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Steuerschaltung für gegensinnig parallel geschaltete Gasentladungsstrecken
Die Erfindung bezieht sich auf gegensinnig parallel geschaltete Gas- oder Dampfentladungsstrecken,
die in einem Wechselstromkreis eingeschaltet. sind und zu deren Steuerurig Hilfselektroden
dienen, die mit der Kathode ständig in leitender Berührung stehen. Bei den bisher
bekannten Anordnungen dieser Art ist in den äußeren Steuerstromkreisen der Entladungsgefäße
ein verhältnismäßig großer Aufwand an Schaltungsteilen erforderlich, insbesondere
dann, wenn den Steuerelektroden, wie es häufig der Fall ist, die Zündimpulse über
steuerbare Hilfsentladungsgefäße zugeführt werden. Durch die Erfindung wird eine
wesentliche Vereinfachung (der Steuereinrichtung erzielt. So genügt beispielsweise
zur Festlegung der Zündzeitpunkte ein einziges Hilfsentladungsgefäß für beide Hauptentlaidungsstrecken.
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Gemäß der Erfindung wird unter Verwendung von Sperrventilen ein Verzweigungspunkt
geschaffen, in den außer den Zuleitungen. zu den Steuerelektroden der :beiden Entladungsgefäße
eine dritte Leitung mündet, über die mit gleichbleibender Richtung,die Steuerimpulse
sowohl für die eine als auch für .die andere Steuerelektrode dem Verzweigungspunkt
zufließen. Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Zeichnung hervor. Die
in .der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sieh sämtlich auf
die Steuerung einer
Widerstandsschweißmaschine, weil diese:das Hauptanwendungsgebiet
gegensinnig parallel geschalteter Entladungsstrecken ist. Die Erfindung ist aber
auch in .allen anderen Anwendungsfällen brauchbar, in denen es sich darum handelt,
mit Hilfe gegensinnig parallel geschalteter Gasentladungsgefäße-den Stromfluß in
einem Wechselstromkreis zu steuern.
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In Fig. i ist mit 3 der Schweißtransformator bezeichnet, dessen Primärwicklung
ii über die Leitungen 15, 17, i9 an die Wechselspannungsqwelle 13 angeschlossen
ist und dessen Sekundärwicklung 5 die Schweißelektroden 7 speist, zwischen denen
sich das Schweißgut 9 befindet. 21 und 23 sind die beiden gegensinnig parallel geschalteten
Entladungsgefäße. Das Entladungsgefäß 21 besitzt eine Anode 25, eine Quecksilberkathode
27 und die in das Quecksilber eintauchende, vorzugsweise aus Widerstandsmaterial
bestehende Steuerelektrode 29. Die entsprechenden Elektroden des Entladungsgefäßes
23 sind mit 31, 33, 35 bezeichnet.
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Die Steuerelektroden 29 und 35 der Entladungsgefäße besitzen nun den
gemeinsamen Verbindungspunkt 45, an den sie über die Hilfsgleichrichter 37 bzw.
39 -so angeschlossen sind, daß ein Strom jeweils nur in Richtung von dem Punkt 45
zu der betreffenden Steuerelektrode fließen kann. Desgleichen sind die Kathoden
27 und 33 über Hilfsgleichrichter 47 und 49 an einen gemeinsamen Verbindungspunkt-55
angeschlossen, und zwar ebenfalls wieder .derart, daß die Hilfsventile einen unmittelbaren
Stromfluß von :der einen Kathode zur anderen verhindern. Als Hilfsgleichrichter
werden vorzugsweise Trockengleichrichter verwendet, obwohl natürlich auch Entladungsstrecken
benutzt werden können. Zwischen .den Punkten 55 und 45 liegt eine steuerbare Hilf
sentladungsstrecke 57 mit der Anode 59, der Kathode 61 und :dem Gitter 63, der idie
Aufgabe zufällt, die Zeitgnenzen der den Steuerelektroden 29 und 35 zufließenden
Stromimpulse zu steuern. Zu diesem Zweck sind das Gitter und die Kathode .der Hilfsentladungsstrecke
57 an eine Steuerapparatur 65 angeschlossen, die im vorliegenden Fall dazu dient,
die Dauer der Schweißimpulse, die durch Niederdrücken,des Schalters 64 eingeleitet
wird, auf einen eingestellten Wert festzulegen.
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Betrachtet man .einen Zeitpunkt, in welchem die Kathode 33 des Entladungsgefäßes
23 positives und entsprechend die Kathode 27 des Entladungsgefäßes 21 negatives
Potential besitzt, so fließt, wenn die Hilfsentladungsstrecke 57 durch positive
Beaufschlagung ihrer Gitter leitend bzw. zündfähig gemacht wird, ein Strom von der
Kathode 33 über das Hilfsventil 49, die Hilfsentladungsstrecke 57 nach dem Verzweigungspunkt
45 und von dort über das Hilfsventil 37 nach der Steuerelektrode 29 des Entladungsgefäßes
21. Da,die Anode 25 dieses Entladungsgefäßes in .dem 'betrachteten Augenblick positives
Potential besitzt, so wird hierdurch die Zündung des Gefäßes bewirkt. Der Steuerelektrode
35 des anderen Gefäßes fließt in diesem Augenblick kein Strom zu, da sie ja das
gleiche Potential besitzt wie :die zugehörige Kathode 33. Dagegen wird in der nächsten
Halbwelle, wenn die Kathode 27 positiv ist, das Entladungsgefäß 2g gezündet, und
zwar durch einen Strom, der von der Kathode 27 über das Hilfsventil 47 .den Verzweigungspunkt
55 und das Hilfsentladungsgefäß 57 nach dem Verzweigun.gsPunkt 45 und von dort über
das Hilfsventil 39 nach der Steuerelektrode 35 fließt. Wird :das Hilfsentladungsgefäß
57 gesperrt, so sind die Steuerstromkreise beider Entladungsgefäße 21 und 23 gesperrt,
und es erfolgt keine Zündung. Es gelingt also, mit nur einer Hilfsentladungsstrecke
die Zündimpulse beider Hauptentladungsstrecken in,der Wenise zu steuern, daß jeweils
nur dasjenige Entladungsgefäß einen Zündimpuls erhält, dessen Anode gerade positiv
,gegenüber seiner Kathode ist. Sehr wesentlich ist .dabei, daß der Steuerstromkreis
des zu zündenden Gefäßes 21 bzw. 23 jeweils mit der Entladungsstrecke dieses Gefäßes
selbst parallel geschaltet ist. Infolgedessen hört der Steuerstrom sofort auf zu
fließen, wenn :diie Hauptentladung in dem betreffenden Gefäß ,zündet, was sich für
die mittlere Belastung der Zünder angesichts der hohen Stromstärke, die zum Zünden
erforderlich ist, sehr günstig auswirkt. Der Zünderstrom fließt nur so lange, wie
es zur Einleitung der Hauptentladung unbedingt erforderlich ist. Das Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. i dadurch, daß die beiden Hilfsventile
37 und 39 fortgefallen sind und statt dessen die beiden Hälften 67 und 69 einer
Drosselspule beiderseits des Verzweigungspunktes 45 liegen. Besonders zweckmäßig,
aber nicht notwendig ist es, wenn. zu der Drossel parallel noch ein Kondensetor
71 geschaltet ist und wenn beide so abgestimmt sind, .daß sie für die Netzfrequenz
einen Sperrkreis bilden. Es wird dann nämlich ein Stromfluß von der Zündelektrode
29 nach der Zündelektrode 35 bzw. umgekehrt verhindert, während .der über das Hilfsentladungsgefäß
57 'fließende Strom der einen oder :anderen Zündelektrode ziemlich ungehindert zufließen.
kann, da für diesen, Strom nur :die Hälfte der Drosselspule eingeschaltet und demnach
der Schwingungskreis nicht mehr in Resonanz ist. An die Stelle der Drossel 67, 69
kann auch ein Ohmscher Widerstand treten. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist
ebenfalls im wesentlichen dasselbe wie :das nach Fig. i, nur daß hier die Hilfsgleichrichter
47 und 49 mit der Hilfsentladungsstrecke 57 vereinigt sind. Es ist dafür ein Hilfsentladurngsgefäß
75 vorgesehen, dessen Kathode 81 der Kathode 61 des Hilfsentl,adungsgefäßes 57 in
Fig. 1 entspricht und dessen beide Anoden 77 und 79 an die Stelle der Anoden der
Hilfsgleichrichter 47 und 49 treten. Da durch die Ventilwirkung ohnehin immer nur
eine der beiden so entstehenden Entladungsstrecken stromführend sein kann,, können
die-Gitter 83 und 85 der beiden Entladungsstrecken an ein gemeinsames Potential
angeschlossen werden. In :dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch die Elektroden
77 und 79 als: Glühelektroden ausgebildet, wobei die Verbindung zwischen diesen
Elektroden und den Kathoden 27 bzw. 33 der Häuptentladungsgefäße
über
Drosselspulen 87 bzw. 89 geführt sind. Als Steuerspannungsquelle für die miteinander
verbundenen Gitter 83 und 85 dienen die beiden Batterien 91 und 93, die durch den
Umschalter 95 wahlweise einschaltbar sind, und von denen die eine ein Sperrpotential,
die andere ein Zündpotential an die Kathoden liefert. Der Umschalter 95 kann im
Bedarfsfall durch irgendeine der bekannten Steuereinrichtungen ersetzt werden, wie
sie beispielsweise bei .der Steuerung von Schweißmaschinen zur Festlegung der Zeitdauer
der Schweißimpulse verwendet werden.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.4 läßt auch nähere Einzelheiten der
Zeitsteuerung erkennen. Die Zündelektroden 29 und 35 der Entladungsgefäße 21 und
23 sind an die Wechselstromkle mmen einer Graetzschaltung 125 aus den Ventilen 126,
127, 128, 129 angeschlossen. Zwischen den Gleichstromklemmen dieser Graetzschaltung
liegt über den Kontakt 155 das Hilfsentladungsgefäß 131. Die Ventile 12.3 und 124,
die zwischen den Kathoden der Hauptentladungsgefäße und den zugehörigen Zündelektroden
liegen, sind nicht unbedingt erforderlich. Nimmt man einmal an, sie seien nicht
vorhanden, so geht, wenn der Kontakt 155 geschlossen und die Hilf sentladungsstrecke
131 leitend gemacht ist, die Zündung der Hauptentladungsstrecken folgendermaßen
vor sich: Von der gerade positiven Kathode, beispielsweise der Kathode 33, fließt
der Strom über die Zündelektrode 35, das Ventil 128, die Hilfsentladungsstrecke
131 und das Ventil 126 nach der Zündelektrode 29 -des anderen Gefäßes, .dessen Anode
gerade positiv ist. Dieses Gefäß wird infolgedessen gezündet. Es fließt in diesem
Fall zwar auch über die Zündelektrode des zweiten Gefäßes Strom, jedoch kann dieser
das Gefäß nicht zünden., da er erstens eine falsche Richtung besitzt und zweitens
die Anode dieses Gefäßes negativ gegenüber .der Kathode ist. In der nächsten Wechselspannungshalbwelle
fließt dann der Strom umgekehrt von der Kathode 27 über den Zünder 29, das Ventil
129, die Hilfs,entladun.gsstrecke 131 und das Ventil 127 nach der Zündelektrode
35, die nunmehr die Zündung des Entladungsgefäßes 23 einleitet. Auch hier ist also
nur eine Hilfsentladungsstrecke notwendig, um die Steuerung beider Entladungsgefäße
21 und 23 zu beherrschen. Die Ventile 123 und 124 können vorgesehen werden, um die
Zündelektroden 29 und 35 in der negativen Halbwelle zu entlasten, wodurch gleichzeitig
der Widerstand des Zündstromkreises herabgesetzt wird. Der Zündstromkreis ist wiederum
der zugehörigen Hauptentladungsstrecke parallel geschaltet, so daß in dem Augenblick,
in dem diese zündet, der Zündstrom zu fließen aufhört.
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Der Widerstand 12, der zu der Primärwicklung. des Schweißtransformators
3 parallel liegt, hat den Zweck, den Transformatorfluß rasch abfallen zu lassen,
wenn der Schweißstromkreis an den Elektroden 7 geöffnet wird.
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Die Zeitschalteinrichtungbesteht aus einem Vollweggleichrichter 139,
der über den Transformator 140 gespeist wird, und einem Kondensator 141, der in
Reihe .damit zwischen der Steuerelektrode und der Kathode der Hilfsientladungsstrecke
131 liegt. Geladen wird der Kondensator 141 von dem Gleichrichter 143, der an dem
Potentiometer 145 eine einstellbare Gleichspannung erzeugt. Der Kondensator 141
wird bei der Ladung über den Regelwiderstand 147 an den abgegriffenen Teil des Potentiometers
145 angeschlossen.
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Als Schaltmittel im Steuerkreis der Hilfsentladungsstrecke 131 dient
das Relais 149 mit der Schließungsspule 51 und der Haltespule 53, welches mehrere
Kontakte 155, 157, 159 besitzt. Zur Einleitung des Schweißvorganges wird der Schalter
61, beispielsweise in Form eines Fußschalters, geschlossen, wodurch die Spule 51
erregt wird und das Relais 149 anzieht. Dadurch schließen sich die Kontakte 155
und. 159, während der Kontakt 157 geöffnet wird. Der Kontakt 157 unterbricht den
Entladestromkreis des Kondensators 141, während der Kontakt 159 seinen Ladestromkreis
schließt. Solange sich die Ladung des Kondensators 141 noch unterhalb eines bestimmten
Wertes befindet, ist die Hilfsentladungsstrecke 131 leitend. Ist die Hilfsentladungsstrecke
eine Gasentladungsstrecke, so wird sie in jeder Halbwelle durch den Zündstrom gezündet.
Steigt nun die Ladung des Kondensators 141 allmählich an, so verschiebt sich das
Potential des Steuergitters der Hilf sentladungsstrecke 131 gegenüber der Kathode
nach negativen Werten hin, und die Hilfsentladungsstrecke wird nach Ablauf einer
durch die Geschwindigkeit des Ladevorganges des Kondensators bestimmten Zeit gesperrt.
Das Relais 149 hält sich auch dann, wenn .der Schalter 61 inzwischen wieder geöffnet
wird, mittels der Haltespule 53 .selbst. Diese Selbsthaltung ist jedoch, da die
Spule 53 unmittelbar an den Primärklemmen ,des Schweißtransformators 3 liegt, nur
so lange wirksam, wie die Entladungsgefäße 21 und 23 stromführend sind. Wenn also
durch Sperren der Hilfsentladungsstrecke 131 .die Entladungsgefäße 21 und 23 wieder
erlöschen, fällt auch das Relais 149 wieder ab, und der Kondensator 141 wird über
den Kontakt 157 wieder entladen. Soll nach einer bestimmten Zeit der Schweißstrom
selbsttätig wieder eingeschaltet werden, so kann hierzu ein zweiter Zeitgeber benutzt
werden, wie es an sich bereits bekannt ist. An Stelle der gegensinnig parallel geschalteten
Gasentladungsstrecken im Hauptstromkreis kann auch ein zweiseitig leitfähiges Entladungsgefäß
benutzt werden, d. h. also ein Entladungsgefäß, welches zwei emissionsfähige Kathoden
besitzt, deren jede mit einer Zündelektrode in Berührung steht.