste Stromgröße tritt nur für einen sehr geringen Bereich des Schließungswinkels auf. Da der Punkt, in welchem die Kontakte geschlossen werden, völlig von dem Zufall abhängt, zeigen die Fig. 8 bis 13, daß bei einer Einrichtung gemäß der Erfindung nicht nur die Stromänderungen auf einen geringen Bereich zusammengedrängt sind, sondern daß auch die Zahl der Schweißpunkte, für die die größte Abweichung Lyilt, vermindert wird. Die Abweichung kann noch weiter vermindert werden durch eine geeignete Auswahl der Schließungszeit. Die Schließungszeit von dreiundeinhalb Halbperioden, von der die Fig.8 bis 13 ausgingen, war mehr oder weniger willkürlich gewählt. Eine genaue Analyse der Verhältnisse zeigt, daß bei einem Zündwinkel von 6o° die Schließungszeit etwas größer sein sollte als dreiundeinhalb Perioden.
Es hat sich ergeben, daß für eine möglichst einheitliche Stromführung die Zeitschalter den Zündstromkreis q9 bis. 4.7 zweckmäßig für ein Zeitintervall geschlossen halten, welches, kleiner ist als die Zahl der Halbperioden, während deren Strom fließen soll, aber größer als eine Zeit, die sich ergibt, wenn man von der Zahl dieser Halbwellen eine abzieht und zweimal denjenigen Bruchteil einer Halbperiode hinzufügt, der dem von der Zündung ausgeschlossenen Winkel entspricht. Wenn somit ii die Zahl der Halbperioden ist, während deren der Strom fließen soll, und r derjenige Bruchteil der Halbperiode, der durch den Zündwinkel bestimmt wird, so ist die Zeit, während deren die Zeitschaltkontakte 85, 111 und 113 zweckmäßig für einen einzelnen Schweißimpuls geschlossen bleiben, kleiner als n Halbperioden, aber etwas größer als n - i -i- a r Halbperioden. Für einen Schweißimpuls von zwei Halbperioden würde demnach die Schließungszeit des Zündstromkreises 49. bis. 47 kleiner als vier Halbperioden, aber größer als 3 +@2 r Halbperioden sein. Da y im vorliegenden Fall ein Drittel ist, so beträgt die Schließungszeit vorzugsweise dreiundzweidrittel Halbperioden.
Die untere Grenzen - i ;- 2 r ist mit dem, Ziel gewählt, denjenigen Bereich von 3o°' zu eliminieren, welcher, wie die F'ig. 13 und 14 zeigen, zwischen dem Schließungswinkel besteht, bei welchem der Strom in der ersten Halbperiode nicht zustande kommt, und demjenigen Schließungswinkel, für den der Strom in der fünften Halbperiode beginnt. Der Strom fließt in der ersten Halbwelle, bis der Schließungswinkel die vertikale Linie 2o5 erreicht, die den zündungsfreien Winkel vor dem Nulldurchgang bestimmt. In diesem Punkt ist es wünschenswert, daß der Strom in der fünften Halbperiode fließt. Zu diesem Zweck muß die: Schließungszeit sein gleich drei Halbperioden -I- einem Zeitintervall entsprechend . dem zündungsfreien Winkel vor dem Nulldurchgang -I- dem Zeitintervall entsprechend dem Zündwinkel in der fünften Halbperiode. In dem besonderen Fall ist dies gleich drei Halbperioden d. h. = dreiundzweidrittel Halbperioden. Allgemein gesagt, wird für die Zuführung des Schweißstromes während n Halbperioden die-Bedingung dadurch erfüllt, daß die Schließungszeit gewählt wird zu n.- i Halbperioden -I- dem zündungsfreien Winkel - dem Zündwinkel. Wie oben bereits erwähnt, ist dies für eine Sinuswelle _ iL - i 'f 2 Y.
Man erkennt, daß, wenn die Schließungszeit genau n - i -I- 2 y Halbperioden ist, derjenige Kurventeil a45, der drei Einheiten entspricht, auf einen geringen Wert zusammenschrumpft. Fig. 13 zeigt ferner, da:ß die Ordinate des. Punktes., auf den der Kurvenast 243 abfällt, erhöht werden kann durch eine Verlängerung der Schließungszeit auf den obenerwähnten Wert. Die Wirkung hiervon ist jedoch, daß der Strom manchmal nur während der ersten und der fünften Halbperiode fließt. In einem solchen: Fall ist jedoch der Strom in der ersten Halbwelle verhältnismäßig klein. Für verschiedene Schweißaufgaben, sind verschiedene Schließungszeiten erforderlich. Macht man jedoch den Schließungswinkel kleiner als n: Halbperioden und größer als n - i °f- 2 r Halbperioden, so kann im wesentlichen jede Bedingung von einem verhältnismäßig roh eingestelltenHalbsynchronismus. bis zumexakten Synchronismus eingehalten werden. In der Anordnung nach F'ig. i kann die Schließungszeit über den notwendigen Bereich einfach durch Änderung des Feldwiderstandes.63 des Motors 55 geändert werden. In Fig. z geschieht das durch Verdrehen der Exzenterscheibe 137.
Z.u Fig. i ist noch zu bemerken, daß manchmal das, erste Schließen des Zeitschalters 59 stattfinden wird; wenn die Bürste 69. den äußeren Ring 71 des Kommutators 5.7 in einem Punkt zwischen den Enden des leitenden Segments 81 berührt. In diesem Fall kann natürlich der Stromwährend der ersten Berührungszeit für eine Anzahl von Halbwellen bestehenbdeiben, die: wesentlich kleiner ist als die, für die der Apparat entworfen ist. Da jedoch der Apparat zur Nahtschweißung bestimmt ist, ist der erste Stromimpuls von keiner erheblichen Bedeutung.
Während in F'ig. i ein asynchroner Zeitgeber wegen seiner niedrigen Kosten verwendet ist, kann auch ein synchroner Zeitgeber benutzt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Gleichstrommotor 55 durch einen Synchronmotor ersetzt werden und das Relais 59 und der Kommutator 57 durch -eine Exzenterscheibe, die mit dem Motor gekuppelt ist. In diesem Fall kann der Synchronmotor, ohne daß auf besondere Genauigkeit Wert gelegt werden muß, so eingestellt werden, daß er den Zündstromkreis innerhalb des zündungsfreien Winkels schließt, so daß die wiederholte Zufuhr einer bestimmten Anzahl von Halbwellen angenommen werden kann. Natürlich kann ein solcher synchroner Zeitgeber auch für Punktschweißung verwendet werden, wenn er entsprechend abgeändert wird.
In den Fig. 14 bis i9 ist der Stromverlauf für verschiedene, Schließungswinkel aufgetragen, und zwar gültig für einen Zündwinkel von 30°` und einen Leistungsfaktorwinkel vo:n 45°t Die obere Sinuslinie 249 stellt wiederum den Verlauf der Wechselspannung dar. Die vertikalen Linien 25, und 253 sind diejenigen Ordinaten, die der kleinsten Spannung entsprechen, bei welcher noch eine Zündung auftreten kann. Die Pfeile E, F, G und H auf der linken Seite bedeuten Schließungspunkte der Schalter 8.5, i i i und 113. Entsprechend bedeuten die: in gleicher Weise bezeichneten Pfeile auf der rechten Seite die Endpunkte der Schließungszeiten dieser Schalter. Im vorliegenden Fall beträgt die Schiließun:gsze it dreiundeinhalb Halbwellen. Das stimmt, wie man sieht, mit der oben angegebenen Formel überein. Wenn die Schließung sehr früh in derersten Halbwelle erfolgt, beispielsweise im Punkt E, beginnt der Strom in dem Zündwinkel und bleibt etwas länger als der Leistungsfaktorwinkel bestehen. Da dieser Punkt auch hinter dem Zündwinkel für die zweite Halbperiode liegt, bleibt der Strom auch noch während der zweiten Halbperiode bestehen. Der Strom während der ersten Halbperiode besitzt eine größere Amplitude als der stationäre Strom, während der zweiten Halbperiode ist die Amplitude dagegen kleiner als die des stationären Stromes, während die Amplituden während der dritten und vierten Halbwelle mit ihr übereinstimmen. Die Unterschiede sind allerdings nicht groß. Die vier Halbwellen 255, 257, -259 und 261 in Fig.15 geben, denStromverlauf für den Pünkt E wieder. In Fig. 16 zeigt die. Kurve 263 den Stromverlauf für eine Zündung, die später liegt als der Zündwinkel, aber früher als der Leistungsfaktorwinkel. Hier tritt wiederum ein kleiner Anlaufeffekt auf, wenn auch die Amplitudenabweichungen nicht sehr groß sind.
Fig. 17 zeigt die- Verhältnisse, die sich ergeben, wenn die Zündung kurz vor dem Beginn des zündungsfreien Winkels vor dem Nulldurchgang erfolgt. In diesem Fall besteht ein kleinerTeilimpuls 265 während der ersten Halbwelle, und auf diesen folgen während der nächsten zwei Halbwellen. Teilimpulse, bei denen sich der Anlaufeffekt bemerkbar macht, und darauf während der vierten und fünften Halbwelle zwei Teilimpulse mit der Amplitude des stationären Stromes. Der Strom in der fünften Halbwelle kommt dadurch zustande, daß das Ende der Schließungszeit, dargestellt durch den Punkt G, etwas später liegt als der Zündwinkel in dieser Periode.
Für den Punkt H, wo die Schließungszeit innerhalb des zündungsfreien Winkels vor dem Nulldurchgang liegt, fließt während der ersten Halbperiode kein Strom, sondern nur während der zweiten, dritten, vierten und fünften Halbperiode. Der Strom während der letzteren Halbperiode ist derselbe wie der Strom während der ersten, zweiten, dritten und vierten Halbperiode, wenn der Scbließungszeitpunkt vor dem Zündwinkel in der ersten Halbwelle liegt (Punkt E).
In dem in den Fig.8 bis 13 dargestellten Beispiel ist der Zündwinkel größer angenommen als der Leistungsfaktorwinkel. Häufig wird diese Bedingung in. der Praxis nicht erfüllt sein. Trotzdem wird der Bereich der Änderung des Schweißstromes, wenn auch der Zündwinkel wesentlich kleiner ist als der Leistungsfaktorwinkel, genügend eingeschränkt sein.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. -2o ist ähnlich aufgebaut wie das nach Fig. i, mit der Ausnahme, daß der Zündstromkreis über die Sekundärwicklung 277 eines Hilfstransformators 279 geschlossen wird. Der Transformator 279 wird vorzugsweise so angeschlossen, daß seine Sekundärspannung mit der Spannung, die ihm von der Spannungsquelle aufgedrückt wird, in Gegenphase ist. Wegen der sonstigen Übereinstimmung mit Fig. i ist lediglich der Schaltkontakt 85 des Zeitrelais 59 gezeigt. Wenn der Kontakt 85 die festen Kontakte 87 überbrückt, wird der mittels des Stufenschalters 283 abgegriffene Teil der Transformatorwicklung 277 in den Zündstromkreis eingeschaltet. Die gesamte Spannung, die dabei den Zündelektroden .I9 aufgedrückt wird, ergibt sich aus der Spannung der Wechselspannungsquelle abzüglich der Spannung des Transformators. Die Entladungsgefäße zünden dann abwechselnd jedesmal, wenn diese Differenzspannung den Zündwert erreicht.
Fig. 21 zeigt einen Arbeitszyklus der Anordnung nach Fig.2o. 285 stellt die Netzspannung und 287 die von dem Transformator 2; 9 gelieferte Spannung dar. Die Differen7spannung ist mit -289 bezeichnet. Die voll ausgezogenen Linien -29i sind die Ordinaten, die den Zündwert angeben. Der Zündaugenblick wird durch die gestrichelten Ordinaten 295 dargestellt, die die gleiche Höhe wie die Ordinaten 291 besitzen. Die Ordinaten 295 entsprechen infolgedessen dem wirklichen Zündwinkel, während die Ordinaten 29i den Zündwinkel angeben, welcher sich einstellen. würde, wenn der Transformator 279 nicht vorhanden wäre. Man erkennt, daß durch das Vorhandensein des Hilfstransformators 279 der Zündwinkel wesentlich vergrößert wird. Ohne Transformator wäre der Zündwinkel kleiner als der Leistungsfaktorwinkel, mit dem Transformator ist er jedoch wesentlich größer.
Eine weitere Einstellung, wie sie zur Regelung der durch den Schweißstrom erzeugten Erhitzung notwendig werden kann, kann dadurch erreicht «>erden, daß zwischen die Kontakte 87 und die Sekundärwicklung 277 eine Phasendreheinrichtung eingeschaltet wird. Dann können die Kurven 285 und 287 gegeneinander verschoben werden, so daß die Zündzeitpunkte in einem weiten Bereich einstellbar sind.
Die Erfindung wurde bisher immer für die Zwecke der Schweißung beschrieben. Sie kann aber auch für- andere Fälle angewendet werden. Im weitesten Sinne kommt die Erfindung auf die Regelung des Verstärkungsfaktors von Verstärkereinrichtungen hinaus, die mit Entladungsstrecken mit Tauchelektroden arbeiten.
111 Fig. 22 ist ein Anwendungsbeispiel der Erfindung für die Regelung der von einem Gleichrichter abgegebenen Leistung dargestellt. Eine Belastung 29.7 von irgendwelcher Art wird über einen Speisetransformator 299 über ein Paar Entladungsstrecken 301 und 303 mit Gleichstrom versorgt. In dem Gleichstromkreis liegt die Erregerwicklung 313 einer regelbaren Drosselspule 315. Die Zündelektroden 3o9 der Entladungsgefäße sind an die Sekundärwicklungen 317 und 3i9 eines Hilfstransformators 32,1 über die zugehörigen Kathoden 307 und die entsprechenden, Wechselstromwicklungen 323 und 325 der Drosselspule 315 angeschlossen. Die Drosselspule 315 enthält außerdem eine Vorerregungs-wicklung 327, die von der Gleichstromquelle 329 über den Regelwiderstand 331 gespeist wird. Dieser Regelwiderstand wird so eingestellt, daß die Drosselspule 315 bis zu einem bestimmten Wert vorerregt ist, wobei` die Richtung der Vorerregung der durch den Gleichstrom hervorgerufenen Erregung entgegengesetzt ist.
Wenn sich der Strom durch die Gleichstromerregerwicklun.g 313 der Drosselspule ändert, ändert sich auch die Sättigung der Drosselspule 315 und damit die Induktivität ihrer Wechselstromwicklungen 323 und 325. Die den Zündelektroden aufgedrückte Spannung ändert sich entsprechend. Infolgedessen hängt der Zeitpunkt, in dem die Entladungsgefäße gezündet werden, von der Größe des Belastungsstromes ab, und zwar erfolgt bei wachsendem Gleichstrom eine Verspätung und mit sinkendem Gleichstrom eine Verfrühung der Zündzeitpunkte.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist in Fig. 23 dargestellt. 333 ist die Wechselspannung. 335 ist die Spannung an den Zündelektroden für einen bestimmten Belastungswert. 337 entspricht einem anderen höheren Belastungswert. Die vertikalen Linien 339 und 341 entsprechen einer bestimmten Zündspannung. Man sieht, daß bei geringerem Belastungsstrom die Zündung früher erfolgt als bei kleinerem Strom.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist vorausgesetzt, daß die Entladungsgefäße durch Wechselstrom oder durch Strom versorgt werden, der sich periodisch ändert. Die Erfindung kann jedoch auch inFällen.angewendet werden., in welchen die Entladungsgefäße aus einer Gleichspannungsquelle gespeist werden. So ist z. B. in Prüfapparaten häufig nötig, ein Entladungsgefäß zu zünden, wenn eine zu messende Spannung der Zündelektrode aufgedrückt wird. Die Anodenspannung des Entladungsgefäßes kann dabei eine Gleichspannung sein. Die Charakteristik der Zündelektrode wird so gewählt, daß, wenn die zu messende Spannung einen kritischen Wert erreicht, das Entladungsgefäß leitend wird und sich selbst in dem leitenden Zustand hält, bis es. künstlich wieder außer Betrieb gesetzt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Punkt- oder Punktnahtschweißeinrichtung mit steuerbaren Gas.- oder Dampfentladungsgefäßen als: Schalter für den Schweißstrom und einer asynchron arbeitenden Hilfsschalteinrichtung im Steuerkreis der Entladungsgefäße. zur Bestimmung des Schweißtaktes, dadurch gekennzeichnet, daß der. Verlauf der Steuerspannungen in bezug auf die Anodenspannungen und die Zündcharakteristik der Entladungsgefäße so gewählt ist, daß nach dem Beginn und vor dem Ende jeder positiven Anodenspannungshalbwelle ein bestimmter Zeitbereich entsteht, innerhalb dessen die an die Steuerelektroden angelegte Steuerspannung keine Zündung der Entladungsstrecken bewirken kann.
2. Schweißeinrichtung nach Anspruch i mit Entfadungsgefäßen, die durch ständig in die Kathode tauchende Zündelektroden gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünd's.pannung eine vorzugsweise mit der Anodenspannung phasengleiche Wechselspannung ist und die Elektroden so. bemessen sind, daß erst bei einem höheren Augenblickswert dieser Zündspannung die Zündung erfolgt.
3. Anordnung nach den Ansprüchen i und 2 mit gegensinnig parallel geschalteten Entladungsgefäßen, die durch in die Kathode tauchende Zündelektroden gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die taktgebende Schalteinrichtung in einer Verbindungsleitung zwischen den Zündelektroden der beiden. Gefäße liegt. q.. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen die Zündelektroden der beiden Gefäße eine der Speisespannung entgegenwirkende Zusatzspannung eingeführt wird. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 3 und q., dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kathode und die Zündelektrode jedes Gefäßes Hilfsventile mit der Durchlaßrichtung Kathode-Zündelektrode geschaltet sind. 6. Anordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zündungsfreien Winkel von r Bruchteilen der Halbwellen zur Erzeugung von Schweißimpulsen von etwa n Halbwellen Dauer die taktgebende Schalteinrichtung so eingestellt ist, daß ihre Einschaltzeit jeweils kleiner als za Halbwellen, aber größer als n- i +:2 r Halbwellen ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden: Britische Patentschrift Nr. 437 4o4.