-
Anordnung zur Anschnittsregelung bei wechselstromgespeisten Zündstiftentladungsgefäßen
Bei der Verwendung gesteuerter Entladungsgefäße für die Ein:- und Ausschaltung von
Widerstandspunkt- und Nahtschw eißmasc'hinen wird üblicherweise die Steuerwirkung
der Röhren in doppelter Hinsicht ausgenutzt. Die Steuergitter dienen einmal zur
präzisen unverzögerten Ein- und Ausschaltung der Schweißströme für eingestellte
kurze Zeiten bei der Punktschweißung oder in einem vorgegebenen Takt in ganzzahligen
Periodendauern der speisenden Netzfrequenz mit Hilfe eines mechanisch oder elektrisch
aufgebauten Taktgebrs. Ferner wird innerhalb der Zeiten, wo die Gefäße den Stromfiuß
des Netzes in der bekannten Antiparallelschaltung zur Maschine freigeben, der Einsatz
der beiden Stromhalbwellen in jedem Gefäß zusätzlich gesteuert, um mit dieser sogen@anniten
Anschnittsregelung auch die Größe des Schweißstromes verlustlos und stufenlos einstellen
zu können.
-
Die einfachste Schaltung für die Ein- und Ausschaltung einphasiger
Wechselstroinverbraucher mit Hilfe der hierfür besonders geeigneten Zündstiftentlad,ungsgefäße
(bekannt unter dem geschützten Warenzeichen »Ignitron«) ist das sogernannte Ignitronschütz
(s. Fig. z). Mit Hilfe einer aus: Trockengleichrichtern z bis q. aufgebauten Anordnung
werden zwei elektrische Weichen geschaffen, die die Zündströme für die Stifte der
beiden
Gefäße 5, 6 über einen einzigen --einemsamen mechanischen Schalter -7 führen, dessen
Betätigung also' das Zünden der Gefäße ermöglicht und damit die Einschaltung bewirkt,
während die Öffnung dieses Schalters den. Hauptstrom am Ende der nächsten Halbwelle
automatisch erlöschen läßt.
-
Die Anodenleitungen der beiden Gefäße 5, 6 führen zum Verbraucherkreis.
Der Betätigungsschalter 7 isst schematisch als Druckknopf gezeichnet, seine tatsächliche
Ausführung wird später beschrieben. -Beim Betrieb dieser Schaltung ergeben sich
die in, Fig. 2 dargestellten Betriebskurven: Darin bezeichnet u die Netzspannung,
i den Netzstrom, ug die Gefäß..spannung; tj, die Dauer der Kontakt= . betätigung
und ik den Kontaktstrom. Diese Schaltung des Ignitronschützes hat neben anderen
den Vorteil großer Einfachheit, außerordentlicher Betriebssicherheit und bester
Übersichtlichkeit, so daß angestrebt wird, ein Gerät, das die dazugehörigen Teile
erhält, als Bauelement für die verschiedensten Widerstandsschweißiaufgaben vorzusehen.
Mit entsprechenden, genauen Zeitgebern für die Betätigung des Kontakts 7 lassen
sich mit Hilfe eines solchen Ignitronschützes reproduzierbare Genauigkeiten in der
Stromdosierung für Widerstandsschweißmaschinien erzielen, die mit keinem mechanisch
betätigten Schütz im Hauptstromkreis möglich sind. Allerdings muß an den mechanischen
Betätigungsschalter des Zeitgebers, der an der Zünd leiturig liegt, die Forderung
gestellt werden, däß seine Schließung mit Phasengenauigkeit erfolgt, um beim Einschalten,
Überströme zu vermeiden. Die Öffnung der Kontakte des Zeitgebers kann innerhalb
eines größeren Bereichs erfolgen, da für sie :die ganze Zeit zwischen Zündung und
Ende einer Stromhalbwelle, also mindestens 15o° e1. zur Verfügung stehen.
-
Für die Steuerung der taktmäßig ein- und ausgeschalteten Ströme bei
.der Widerstandsnahtachweißung werden in der modernen Technik vorwiegend mechanisch
betätigte Elemente in Form von Nockenscheiben oder insbesondere in Form von sogenannten
IC-ettenschaltwerken verwendet. Diese benutzen, eine um ein Glied je Periode synchron
zum Netz bewegte Kette, die durch Aufsetzen von Schaltrollen oder Nocken einen Kontakt
für eine nach Wunsch wählbare Zeit von Perioden einschaltet. Je nach der mechanischen
Schaltwerkskonstruktion bleibt der Kontakt für die Durchlaufdauer der unbesetzten
bzw. mit Nocken besetzten Kontaktglieder geschlossen oder geöffnet, so daß er mit
diesen Elementen auch für taktmäßige Ein- und Ausischaltungen bei Nahtschweißüng
oder für Vielfachpunktschweißungen geeignet ist. Das Ignitronschütz erlaubt aber
nicht die phasenmäßige Aussteuerung oder Anschnittsregelung der Stromhalbwellen
durch zwangsweise S:päterverlegung der Zündpunkte für die beiden 1Ialbwellern. 'Die
bisher für diese Lösung verwendetem Hilfsmittel, insbesondere Röhren mit Gittersteuerung
und Phasenreglern (Phasenschwenkanordnungen), würden einen, erheblichen Mehraufwand
in der Gesamtsteuerung bedingen und scheiden daher vielfach aus wirtschaftlichen
Gründen aus.
-
Die vorliegende E,rfindung gibt einen Weg an, ohne nennenswerten technischen
Mehraufwand bei solchen Taktsteuerungen für Nahtschweißung und Vielfachpunktschweißungen
auch den Phasenanschnitt bei der üblichen einfachen Ignitronschützschaltung möglich
zu machen.
-
Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß ein mechanischer, mit
der doppelten Frequenz des Netzes betätigter Kontakt mit einer Kontaktdauer @.-oü
etwa zweimal 3o bis 4o° e1., von einem Synchronmotor angetrieben, in die Schaltleitung
des Ignitrons, gegebenenfalls zusätzlich zu weiteren Steuer- und Betätigungselementen,
eingeschleift wird. Bei Anordnungen für Punkt- oder Nahtschweißungen mit einem Programmgeber
in Form eines Kettenschaltwerl@es dient zweckmäßig der als Synchronmotor ausgebildete
Antriebsmotor des Programmgebers gleichzeitig zum Antrieb des Phasenkontakts, der
mit dem Programmkontakt in Reihe geschaltet ist. Dieser Synchronmotor wird erfindungsgemäß
an seinem zweiten Wellenende mit einem kleinen Hilfsnocken ausgerüstet, der ähnlich
den in der _1#,utomobilindustrie für Unterbrecherkontakte und ähnliche Aufgaben
verwendeten Elementen ausgeführt ist. Der Nocken, der diesen Kontakt betätigt, ist
so ausgeführt,@daß die Kontzktbewegung mit der doppelten Frequenz des speisenden
Netzes erfolgt. Bei einem i5ootourigen Synchronmotor wird also ein vierkantiger
Nocken auf ,die Welle aufgesetzt, so daß der Kontakt 6ooomal pro Minute oder ioomal
pro Sekunde öffnet und schließt. Eine schematische Darstellung einer solchen Anordnung
ist in Fig. 3 gezeichnet. Dabei ist für die Kettensteuerung ein Ruhekontakt verwendet,
,der den Stromfluß für die Dauer des Vorbeigangs der pockenbesetzten Kettenglieder
unterbricht. Der Xurvernverlauf der Spannungen und Ströme ist in Fig. q. .dargestellt.
Die Fig. 5 zeigt Einzelheiten der X ontsktanordnung und des .Antriebs.
-
In Fig. 3 sind mit r bis 4 wieder die Trockengleichrichter, . mit
5, 6 die Zün!dstiftgefäße bezeichnet. 8, ist ein Verriegelungsschalter mit Wasserkühlung.
Der in Fig. i mit 7 bezeichnete Betätigungsschalter besteht nun aus einer Reihe
von Elementen, und zwar folgenden: ein Synchronmotor io treibt einerseits das Kettenschaltwerk
ii, andererseits einen V ierkantnocken 12 an. Die an dem Kettenschaltwerk je nach
dem gewünschten Programm aufgesetzten Nocken 13, iq., 15 betätigen über einen Stößel
16 den Programmkontakt 17. Auf der Vierkantwelle 1!2 liegt eine Kontaktfeder rS
auf, die an einer Scheibe ig befestigt ist und reit dieser wahlweise nach beiden
Seiten gedreht werden kann, um auf diese Weise die Phasenlage des, Kontaktschlusses
zu verändern. Die Kontaktfeder is gehört zu .einem Kontakt 2o (Phasenkontakt), der
mit dem Programmkontakt 17 in Reihe geschaltet ist und im Steuerkreis der Gefäße
5, 6 liegt.
' Z CY Diu /-eit. währcird der der Phasenkontalzt
2o 11cschlobsvii ist, wird durch entsprechende Walil des Isontaktlitibes so cingestalt,
daß der metallische Kontakt über eine Zeit von etwa 35 bis q.0° e1., bezogen auf
die Frequenz des speisenden Netzes, geSClilossen ist. Der Kontakt schließt zweimal
je Periode der Netzfrequenz, und beide Kontakterfolgen in einem Abstand von genau
18o', bezogen auf die Netzperiode. Durch Ver-Stellung des Kontaktträgers i9 gegenüber
der roti2reird.en Ankerwelle 1a (Verdrehung) kann die Pliasr für die Kontaktschließung
beliebig eingestellt «-c:r@len. Die,scr Phasenkontakt ist nun mit ,lern Progrannnkontakt
der Kette in Reihe, und beide i,--oiitalste sind in der Reihenschaltung in die Zündleitung
des Ignitronschützes eingeschleift. In der Fig..I unten sind die Kurvenverläufe
der ell%nl_'.' Spannungen 16 a112 t@tz lind i(" in den Gefäßen für die volle
Öffnung des Ignitronschützes Umverzögerte Zündung der Gefäße nacheinander, oberer
Kurvenzug), das andere -Mal für Anwiedergegeben (untere Kurven daraelllln:l. In
beiden Fällen sind: unterhalb der @inus.lc-li ; en in I')lockforin die Kontaktzeiten
an ,!ein 1'1.<t.@c@2lcrnltaht t=o und am 1,jetteiilc,-)iltakt t 17 <121<1:
Zellen.
-
Die techirischen Schaltbedingungen werden durch die neue Anordnung
für den Programmkontakt ,Mus Kettenschaltzverkes vereinfacht und sind auch iiii-
den Phasenkontakt leicht und einfach zu erfülleir. Der Phasenkontakt schließt im
praktisch stroiiiloscn Zustand, allerdings bei einer Spannung, ,iiü his auf den
Scheitelwert der Spannung des Speisenden Netzes ansteigen kann. Die Stromanstiegsgesch:-,vindigkeit
an der Kontaktstelle ist praktisch, identisch mit dür, die durch die Aufn ahinelcistung
des geschalteten Verbrauchers (Widersta.ndsschweißmaschine) gegeben ist. Sie ist
definiert und endlich, so daß mit den üblichen Kontaktkonstruktionen, besonders
mit Wolframkontakten, ein sicherer Betrieb auch auf längere Zeit möglich ist. Cber
den Phasenkontakt, der den ei-eiitlichen Pro-raminkontakt von der Auigabe einer
phasenIgerrauen Schaltung entlastet, fließt der Ziindstroni d:_:i- Zündstifte, der
besonders bei hohen Belastun,; en in sehr kurzer Zeit so hohe Werte err:icht (3o
bis q.o A), bis die Hauptentladung im Gefäß die Stromführung übernimmt. Hierfür
werden Zeiten von weniger als 3o' benötigt, so daß der Phasenkontakt vollkommen
Strom- und praktisch spannungslos (maximaler Brennspannungsabfall im brennenden
Gefäß) öffnen kann. Dieses Spiel wiederholt sich ein zweites Mal bei dem Zündimpuls
für das Gefäß der Gegenrichtung usf. Das Ende der Einschaltperiode ist gegeben durch
die rechte Öffnung des Phasenkontakts, der in einem beliebigen, innerhalb der verfügbaren
i5o° liegenden Zeitspanne die Öffnung des Programmkontakts folgen kann.
-
Eine Anordnung nach er Erfindung ist mit allen Einzelheiten in Fig.5
dargestellt. Ihre Wirkungsweise sei im folgenden beschrieben: Der bei 5o Hz mit
i5oo Umdrehungen umlaufende Synchromnotor 30 mit Anschlußklemmenbrett 3i
trägt direkt angeflanscht an der rechten Seite ein Schneckeirgetriebe 32 mit einer
Über= Setzung r : 12. auf dessen waagerecht nach vorn auf den Beschauer zu austretender
Achse das aqzähnige Kettenrad 33 sitzt. Die Bolzen der Kette 34 sind niit wenigen
Ausnahmen nach vorn verlängert und stützen. sich auf einen parallel zur Zahnradebene
liegenden, mit diesem vernieteten Ring 35 ab. Die Figur zeigt, wi: zwei mit Auslöserollen
besetzte Bolzen 36 gerade unter einer Schwinge 37 einlaufen, deren Laufstück aus
Novotext besteht, und die sich um die Achse 38 drehen kann. Die Schwinge
trägt einen Klotzkontakt 39, der bei C`nterl1-Iufen der Kontaktrolle angehoben wird
und niit einem G=genhontakt d.o gleicher Bauart zu-Dieser ist einerseits federnd
in r nicht näher dargestellten Gradführung gen;crt, so d@aß er nach der Berührung
mit dem i>l(-;tzkontalzt 3J) clen Bewegungen der Schwinge 37 folgen kann. Die Ruhelage
dts Gegenkontakts .4o wird. dadurch eingestellt, daß er in einem sciitvingenartigen
Träger 41 befestigt ist, der um @112 gleiche Achse 38 v;ie die Schwingen 37 drehl;ar
ist. Mittels einer Schraube mit exzentrischem hopf .42 kann die Lage des Gegenkontakts
d.o gegenüber dem Klotzkontakt 39 verstellt und damit (lie Iiontalazeit dieses Kettenkontakts
in ihrer Zeitdauer eingestellt werden. Die Schwinge 37 hat eitlen nicht gezeichneten
Anschlag und wird durch die Feder d.3 gegen diesen mach unten gedrückt. Unbesetzte
Kettenglieder laufen unter der Schwingenlaufbalin in der Ruhelage unberührt durch.
Um auch den Phasenmoment der Kontaktbetätigung im V:rhältnis zum speisenden Netz
einstellen zu können, sitzt das Kettenrad 33 mit den angenieteten Tragkränzen 35
auf einem Flansch, der mit der Welle- fest verbunden ist. Die Verbindung zwi scheu
dein Kettenrad 33 und dem Flansch wird durch drei Schrauben .4q. vorgenommen, nach
deren Lösung das Rad, -wiederum mittels eines -exzentrischen Kopfes 4.5, gegen die
Antriebswelle verdreht werden kann.
-
Eine hinter dein eben beschriebenen Programmkontakt liegende zweite
Schwinge mit einem an einer Kontaktfeder befestigten doppelseitigen Kontaktklotz46
wird durchRollen auf denKettenbolzen betätigt, die nach hinten weisen und zur Einleitung
und Beendigung des von der Kette gesteuerten Schweißprogrammes, z. B. bei Punktschweißungen,
Mehrpunktschweißungen usw., dienen. Zum Austausch der ganzen Steuerkette kann der
Träger der Schwingen und Kontakte nach Lösen der Schraube 47 um den auf den Beschauer
weisenden Bolzen 4.8 geschwenkt, d. h. hochgeklappt werden.
-
Das linke Wellenende des Motors trägt einen vierkantigen Arbeitsnocken
49, der unter einem schwingenartigen Arbeitskontakt 50 mit Rückholfeder durchläuft.Der
festeKontakt ist in derZeichnung nicht dargestellt. Seine Befestigung erfolgt, ähnlich
wie bei gleichartigen: Konstruktionen im Automobilbau, auf der isolierenden Trägerscheibe
5 i, die identisch ist mit der Scheibe i9 in
Fig. 3. Der
feste Kontakt ist um die gleiche Drehachse wie die Arbeitsschwinge, ähnlich wie
beim Kettenschaltwerk, verstellbar, so daß die Parallelität,der Kontaktflächen bei
allen Einstellungen gewährleistet und. der eigentliche Kontakthub einstellbar ist.
Die isolierende Scheibe 51 läuft über ein klemmbares Metallzwischenstück 52 auf
einem buchsenartig ausgebildeten Tragelement 53 genau zenttritsch zur Welle .des
Motors. Die Verstellung erfolgt durch Drehung der aufgesetzten Haube 54, die an
ihrem äußeren Umfang eine Gradeinstellung trügt, die einer Marke auf dem Lagerschild
53 des 'Motors gegenübersteht. Durch die Verbindung der Haube 54 mit der Scheibe
5 r über Madenschrauben kann die Gradskala auf der Haube so eingerichtet werden"daß
ihr Nullpunkt einer Kontaktschließung an dem die Phasenlage bestimmenden Kontakt
5o im Nulldurchgang der Spannung entspricht. Von hier aus kann dann :eine Vorverschiebung
über die anze Halb-%velle der Netzspannung bewerkstelligt g a werden: Die Klemmeneinrichtung
56 für die Feststellung des Phasenkontakts wird als Bolzen durch einen Schlitz des
Gehäuses nach außen geführt. Dieser Schlitz besitzt an seinem einen Ende eine hier
nicht dargestellte Abdeckung, die nun wiederum so verstellt werden kann, daß ein
Vorverlegen des Phasenkontakts in Gebiete vor dem natürlichen Nulldurchgang des
Stromes bei der von der Einrichtung zu schaltenden Maschine mechanisch verhindert
ist.
-
Die Erfindung ist nicht auf die mechanische Vereinigung des Antriebs
für Phasen- und Kettenkontakt beschränkt. Bei Schweißianord@nungen, bei denen in
Abhängigkeit vom Vorschub des Schweißgutes oder von Bewegungen von Schaltelementen
im Primär- oder Sekundärkreis der Schweißmaschine das Programm zusätzlich gesteuert
werden muß, ist es manchmal vorteilhaft, mit der Steuerkette gleichzeitig die Schalter
oder Schweßgutbewegungen zu bewirken. Die mechanische Belastung, die in diesen Antrieben
überwunden werden muß, führt zu Veränderungen in der Phasenlage des Motorankers,
besonders wenn,es sich wie meist um Reluktanzmotoren ohne zusätzliche Gleichstromerregung
desi Ankers handelt. Die Zusammenarbeit zwischen Phasen- und Programmkontakt .durch
elektrische Reihenschaltung bereitet auch dann keineSchwiergkeiten,wenn man-denPhasenkontäkt
von einem getrennten, von dem mechanischen Antrieb unabhängigen Synchronmotor antreiben
läßt. Halten! .sie, die Phasenverstellungen des Kettenantrieb,smotors- @du:rch wedhs-elnde
Belastung innerhalb vernünftiger Grenzen, @so kann, man diese ohne weiteres zulassen,
wenn dafür der Phasenkontakt auch phasengenau, also mit seinem eigenen kleinen Motor
angetrieben wird.. Die in der Konstruktion nach Fig. 5 benutzten Grundprinzipien
lassen sich natürlich auch bei derartigen Lösungen gut ausnutzen-.