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Elektrische Halbwellen-Punktschweißung mit Hilfe eines gittergesteuerten
Entladungsgefäßes Für die Punktschweißung gewisser Metalle, insbesondere für sehr
dünne Metallbleche, sind Schweißeinrichtungen erforderlich, bei denen der Schweißstromkreis
nur während höchstens einer Halbwelle der Wechselspannung an das speisende Wechselstromnetz
angeschlossen ist.- Es ist vorgeschlagen worden, zu dem Zweck den Schweißtransformator
über ein einanodiges, gittergesteuertes Gas- oder Dampfentladungsgefäß mit lichtbogenartiger
Entladung, beispielsweise ein gittergesteuertes. Glühkathoden - Quecksilberdampfentladungsgefäß,
an .eine Wechselstromquelle anzuschießen und die dem Steuergitter dieses . Entladungsgefäßes
zugeführte Gitterspannung so zu bemessen, daß das Entladungsgefäß nur während höchstens
einer Halbwelle der Wechselspannung leitend ist. Gegenstand der Erfindung ist einte
für den Steuerstromkreis des Entladungsgefäßes bestimmte Steuerungsanordnung, die
in besonders: einfacher und zweckmäßiger Weise die vorstehend angegebene Steuerungsbedingung
erfüllt.
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Die Erfindung geht von einer Halbwellen-
Punktsch-,ceißeinrichtung
aus, bei der der Schw--ißstromkreis nur in einer bestimmten Stromrichtung über ein
einanodiges, gittergesteuertes Gas- oder Dampfentladungsgefäß an eine Wechselspannungsquelle
angeschlossen ist, und bei der nach dem Schließen eines den Schweißvorgang einleitenden
Hilfsschalters die Gitterspannung des Entladungsgefäßes derart geändert wird, daß
eine durch Zündpunktverschiebung in ihrer Dauer veränderliche, aber höchstens während
einer Halbwelle der speisenden Wechselspannung bestehende Entladung ausgelöst wird.
Erfindungsgemäß wird eine solche Halbw-ellen-Punktschweißeinrichtung dadurch verbessert,
daß zwischen das Steuergitter und die Kathode des Hauptentladungsgefäßes ein Widerstand
geschaltet ist, an dessen Klemmen die Reihenschaltung aus einer Gleichstromquelle
und einem Hilfse-ntladungsgefäß angeschlossen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung ist mit der Gleichstromquelle und dem Hilfsentladungsgefäß nach
ein Kondensator in Reihe geschaltet, der über das Hilfsentladungsgefäß aus der Gleichstromquelle
aufgeladen wird, so daß an dem im Gitterkreis des Hauptentladungsgefäß-es liegenden
Widerstand eine die Zündung des Hauptentladungsgefäßes bestimmende Spannung erzeugt
wird.
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Punktschweißeinrichtungen, bei denen ein den Zeitpunkt der Einschaltung
des Hauptentladungsg.efäßes bestimmendes gas- oder dämpfgefülltes Hilfsentladungsgefäß
verwendet wird, sind an sich bekannt. Im Gegensatz zu der Erfindung liegt bei einer
solchen bekannten Schaltung die Gleichspannungsquelle, deren Stromkreis über das
Hilfsentladungsgefäß geschlossen wird, selbst im Gitterkreis des zu steuernden Hauptentladung
sgefäßes. Bei der bekannten Anordnung dient das Hilfsentladungsgefäß als Schalter,
um eine Spannungsquelle, «-elche in der Verbindungsleitung zwischen Steuergitter
und Kathode des Hauptentladungsgefäßes liegt, einzuschalten und um dadurch die Gleichspannungsquelle
an dem Steuergitter wirksam -,cerden zu lassen. Im Gegensatz dazu verwendet die
Erfindung den indirekten Weg derart, daß nur ein Teil des über das Hilfsentladungsgefäß
geschlossenen Stromkreises, nämlich ein Widerstand, in den Gitterkreis geschaltet
wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß wesentlich steilere Spannungsspitzen
im Gitterkreis des Hauptentladungsg°fäßes erzeugt «-erden können, insbesondere wenn
man gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung den Stromkreis des Hilfsentladungsgefäßes
durch 4 einen Transformator mit dem Gitterkreis des i Hauptentladungsgefäßes koppelt.
Bei der Steuerungsanordnung nach der Erfindung kann die Spannungsspitze, welche
das Hauptentladungsgefäß zündet. nach Anstiegsgeschwindigkeit und Amplitude den
Erfordernissen der zu steuernden Hauptentladungsstrecke besser angepaßt «-erden.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung und weitere durch die Erfindung
erzielbare Vorteile seien an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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In Fig. i ist der Schweißtransformator i über ein gittergesteuertes
Glühkathodenentladungsgefäß mit Gas- oder Dampffüllung, beispielsweise ein Quecksilberdampfentladungsgefäß
2. an ein Wechselstromnetz 3 angeschlossen. In dem Gitterkreis des Entladungsgefäßes
2 liegen zwei Widerstände und ;, die über einen Gleichrichter 6 an eine Wechselspannung
angeschlossen sind. Der Spannungsabfall dieser beiden Widerstände erzeugt in dem
Gitterkreis eine unveränderliche negative Vorspannung.
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Weiterhin liegt in dem Gitterkreis des Entladungsgefäßes 2 ,--in Widerstand
g. Dieser ist an dieSekundärwicklungeinesTransformators ii angeschlossen. dessen
Kern hoch gesättigt ist, und der eine gleichstromgespeiste Erregerwicklung i i i
und ,eine wechselstromgespeiste Erregerwicklung 112 besitzt. Die letztere Wicklung
ist über eine Drosselspule 1.4 an eine Wechselspannungsquelle 12 angeschlossen.
Durch die Drosselspule 14 wird in der Erregerwicklung 112 ein Wechselstrom gleichbleibender
Kurvenform, vorzugsweise ein drei-eckförmiger Strom, erzwungen. An der Sekundärwicklung
113 tritt eine Spannungsspitze auf, deren Phasenlage gegenüber der Spannungsquelle
12 aus nachstehend noch näher zu erläuternden Gründen mit Hilfe eines Kondensators
13 verschoben wird. Die Gleichstromerr,°gerwirklung i i i ist in bekannter `''eise
unter Vorschaltung eines regelbaren Widerstandes -2 j über einen Gleichrichter
1 5 an die Wechselspannung angeschlossen. Die an dem Widerstand g auftretende Spannungsspitze
und die negative Spannung der beiden Widerstände d. und 5 sind so bemessen, daß
die Spannungsspitze des Widerstandes g nicht ausreicht, um das Entladungsgefäß 2
zu zünden.
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-Um das Entladungsgefäß 2 während höchstens einer Halbwelle freizugeben,
ist in den Gitterkreis ein weiterer Widerstand io geschaltet. Parallel zu diesem
Widerstand liegt ein Gleichstromkreis, in den ein Hilfsentladungsgefäß 16, eine
Drosselspule 20, eine Gleichspannungsquelle ig und ein Kondensator 21 geschaltet
sind. Als Gleichspannungsquelle dient in dem Ausführungsbeispiel der Spannungsabfall
eines Widerstandes ig, der über .einen Gleichrichter 17 an eine Wechselspannungsquelle
18 angeschlossen ist. Das Hilfsentladungsgefäß
16 ist ebenso
wie das Hauptentladungsgefäß 2 ein Entladungsgefäß mit Gas- oder Dampffüllung und
lichtbogenartiger Entladung. Zweckmäßig - wird ein Bittergesteuertes Glühkathödenrohr
mit Quecksilberdampffüllung verwendet.
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Im Gitterkreis des Hil.fsentladungsge@fäßes 16 liegt eine an dem Widerstand
5 abgegriffene negative Sperrspannung und .eine an dem Widerstand 24 auftretende
Spannungsspitze, die von einem Transformator 25 .erzeugt wird. Dieser Transformator
Ist ebenso, wie der Transformator i i mit - einer Gleichstrorna.rregerwcklung
251 und einer Wechs@elstromerregerwicklung 252 ausgerüstet. Im Stromkreis.
der Sekundärwicklung 253 liegt ein Hilfsschalter 26, durch den der Schweißvorgang
eingeleitet wird: -Dieser Schalter steht mit den Kontakten 23 derart in Verbindung,
daß die Kontakte 23 (Ruhekontakte) geschlossen sind, wenn der Schalter 26 (Arbeitskontakt)
geöffnet ist und umgekehrt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. i ist fal@gen.de-: Solange
der Schalter 26 geöffnet und dementsprechend die Kontakte 23 geschlossen sind, sind
beide Entladungsgefäße 2 und 16 gesperrt. Im Gitterkreis des Entladungsgefäßes 2
wirkt die negative Sperrspannung der beiden Widerstände 4 und 5 und die Spannungsspitze
des Widerstandes 9, die jedoch nicht ausreicht, um die Sperrung des Entladungsgefäßes
2 aufzuheben. Im Gitterkreis des Entladungsgefäßes 16 wirkt die Sperrspannung des
Widerstandes 5, durch- die das Entladungsgefäß 16 an der Zündung verhindert wird.
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Zum Einleiten des Schweißvorganges wird der Schalter 26 geschlossen.
ImGitterkreis des Entladungsgefäßes 16 tritt die Spannungsspitze auf, welche durch
den Transformator 25 an dem Widerstand 24 erzeugt wird; und zündet das Entladungsgefäß
16. Der Zeitpunkt dieser Zündung hängt vdn der Einstellung eines Widerstandes 27
ab, welcher im Gleichströmerregerkreis der beiden Transformatoren i i und z5 liegt.
Die Spannungsspitze des Widerstandes 24 kann dadurch in ihrer Phasenlage gegenüber'der
Spannung des speisenden Wechselstromnetzes 3 innerhalb - des Bereiches einer Halbwelle
verschoben werden. Die Wechselspannung 12 für diebeiden Transförmatören. r i und
25 kann dabei dem Wechselstromnetz 3 -entnommen werden, -zumindest aber muß eine
bestimmte unveränderliche Phasenbeziehung zwischen -den -Spannungen 3 und 12 bestehen..
Nach dem- Einlegen des Schalters 26 wird somit das Hilfsentladungsgefäß 16 in dem
Augenblick gezündet; in dem an der Sekundärwicklung 253 des- Transformators 25 -die
Spannungsspitze auftritt.
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Beim Zünden des Hilfsentladungsgefäßes 16 wird über den-Widerstand
io, das Entladungsgefäß' 16, -die Drosselspule 2o, den Widerstand i9 und den Kondensator
21- ein Gleichstromkreis geschlossen, über den der Konden:sator2i aufgeladen wird.
Im Augenblick des Einschalters tritt im Widerstand io eine Spannungsspitze- auf,
deren Phasenlage durch die Spannungsspitze im Gitterkreis des Entladungsgefäßes
16 bestimmt ist. Im Gitterkreis des Hauptentladungsgefäßes 2 wirken jetzt zwei Spannungsspitzen,
und zwar an den Widerständen g und io. Die Summe -dieser -beiden Spitzen ist so
bemessen, daß sie die negative Spannung der Widerstände 4 und 5 so weit überschreitet,
daß das Entladungsgefäß 2 gezündet wird. Der Stromkreis des Schweißtransformators
r wird dadurch Beschlössen, und es brennt bis zu dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs
des Stromes des Wechselstromnetzes 3 in dem Entladungsgefäß ein Lichtbögen, dessen
Zeitdauer ein Maß ist für die dem Schweißstromkreis zugeführte Energiemenge.
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Die Spannungsspitze im Widerstand io nimmt unmittelbar nach dem Zünden
des Entladungsgefäßes 16 in dem Maße ab, in dem der mit diesem Entladungsgefäß in
Reihe geschaltete Kondensator 21 aufgeladen wird. Sobald der Ladevorgang beendet
ist, ist die Spannung am Widerstand io abgeklungen, und das Entladungsgefäß i-6
verlischt, weil die treibende Anodenspannung fehlt. Das Entladungsgefäß 16 bleibt
dabei gesperrt, auch wenn der Hilfsschalter 26 im Sekundärstromkreis des Transformators
25 noch längere Zeit geschlossen gehalten wird. Eine Neuzündung des Entladungsgefäßes
16 kann erst erfolgen, wenn der Kondensator 21 über den Parallelwiderstand 22 entladen
ist, und das ist erst möglich, wenn der Hilfsschalter 26 geöffnet und dadurch die
Hilfskontakte 23 geschlossen sind.
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Die Gitterspannung des Hauptentiadungsggefäßes 2 i-st, wie aus. vorstehendem
hervorgeht, zusammengesetzt aus einer unveränderlichen negativen Gleichspannung
der Widerstände 4und 5 und, einer dieser Gleichspannung entgegenwirkenden, also
positiv gerichteten Spannungsspitze, die abhängig von dem Zündvorgang bzw. Entladungsvorgang
des Hilfsentladungsgefäßes 16 geändert wird. Diese Änderung erfolgt so; däß nur
während einer kurzen Zeit die Zündbedingung für das Haupt= entladungsgefäß 2 erfüllt
ist, und zwar nur einmal während - der Einschaltung des Hilfsschalters 26. -Von
besonderem Vorteil ist es, die eine der beiden Spannungsspitzen im Gitterkreis des
Entladungsgefäßes ,2 für eine etwas größere Zeitdauer zu bemessen als die andere.
In den Stromkreis des, -Hilfsentladungsgefäßes 16 ist
zudem Zweck
die Drosselspule 2oeingeschaltet, die die Spannungsspitze des Widerstandes io etwas
verbreitert und in ihrem Höchstwert abflacht. Weiterhin ist zur Erhöhung der Sicherheit
und Genauigkeit der Zündung des Hauptentladungsgefäßes 2 die Spannungsspitze des
Widerstandes 9 zeitlich etwas gegenüber der Spannungsspitze des Widerstandes io
verschoben.
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In Fig.2 ist die Wirkungsweise im Diagramm dargestellt. Im Zeitpunkt
t, wird das Hilfsentladungsgefäß 16 durch die Spannungsspitze des Transformators
25 gezündet. Etwas später, im Zeitpunkt t.., tritt die Spannungsspitze an dem Widerstand
9 im Gitterkreis des Hauptentladungsgefäßes 2 auf. In diesem Augenblick hat die
Spannung am Widerstand 1o ihr Maximum erreicht, und die Summe der Spannungen an
den Widerständen io und 9 wird kurzzeitig so groß, daß die Sperrspannung E des Entladungsgefäßes
2 überschritten ist. Im Zeitpunkt t., wird somit der Stromkreis des Schweißtransformators
geschlossen.
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Das in Fig.3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung stimmt
mit der Schaltung nach Fig. i zum großen Teil überein. Es sind daher in Fig. 3 für
entsprechende Schaltungsteile die gleichen Bezugsziffern gewählt. Der Unterschied
zwischen den beiden Schaltungen besteht darin, daß bei der Schaltung nach Fig. 3
der Widerstand 9 im Gitterkreis des Hauptentladungsgefäßes 2 und der zugehörige
Transformator i i fehlen. Außerdem fehlt im Stromkreis des Hilfsentladungsgefäßes
16 die Drosselspule 20.
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Die veränderliche Spannungsspitze, welche der negativen Gleichspannung
der beiden Widerstände.I und 5 im Gitterkreis des Hauptentladungsgefäßes 2 entgegenwirkt,
wird bei der Schaltung der Fig. 3 nur von .der Spannung des Widerstandes io geliefert.
Dieser Widerstand und die ihn speisende Gleichspannungsquelle am Widerstand i9 sowie
der Kondensator 21 sind so bemessen, daß beim Zünden des Hilfsentladungsgefäßes
16 am Widerstand io eine Spannungsspitze auftritt, die zum Zünden des Hauptentladungsgefäßes
2 ausreicht. Der Zeitpunkt dieser Spannungsspitze wird wiederum bestimmt durch den
Zeitpunkt der Spannungsspitze im Sekundärkreis des Transformators 25, welcher im
Gitterkreis des Hilfsentladungsgefäßes 16 liegt. Nach dem Zünden des Hilfsentladungsgefäßes
16 nimmt die Spannung des Widerstandes io steil ab, weil der Kondensator 21 aufgeladen
wird. Dem Entladungsgefäß 16 wird damit die Anodenspannung genommen. Der Lichtbogen
in diesem Entladungsgefäß erlischt, auch wenn bei geschlossenem Hilfsschalter 26
weiterhin die Spannungsspitzen an dem Widerstand 2.I im Gitterkreis des Entladungsgefäßes
16 auftreten. Ebenso wie bei der Schaltung der Fig. i kann ein neuer Schweißvorgang
erst dann ausgelöst werden, wenn durch Schließen der Hilfskontakte 23 der Kondensator
21 im Stromkreis des Hilfsentladungsgefäßes 16 entladen ist.
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Zu den beiden Schaltungen der Fig. i und 3 sei noch bemerkt, daß der
Widerstand io auch durch induktive Ankopplung in den Gitterkreis des Hauptentladungsgefäßes
2 geschaltet werden kann. An die Stelle des Widerstandes io wird dann ein Transformator
geschaltet, dem primär- und sekundärseitig ein Widerstand parallel geschaltet ist.
An die Sekundärwicklung ist der Stromkreis angeschlossen, in dem das Hilfsentladungsgefäß
16, die Gleichspannungsquelle i9 und der Kondensator 21 liegen. Diese Anordnung
hat den Vorteil, daB die Höhe der Spannung der Gleichstromquelle 19 begrenzt bleiben
kann. Der zwischen den Hilfsstromkreis und den Gitterkreis des Hauptgefäßes 2 geschaltete
Transformator sorgt dafür, daß der beim Zünden des Hilfsentladungsgefäßes 16 erzeugte
Spannungsstoß einen Wert annimmt, der für die Zündung des Hauptentladungsgefäßes
2 ausreicht. Der zwischen den Stromkreis des Hilfsentladungsgefäßes 16 und dein
Gitterkreis des Hauptentladungsgefäßes 2 geschalteteTransformator muß so bemessen
sein, daß ein aperiodischer Schwingungskreis entsteht. Diesem Zweck dienen die zu
den Transformatorenw icklungen parallel geschalteten Widerstände.