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Schaltanordnung zur Überwachung von über Entladungsgefäße gespeisten
Schweißtransformatoren auf Gleidistromkomponenten Für die Durchführung von Punkt
und Nahtschweißungen werden insbesondere bei hochwertigen Materialien Widerstand'sschweißmaschinen
primärseitig über meist zündstiftgesteuerte Ent ladungsgefäße (im folgendem »Ignstron:«
genannt) in Antiparallelschaltung ein- und ausgeschaltet. Dabei macht man sich,
außerdem häufig die Eigenschaft der Zündst'iftgefäße zunutze, durch Phasenfestlegung
des Zündzeitpunktes die Dauer und Amplitude des netzseitig gelieferten Stromes stetig
in weiten Grenzen steuern zu können.
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Die Zündung der Ignitrons ist bekanntlich physikalisch: ein statistischer
Vorgang, d. h. sie ist in jedem Einzelfall mit einer durch die Zufälligkeiten der
physikalischen, Bedingungen an der Ein, tauchstelle des Zündstiftes bedingten mehr
oder minder großen, Zeitverzögerung behaftet. Dadurch und durch die natürliche Alterung
der Gefäße kann es passieren,, daß die von. der Röhrenanordnung freigegebenen Stromverläufe
in der Primärwicklung der Maschine nicht mehr einen reinen: Wechselstrom darstellen,
d. h. daß sich die Stromkuppen. in beiden Richtungen in, verschiedener Form und
Größe über eine oder mehrere Perioden ausbilden. Dabei. wird der Schweißtransformator
im Mittel primärseitig durch eine Gleichkomponente des Stromes vormagnetisiert.
Dadurch sinkt seine magnetische Übertragungsfähigkeit, die Ströme wachsen primärseitig
stark an und gefährden ein, mal thermisch die Gefäße und dem. Schweißtransformator,
das
andere Mal unter Umständen durch die Vormagnetisierung auch den, Zwischentransformator
der davorlüegenden, speisenden. Netzstation.
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Zur Abwendung der hier gekennzeichneten Gefahren, die in extremem
Maße dann auftreten, wenn während des Betriebes der Schweißmaschine das eine der
beiden Hauptentladungsgefäße oder sein zugehöriger Steuerkreis voll ausfällt (Betrieb
mit Halbwellenstrom), sind bereits verschiedene Schutzeinrichtungen angegeben und
auch ausgeführt worden. Anordnungen, die. auf die Gleichkomponenten im Strom der
Schweißmaschtine ansprechen, müssen zwei einandrer widersprechenden Bedingungen
genügen.
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Nach. einer dieser Bedingungen muß berücksichtigt werden., da,ß die
Nutzströme der Maschine durch die, Anschnittssteuerung der Hauptgefäße und durch
die üblicherweise auf der Primärseite des Schweißtransformators vorgesehenen, Stufenichalter
in. Bereichen zwischen i : ioo und i : iooo schwanken, können.. Auf diese in ihrer
Größe stark veränderlichen Wechselströme darf das Relais nicht ansprechen.
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Gemäß der anderen Bedingung m.uß das Relais bei den größten wie bei
den, kleinsten Wechselströme. auf kleine Gleichkomponenten schnell und. sicher reagieren.
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Unter den für einen derartigen Schutz grund:-sätzlich in Frage kommenden
Möglichkeiten erscheinen hochwertige sättigbare magnetische. Kerne als Übertragungselemente
eines fremderregten Wandlers, ähnlich den Schaltungen, des Gleich: stromwandl-ers,
geeignet. Durchrechnungen und experimentelle Erprobungen derartiger Anordinungen
zeigen aber eine große Zahl von. Schwierigkeiten, die durch: die sekundärseitig
unwirksam zu machenden, in weiten Grenzen veränderlichen Wechselmagnetisierungen
durch den Nutzstram un;d seine leider über den Anschnitt phasenmäßig veränderlich.et
Zuordnung zur Hilfsmagne@tisierung des Sekundärkreises gegeben sind..
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Die andere grundsätzliche Möglichkeit für das Erfassen. der Gleichkomponente
an den Primärklemmen des Schweißtransformators ist durch ein Spannungsrelais gegeben,
das an den Primärklemmen dies Schweißtransformators, d. h. hinter der Röhrenscha.ltein;richtung,
liegt und für Wechselkomponenten extrem unempfindlich, für Gleichkomponenten aber
hochempfindlich gemacht wird,. Eine bereits bekannte Anordnung dieser Art zeigt
Fig. i. Es wird ein normales, für Gleich- und Wechselstrom- empfindliches Relais
i v envendet, dem eine, Drossel z und, ein Widerstand. 3 so, voirgeschaltet sind,
daß sich für diesen Kreis die gleichen Einschadtbedin.gun.gen (Phasenlage des Wechseldauerstromeis
zur Netzspannung) ergeben wie für den. Schweißtransformator 4. Durch ge@-e:ignete
Ausbildung der Drosselspule z vor dem Relais i kann man zusätzlich noch erreichen,
d:aß auch der Relaiskreis automatisch. höher empfindlich, d. h. in seinem Widerstand
auch, für die Wechselkomponente heruntergesetzt wird, sobald auch in ihm der durch
die Gleichspannung an den Primärklemmen. der Schweißmaschine 4 bedingte Gleichstrom
fließt. Die Drossel a wird zu diesem Zweck ohne Luftspalt ausgeführt, damfit sie,
durch diese Gleichstromxomponente vormagnetisiert, wird. Mit 5 sind zwei antiparallel
geschaltete Ignitrons bezeichnet. Anordnungen dieser Art arbeiten, relativ befriedigend.
Ihre, Empfindlichkeit im Betrieb mit starrkem Anschnitt läßt aber oftmals etwas
zu wünschen übrig. Das gleiche gilt für die Ansprechgeschwindigkeit.
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Die Erfindung benutzt nun. eine Anordnung, die von dem Gedanken ausgeht,
daß das für den Schutz einzusetzende Relaiis eine Ansprechgrenze hat, d.. h. einem
gewissen kleinen Strom ausgesetzt werden kann" ohne daß es die zur Auslösung von
Schalthandlungen erforderlichen Kontakte betätigt. Würde man ein solches Relais
einfach der Primärseite der Schweißmaschine, ähnlich der Anordnung in Fig. i, parallel
legen., wiederum über eineDrossel als Vorwiderstand, so würde man die Ansprechstromgrenze
dieses Relais nur während der Zeiten ausnutzen, in denen die Schweißmaschine? über
die antiparallelen Entladungsgefäße mit dem Netz verbun.den. isst. In. den Ruhezeiten
würde das Relais stromlos sein und infolgedessen auch die ihm eigene Ansprechstromgren;ze
gar nicht ausnutzen. Das hat den Nachteil, .daß das Relais mit jedem Einschaltvorgang
erst an die Ansprechgrenze gebracht wird, damit liegt aber uns.tationäreiBetriebsbereitschaft
der Überwachungsanordnung vor*, was grundsätzlich bedenklich und deshalb. zu vermeiden
ist.
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Die! Erfindlung geht nun einen anderen Weg. Sie betrifft eine Schaltanordnung
zur überwachung von über gegeins,innig parallel geschaltete Ent:-la,düngsgefäße
gespeisten Schweißtransformatoren auf Gleichstromkomponenten durch Erfassung der
entsprechenden Gleichspannungskomponente, und' die Erfindung besteht darin, dnli
die Gleichspannungskomponente eine Induktivität, die in einem netz- bzw. phrasengleich
hilfsne tzgespeisten Stromkreis liegt, derart vormagnetisiert, daß durch die Herabsetzung
des induktiven Widerstandes ein Schaltvorgang ausgelöst wird.
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Fig. z der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeiis.p.iel der Erfindung.
Mit 4 ist auch hier die über Entladungsgefäßes gespeiste Schweißmaschine bezeichnet.
Das Relais i löst einen. Schaltvorgang aus, sobald, am Schweißtransformator eine
Gleichspannungskomponente auftritt. Die Induktivität 6 besitzt zwei Wicklungen.,
die normalerweise wie ein. Transformator wirken. Die Primärwiicklung 7 wird über
einen Widerstan_d:8 aus dem Netz gespeist. In ihrem Stromkreis liegt an einem Gleichrichter
9 das Relais i. Die Sekundärwicklung io der Induktiv ität 6. liegt an der Primärwicklung
des Schweißtransformators. Das Relais i wird dauernd der. Wirkung eines Stromes
ausgesetzt sein, der durch den Magn.etistierungsstrom der vorgeschalteten Drossel
6, (auf einem Eisenkern) gegeben ist. Dieser Strom wird durch geeignete Auslegung
von Relais und Wicklung mit Eisenkern so gewählt, daß das Relais damit nicht zum
Ansprechen kommt.
Erfindungsgemäß wird nun die Vordrossel 6 mit
einem Eisenkern ohne Luftspalt als Transformator ausgebildet und die Sekundärwicklung
dieses Transformators an die Primärwicklung des Schweißtransformators gelegt. An
dieser Stelle ist ein Verriegelungselement notwendig, beispielsweise ein Widerstand
oder die Drossel i i, weil sonst die Primärseite der Schweißmaschine für dem, kleinen.
Hilfstransformator des Relais i wie ein satter KurzscIluß wirken. und Relais i ansprechen
lassen. würde. Durch einen Vorwiderstand wird erreicht, daß der Strom, der auch
bei gesperrten Hauptgefäßen fließt, das Relais i über seine Gleichrichterschaltung
noch nicht zum Ansprechen bringt. Diese Anordnung arbeitet nun. mit einem Vergleich
der Netzspannung und dür gesteuerten Spannung, wobei bei einem Gleichstromanteil
der gesteuerten Spannung die Sättigung des Hilfs.-tra,nsforrnators 6 verändert wird.
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Wird nun die Primärseite der Schweißmaschinell. während des eigentlichem,
'Schweißvorganges mit einem mehr oder minder großen Phasenanschnitt an das
Netz gelegt, so hält sieh die gesamte, für das Relais wirksame Spannungskurve unter
allen Betriebsbedingungen. in Grenzen, die man. gerade knapp unterhalb der Ansprechwerte
des. Relais festlegen. kann, wozu dasselhe gegebenenfalls durch einen Widerstand
geshun.tet wird.
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Der Vorteil der hier gegebenen Lösung liegt nun darin, daß der Hilfstransformator
des Relais bei einem Übersetzungsverhältnis vom i : a (Wicklung io : Wicklung 7)
einmal im ungestörten Be, trieb während der Pausen, und. Ruhezeiten für den Relaiskreis
die" Ansprrechgrenzen. des Relais i i auszunutzen gestattet, bei Störungen, aber
dadurch doppelt wirksam wird, daß die an. der Primärseite der Maschine t auftretende
Gleichspannungskomponente über dien Vordrossel i i die Transfo@rmatorwicklung io
als Vormagnetisierungswicklung ausnutzt, so daß der Wechselstromwiderstand der Wicklung
7 sofort stark absinkt und damit ein schnelles und sicheres Ansprechen dies Relais
bei dieser Störung sicherstellt. Dadurch werden mit einfachen Mitteln, die beiden
Forderungen, erfüllt, daß die Anordnungen einanal bei allen. Wertem: des Spannungsanschnittes
richtig arbeiten und, daß sie andererseits, auf vorliegende Gleichspannungskomponenten
mit dem Verstärkungsgrad. eines. vereinfachten magnetischen Verstärkers unter Heranziehung
der vom Netz zur Verfügung gestelltem, Hilfsenergie schnellstens das Relais zum
An sprechen bringen.