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Mit steuerbaren Entladungsgefäßen arbeitende Schalteinrichtung zur
Steuerung eines Widerstands-Schweißtransformators mit Sdmittbandkern aus Siliziumeisen
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungseinrichtungen und im besonderen
auf Steuereinrichtungen für elektrische Widerstandsschweißgeräte. Zu diesen Widerstandsschweißgeräten
gehört in der Regel bekanntlich ein Schweißtransformator mit hohem Untersetzungsverhältnis.
Beim Schweißen mit einem solchen Schweißgerät wird der Primärwicklung dieses Transformators
beispielsweise Strom in der Größenordnung von etwa iooo Ampere bei 22o bzw.
380 Volt oder höherer Spannung über elektrische Entladungsgefäße oder Ventile
zugeführt, z. B. über zündstiftgesteuerte Entladungsgefäße, welche in Antiparallelschaltung
zwischen die Primärwicklung des Transformators und das Stromversorgungsnetz geschaltet
sein können. Die Sekundärwicklung des Transformators ist direkt an das Werkstück
angeschlossen und kann Ströme von beispielsweise io ooo bis 5o ooo Ampere bei q.
bis io Volt führen.
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In neuerer Zeit ist festgestellt worden, daß es vorteilhaft ist, wenn
man den Schweißtransformator mit einem hochmagnetisierbaren Kern ausrüstet, z. B.
mit einem Kern aus Silizium-Eisen-
Werkstoff mit Vorzugsrichtung.
Schweißtransformatoren mit derartigen Kernen haben sich wegen ihrer kleinen. Abmessungen,
ihres geringen Gewichtes und guten Wirkungsgrades bewährt und werden häufig verwendet.
Ein solcher Kern wird in der üblichen Ausführung als aufgeschnittener Bandringkern
auch als C-Kern oder als Typ-C-Kern bezeichnet. Beim Schweißen mit Schweißgeräten,
welche diesem Stande der Technik entsprechend einen Schweißtransformator mit einem
Kern aus Silizium-Eisen-Werkstoff mit Vorzugsrichtung aufweisen, sind nun gewisse
Schwierigkeiten aufgetreten. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß der Transformator
dazu neigt, während der Schweißzeit und insbesondere beim jeweiligen Einschalten
übermäßig hohe Ströme aufzunehmen.
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Ziel der Erfindung ist es, Einrichtungen zur Stromversorgung eines
Transformators mit hochmagnetisierbarem Kern, und zwar zur intermittierenden Versorgung
mit einem Strom, dessen Amplitude innerhalb vorbestimmter Grenzen genalten werden
soll, zu schaffen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Steuerkreises,
der vorzugsweise für elektrische Widerstandsschweißgeräte verwendbar ist, bei denen
der Strom über elektrische Entladungsgefäße, wie z. B. antiparallel geschaltete
zündstiftgesteuerte Entladungsgefäße, zugeführt wird.
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Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt darin,
einen neuen Steuerkreis für eine elektrische Entladungseinrichtung, beispielsweise
eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre, zu schaffen.
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Die Erfindung geht nun von der Tatsache aus, daß bei der Verwendung
von Kernwerkstoffen mit Vorzugsrichtung der Bandringkern die günstigste Bauform
für den Transformatorkern darstellt, da nur dann die magnetische Vorzugslage voll
ausgenutzt wird. Aus Fertigungsgründen - vor allem zur Erleichterung des Aufbringens
der Wicklungen - ist man jedoch allgemein dazu übergegangen, statt des Bandkernes
den Schnittbandkern zu verwenden, d. h. den Bandringkern in zwei C-förmige Hälften
aufzuschneiden, und ihn nach dem Aufschieben fertiggewickelter Spulenkörper wieder
zusammenzufügen. Durch das Aufschneiden des Bandkernes ist jedoch der kontinuierliche
Eisenweg unterbrochen, so daß der Kern nunmehr mit einem Luftspalt versehen ist.
Je besser es gelingt, den Luftspalt des wieder zusammengesetzten Kernes durch hierzu
geeignete Verfahren möglichst klein zu machen, um so weitgehender nähern sich die
Eigenschaften des Schnittbandkernes denen des ungeschnittenen Bandringkernes. Auf
Grund des Luftspaltes ist nun aber der remanente Magnetismus im Kern, der am Ende
eines Schweißimpulses vorhanden ist, verhältnismäßig gering; er liegt praktisch
in der Nähe von Null. Bei jedem neuen Schweißimpuls - gleich welcher Richtung -
muß also der Kern praktisch von dem gleichen Magnetisierungszustand aus aufmagnetisiert
werden. Da man aber den Kern eines Transformators bekannt-]ich zur Vermeidung einer
Überdimensionierung derart bemißt, daß er bei einem fließenden Wechselstrom, bei
dem er dauernd von einem positiven zu einem negativen Maximum ummagnetisiert wird,
die Sättigungsgrenze gerade nicht überschreitet, wird nun hier, weil die Magnetisierung
praktisch bei Null einsetzt, in jeder Einschalthalbwelle - unabhängig von ihrer
Polarität - die Sättigungsgrenze überschritten, wenn die volle Halbwelle auf den
Transformator gegeben wird, und es resultieren hieräus die nachteiligen Stromspitzen
in der Primärwicklung, die bei den bekannten, oben beschriebenen Transformatoren
auftreten.
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Gemäß den vorbezeichneten, der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben
betrifft die Erfindung eine elektronische Schalteinrichtung mit zündstiftgesteuerten
Entladungsgefäßen in Antiparallelschaltung für einen Transformator, insbesondere
einen Schweißtransformator, der einen Kern aus hochmagnetisierbarern Werkstoff mit
Vorzugsrichtung und kleinem Luftspalt, vorzugsweise einen Schnittbandkern aus Siliziumeisen,
aufweist, wobei zur Vermeidung eines Überstromes in der Einschalthalbwelle das zuerst
stromführende Entladungsgefäß um eine vorgegebene Zeit später zündet als in den
folgenden Halbwellen; die Erfindung besteht darin, daß ein RC-Glied DN, das eine
Sperrkomponente für die Steuerspannung einer dem Entladungsgefäß i .T zugeordnete
Zündröhre i FT liefert, durch seine einstellbare Entladungszeitkonstante die Zündverzögerung
bestimmt, und daß das RC-Glied vor der Zündung über einen Gleichrichter
31 und den Zündstift 1S des zuerst zündenden Entladungsgefäßes r J von der
Anodenspannung des zweiten Entladungsgefäßes a J periodisch aufgeladen und nach
erfolgter Zündung unwirksam wird.
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Da das erste der Entladungsgefäße, welches die Stromführung übernimmt,
verspätet in der ersten (positiven) Halbwelle gezündet wird, ist der Strom durch
dieses Gefäß und durch die Primärwicklung des Schweißtransformators verhältnismäßig
klein. Die Sättigung und der sich hieraus ergebende verhältnismäßig hohe Strom während
dieser Halbwelle werden somit vermieden. Die Induktion im Transformatorkern am Anfang
der folgenden Halbwelle entspricht dem Strom, der während der ersten Halbwelle übertragen
wurde, und selbst eine verhältnismäßig große Halbwelle des Schweißstromes von entgegengesetzter
Polarität läßt keine übermäßig große Induktion von entgegengesetzter Polarität entstehen.
Beispielsweise sei angenommen, daß das erste Entladungsgefäß eine Viertelperiode
nach dem Nulldurchgang der ersten positiven Halbwelle der Netzspannung stromführend
wird. In diesem Falle erreicht die Induktion im Transformatörkern am Anfang der
folgenden (negativen) Halbwelle, während der das andere Entladungsgefäß den Strom
übernehmen muß, ihren maximalen Wert. Dieses zweite, dem ersten zweckmäßig in an
sich bekannter Weise antiparallel geschaltete Entladungsgefäß wird dann also bei
einer
Induktion von beachtlicher Höhe, aber entgegengesetzter Polarität
gegenüber derjenigen, wie sie von dem letztgenannten Entladungsgefäß bewirkt wird,
durchlässig. Die durch die vollausgesteuerte Halbwelle des Stromes im letztgenannten
Entladungsgefäß bewirkte Änderung der Induktion verläuft von der maximalen Induktion
entgegengesetzter Polarität zu einer entsprechenden Induktion mit einer Polarität,
die dem Strom durch das letztgenannte Entladungsgefäß entspricht. Diese Induktion
ist für die Sättigung des Kernes nicht ausreichend.
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Bei dem Gerät nach der Erfindung werden die Steuerkreise für die Entladungsgefäße
derart aufgebaut, daß eines der Entladungsgefäße, welches als das führende Gefäß
bezeichnet werden kann, erstmals während eines beliebigen Schweißintervalls oder
eines Schweißimpulses stromführend gemacht wird und danach während jeder zweiten
Halbwelle durchlässig ist. Das andere Entladungsgefäß, welches als das folgende
Gefäß bezeichnet werden kann, ist während der dazwischenliegenden Halbwellen stromführend.
Der Steuerkreis des führenden Entladungsgefäßes enthält Mittel zur Energiespeicherung,
beispielsweise einen Kondensator, der während der Halbwellen aufgeladen wird, in
denen die Anoden-Kathoden-Spannung für das folgende Entladungsgefäß positiv ist,
und zwar nur so lange, wie das folgende Gefäß während dieser Halbwellen nicht stromführend
ist. In der ersten (positiven) Halbwelle, in der das führende Gefäß durchlässig
ist, stellt die Ladung, die dem vorgenannten Kondensator während der vorangegangenen
(negativen) Halbwelle aufgedrückt worden ist, sicher, daß das führende Gefäß in
dieser ersten positiven Halbwelle verspätet stromführend wird. Während der folgenden
(positiven) Halbwellen für das führende Gefäß gestattet der Kondensator, der während
der dazwischenliegenden Halbwellen nicht aufgeladen wurde, weil das folgende Gefäß
stromführend war, dem führenden Gefäß, in diesen Halbwellen schon frühzeitig Strom
zu führen.
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Die die Erfindung kennzeichnenden neuartigen Eigenschaften sind vorstehend
in allgemeiner Form beschrieben. Die Erfindung selbst jedoch wird sowohl nach ihrem
Aufbau wie nach ihrer Wirkungsweise zusämmen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen
in der folgenden Beschreibung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten besonderen
Ausführungsbeispieles näher erläutert. In Fig. i ist die Hysteresekurve für einen
Transformator mit einem Kern aus gewöhnlichem Kernwerkstoff, d. h. aus normalem
Dynamoblech, dargestellt; Fig. 2 zeigt die Hysteresekurve eines Transformators mit
einem Kern aus Silizium-Eisen-Werkstoff mit Vorzugsrichtung und mit kleinem Luftspalt;
Fig. 3 ist ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; Fig.
q. zeigt Diagramme, welche die Arbeitsweise des in Fig. 3 dargestellten Gerätes
erkennen lassen. Die Fig. i und 2 dienen zur Erläuterung der Erkenntnisse, auf denen
die Erfindung aufbaut. Fig. i zeigt die Magnetisierungskurve und die Hysteresekurve
für einen Transformator, dessen Kern aus gewöhnlchem Transformatorblech aufgebaut
ist. In dem Diagramm ist die Induktion senkrecht aufgetragen und der Magnetisierungsstrom
waagerecht aufgetragen. In diesem Falle verläuft die Hysteresekurve in einer Schleife,
die eine gewisse Fläche umschließt, und der Wechsel in der Magnetisierung bei Änderung
des Magnetisierungsstromes verläuft verhältnismäßig allmählich.
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Der Schweißtransformator ist gewöhnlich so entworfen und der Eisenkernquerschnitt
so dimensioniert, daß bei normalem Betrieb die Induktion entsprechend der Kurve
z. B. von Punkt F i nach F:2 bzw. von F:2 nach F i verläuft, in Abhängigkeit davon,
wie sich die Polarität des der Primärwicklung zugeführten Stromes ändert. Am Ende
jedes Schweißimpulses bleibt in dem Kern ein remanenter Fluß entsprechend Punkt
RF i oder RF 2 bestehen, und die Polarität des der Primärwicklung am Anfang eines
folgenden Schweißintervalls zugeführten Stromes ist gewöhnlich dem remanenten Fluß
entgegengerichtet. Daher kann die Polarität des Einschaltstromes vorzugsweise so
gewählt werden, daß sich bei einem remanenten Fluß im Punkt RF i der Fluß in Richtung
von RF i nach F 2 ändert, d. h. in der Richtung, wie sie der Pfeil in Fig. i angibt.
In diesem Falle steigt die Induktion anfänglich auf einen höheren Wert als F:2 an,
beispielsweise bis zu einem Punkt F3, da die NIagnetisierung des Transformators
beim Remanenzpunkt RF i einsetzt, d. h. eher als am Punkt F i, der unterhalb des
Remanenzpunktes RF i liegt. Da hier die Permeabilität des Kernes gegenüber dem Punkt
F i erheblich größer ist, kommt es nicht zu einem wesentlichen Anwachsen des Magnetisierungsstromes
durch die Primärwicklung während der ersten Halbwelle eines Schweißimpulses. Entsprechendes
gilt, wenn von einem remanenten Fluß im Punkt RF :2 ausgegangen wird. Die Induktion
nimmt während der ersten Halbwelle des Schweißimpulses auf eine Höhe ab, die dem
Punkt Fq. ent-. spricht. Diese Induktion ist größer als diejenige, die dem Punkt
F i entspricht, jedoch ist hier die Permeabilität noch groß, und der Magnetisierungsstrom
durch die Primärwicklung wird nicht übermäßig hoch.
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Völlig andere Verhältnisse ergeben sich bei einem Transformator, der
einen Kern aus Silizium-Eisen-Werkstoff mit Vorzugsrichtung oder einen ähnlichen
Kern hoher Magnetisierung mit kleinem Luftspalt hat; die Hysteresekurve für einen
derartigen Kern ist in Fig. 2 dargestellt. Der Transformator ist dann gewöhnlich
so entworfen, daß seine Induktion sich entlang der Kennlinie von einer Höhe, die
dem Punkt F 5 entspricht, zu einer Höhe entsprechend dem Punkt F6 verändert und
in der umgekehrten Richtung von F6 nach F5, wenn sich die Stromrichtung durch
die Primärwicklung umkehrt. Wenn der Kern - wie im vorliegenden Fall - als Schnittbandkern
mit einem Luftspalt
versehen ist, so ist der remanente Fluß niedrig.
Er hat hier lediglich eine Größe, die beispielsweise den Punkten RF 5 und RF 6 entspricht,
welche nahe dem Nullpunkt liegen.
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Es soll zunächst angenommen werden, daß der remanente Fluß in der
ersten Halbwelle eines Schweißimpulses dem Punkt RF 5 entspricht. Der dem Transformator
bzw. der Primärwicklung des Transformators während dieser ersten Halbwelle zugeführte
Magnetisierungsstrom erreicht eine erhebliche Höhe, wenn er in einem frühzeitigen
Zeitpunkt der Halbwelle einsetzt. Dieser Strom ist von solcher Polarität, daß das
Absinken und das darauffolgende Wiederansteigen der Induktion entsprechend der Hysteresekurve
vom Punkt RF 5 zum Punkt F 6 erfolgt, d. h. in Richtung des angegebenen Pfeiles.
Da der Kern nahezu völlig entmagnetisiert ist, steigt die Induktion anfangs nicht
nur bis zum Punkt F6 an, sondern bis zu einem wesentlich höher liegenden Punkt
F7. Dementsprechend ist der sich bei einem dem Punkt RF6 entsprechenden remanenten
Fluß ergebende Magnetisierungsstrom während der ersten Halbwelle so groß, daß er
eine Induktion hervorruft, die dem Punkt F 8 entspricht. Die den Punkten F 7 und
F 8 entsprechende Permeabilität des Kernes ist aber gering, und der durch die Primärwicklung
fließende Magnetisierungsstrom ist daher sehr groß und ergibt unerwünschte Folgen.
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Dieser Nachteil wird in an sich bekannter Weise dadurch beseitigt,
daß dem Transformator während der ersten Halbwelle eines Schweißimpulses weniger
Strom zugeführt wird als während der folgenden Halbwellen. Auf diese Weise wird
die anfängliche übermagnetisierung des Kernes des oben beschriebenen Schweißtransformators
vermieden. Diese Aufgabe wird beispielsweise durch die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung
gelöst, die ein Schweißgerät, eine Stromversorgungseinrichtung, einen Zeitgeber
und eine Magnetventilsteuerung umfaßt. Die Einrichtung wird vdn Hauptsammelschienen
oder Leitern L i und L2 gespeist, die an die Sammelschienen eines üblichen Stromversorgungsnetzes
mit einer Versorgungsspannung von beispielsweise 22o oder 38o V oder auch einer
höheren Spannung angeschlossen sein können. Der Zeitgeber arbeitet mit einer niedrigeren
Spannung, als sie von den Leitern L i und L 2 abgenommen werden kann, und wird daher
über Leitungen AL i und AL :2 von einem Hilfstransformator
AT i gespeist, dessen Primärwicklung AP i an 'die Leiter L i und
L2 angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung AS i mit den Leitern
AL i und AL 2
verbunden ist.
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Zu dem Schweißgerät gehört ein Schweißtransformator T mit einer Primärwicklung
P, einer Sekundärwicklung S und einem Kern C aus hochmagnetisierbarem Werkstoff,
vorzugsweise einem Schnittbandkern aus Silizium-Eisen mit Vorzugsrichtung, wobei
dieser Kern C einen engen Luftspalt G hat. An die Sekundärwicklung S sind ein Paar
Schweißelektroden E i und E2 angeschlossen. Die Elektrode E 2 kann unter dem Einfluß
eines in einem Flüssigkeitszylinder hydraulisch angetriebenen Kolbens mit dem Werkstück
W unter Druck in Verbindung gebracht und von ihm gelöst werden. Der Flüssigkeitsstrom
zu dem Kolben %vird durch ein Ventil V gesteuert, welches durch einen Elektromagneten
SV von der Magnetventilsteuerung betätigt werden kann.
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Zu der Str--mversorgungseinrichtung gehört ein Paar elektrischer Entladungsgefäße
oder elektrischer Entladungseinrichtungen, z. B. ein Paar zündstiftgesteuerter Entladungsgefäße
i J und 2l. jede Röhre hat eine Anode i i, eine Kathode 13 und einen Zündstift 15.
Die Anoden i i und Kathoden 13 sind entgegengesetzt bzw. antiparallel geschaltet
zwischen den Leitern L i und L2 und der Primärwicklung P des Schweißtransformators
eingefügt.
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Den Röhren iJ und 2J sind als Zündgefäß vorzugsweise je ein gittergesteuertes
Gas- oder Dampfentladungsgefäß i FT und 2 FT zugeordnet. jede dieser
Zündröhren hat eine Anode 21, eine Kathode 23 und ein Steuergitter 25. Die Anode
2i jeder der Röhren i FT und 2 FT ist jeweils an die Anode i i der
zugehörigen Röhre i J bzw. 2 J angeschlossen. Die Kathode 23 jeder Zündröhre i
FT und 2FT ist mit dem Zündstift 15 der zugehörigen Leitungsröhre verbunden.
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Zwischen dem Steuergitter 25 und der Kathode 23 der Röhre i
FT sind Mittel eingeschaltet, mit deren Hilfe es möglich wird, dem Gitter
eine zusammengesetzte Spannung aufzudrücken. Eine Komponente dieser Spannung ist
eine von den Leitern L i und L 2 über einen Transformator AT
2,
der eine Primärwicklung AP 2 und ein Paar Sekundärwicklungen i
AS 2 und 2 AS 2 hat, abgeleitete Gittersperrspannung. Diese Spannung
fällt über einen Widerstand Bin einem von der Sekundärwicklung iAS2 gespeisten Stromkreis
mit einem Gleichrichter 27 und einem zweiten Widerstand K ab. Der Widerstand B ist
mit einer Anschlußklemme an das Steuergitter 25 der Röhre i FT über einen
Gittervorwiderstand 29 angeschlossen. Der Gleichrichter 27 ist so gepolt, daß der
am Steuergitter liegende Punkt des Widerstandes B elektrisch negativ gegenüber der
anderen Anschlußklemme des Widerstandes B ist.
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Der Strom durch den Widerstand B kann gesperrt und seine Wirkung auf
die Gittervorspannung durch eine Gegenspannung unterdrückt werden, die von einem
Zündtransformator FT abgeleitet werden kann, welcher über den Zeitgeber gespeist
wird und eine Primärwicklung FP und Sekundärwicklungen i FS und 2 FS hat. Der Stromkreis
der Sekundärwicklung i FS dieses Transformators ist über den Widerstand K geschlossen.
Die Transformatoren FT und AT 2 sind derart miteinander verbunden,
daß die von der Sekundärwicklung i FS des Transformators FT gelieferte Spannung
der Spannung über dem Widerstand B entgegenwirkt, und diese sperrt während der Halbwellen,
in denen sie über den Gleichrichter 27 dem Widerstand B aufgedrückt wird. Vorzugsweise
soll die von der Sekundärwicklung i FS gelieferte
Spannung entgegengerichtete
Phasenlage gegenüber der von der Sekundärwicklung i AS 2 abgegebenen Spannung und
eine größere Amplitude haben. Dann nämlich ist der Strom durch den Widerstand B
völlig gesperrt, wenn die Sekundärwicklung i FS Strom führt.
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Eine andere Komponente der Steuerspannung wird von einem Netzwerk
DN geliefert, welches einen Kondensator 3 i enthält, dem ein fester Widerstand 33
und ein einstellbarer Widerstand 35 parallel geschaltet sind. Dieses Netzwerk DN
ist mit einer Anschlußklemme über einen Gleichrichter 37 und einen einstellbaren
Widerstand 39 an die Anode 21 der Röhre i FT angeschlossen, wobei der Gleichrichter
so eingeschaltet ist, daß er positiven Strom vom Netzwerk zur Anode der Zündröhre
führt. Unter positivem Strom soll hier der Fluß von positiven Ionen oder Löchern
verstanden werden zum Unterschied von einem Elektronenstrom. Die andere Anschlußklemme
des Netzwerkes DN ist mit der Kathode der Röhre i FT verbunden und führt
über den Zündstift 15 und die Kathode 13 der Röhre i J zu dem Leiter L2. Ein Widerstand
41 ist zwischen den Gleichrichter 37 und diese zweite Anschlußklemme eingeschaltet.
Das Netzwerk DN ist an den Verbindungspunkt des Widerstandes B, über dem die erste
Komponente der Steuerspannung abfällt, mit dem Widerstand K angeschlossen, durch
den diese erste Komponente gesperrt wird.
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Es ist erkennbar, daß das Netzwerk DN im Ruhestand der Gesamteinrichtung
aufgeladen wird, und zwar während der Halbwellen, in denen der Leiter L 2 elektrisch
positiv gegenüber dem Leiter L i ist, wobei der Strom, ausgehend vom Leiter L2 über
die Kathode 13 und Zündstift 15 der Röhre i J, das Netzwerk DN, den einstellbaren
Widerstand 39 und die Primärwicklung P des Schweißtransformators T, zu dem
Leiter L i fließt. Der einstellbare Widerstand 39 hat dabei einerseits einen
so hohen Widerstandswert, daß dieser Strom den Zündstift 15 der Röhre i J nicht
beschädigt, andererseits aber einen so niedrigen Widerstandswert, daß sich das Netzwerk
DN während jeder der Halbwellen auf ein immerhin beachtliches Potential auflädt.
Der einstellbare Widerstand 35 des Netzwerkes DN wird vorzugsweise so eingestellt,
daß sich der aufgeladene Kondensator über ihn auf ein niedriges Potential in einem
Zeitintervall entlädt von der Größenordnung etwa einer Halbwelle der Netzspannung.
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Die Sperrspannung für den Gittersteuerkreis der Röhre 2 FT
wird durch ein Netzwerk B i geliefert, welches aus einem Kondensator 51 besteht,
dem ein Widerstand 53 parallel geschaltet ist. Dieses Netzwerk wird über einen Gleichrichter
55 von der Sekundärwicklung 2AS2 gespeist. Ein der vom Netzwerk B i gelieferten
Gittervorspannung entgegenwirkendes Potential kann von einem Netzwerk
AN i abgeleitet werden, das von der Sekundärwicklung 2 FS des Zündtransformators
FT über einen Gleichrichter 57 gespeist wird. Das Netzwerk AN i enthält
einen Kondensator6i, dem ein Widerstand 63 parallel geschaltet ist. Das Gittervorspannungsnetzwerk
B i ist mit einer Anschlußklemme an das Steuergitter 25 der Röhre 2 FT über
einen Gittervorwiderstand65 angeschlossen; mit der anderen Anschlußklemme ist es
über das Netzwerk AN i mit der Kathode 23 der Röhre 2 FT verbunden.
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Bei einem zufriedenstellend arbeitenden Ausführungsbeispiel des Gerätes
nach der Erfindung enthält die Stromversorgungseinrichtung folgende Bauelemente:
| Zündstoffgesteuerte Gas- |
| entladungsröhren i J und 2 J in der Größe ent- |
| sprechend dem zu |
| erwartenden Be- |
| triebsstrom ausge- |
| wählt |
| gittergesteuerte Gasentladungs- |
| röhren i FT und 2 FT . . . . . . den zündstoffge- |
| steuerten Gasent- |
| ladungsröhren ent- |
| sprechende Zünd- |
| gefäße |
| Gittervorwiderstände 29, 65 . . o,i Megohm |
| Spannung an i AS2 und 2AS2 45 Volt |
| Widerstand B . . . . . . . . . . . . . . . . 68oo Ohm |
| Widerstand K . . . . . . . . . . . . . . . 68oo Ohm |
| Spannung an iFS . .... .. .. .. i5o Volt |
| (Scheitelwert) |
| Kondensator 31 . . . . . . . . . . . . . . o, i Mikrofarad |
| einstellbarer Widerstand 35 . . 25 000 Ohm |
| fester Widerstand 33 . .. .. .. .. ioooo Ohm |
| einstellbarer Widerstand 39 . . ioooo bis |
| 25 ooo Ohm |
| Widerstand 41 . . . . . . . . . . . . . . . io ooo Ohm |
| Kondensator 51 . . . . . . . . . . . . . . 0,5 Mikrofarad |
| Kondensator 61 .............. o,i Mikrofarad |
| Widerstand 53 . .. .. .. .. .. .. .. 4700o Ohm |
| Widerstand 63 . . . . . . . . . . . . . . . 33 000 Ohm |
| Spannung an 2FS . .. .. .. .. . i5o Volt |
| (Scheitelwert) |
| Glättungskondensatoren (nicht |
| näher bezeichnet) . . . . . . . . . . 0,002 Mikrofarad |
Der Zeitgeber kann von beliebiger bekannter Bauart sein. Er kann jedoch vorzugsweise
mit einer Röhre WT ausgerüstet sein, welche eine Anode 17 i, :ine Kathode 173, ein
erstes Steuergitter 175 und -in zweites Steuergitter 177 aufweisen kann. Diese Röhre
WT führt nur während der Schweißintervalle Strom.
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Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung ist die Anode 17i der Röhre
WT - wie in Fig. 3 dargestellt - über die Primärwicklung FP und die Sekundärwicklung
HS i einer der Heiztransformatoren des Zeitgebers an den Leiter AL i und
die Kathode 173 an den Leiter AL 2 angeschlossen. Die EIeizsekundärwicklung
HS i hat sehr niedrigen Widerstand, und daher ist die Primärwicklung FP n der Tat
über die Röhre WT zwischen die Leiter AL i und AL 2 geschaltet und führt
nur dann Strom, wenn die Röhre WT durchlässig ist.
Die Magnetventilsteuerung
kann ebenso in beliebiger bekannter Bauart ausgeführt sein. Sie kann jedoch vorzugsweise
für die Erfüllung der Aufgabe im Sinne der vorliegenden Erfindung - wie in Fig.
3 angedeutet - über Leiter L0 i und L0 2 angeschlossen sein, welche Strom
führen, solange die Anoden E i und E:2 mit dem Werkstück W in Verbindung gehalten
werden. Die Verbindung zwischen dem Zeitgeber und der Magnetventilsteuerung wird
über Leitungen LJ i und LJ2 hergestellt, die ein Steuersignal vom Zeitgeber auf
die Magnetventilsteuerung übertragen; um diese zu betätigen und hierzu die Leiter
ZO i und ZO 2 an Spannung zu legen. Die Leitungen L0 i und ZO 2
werden
von den Leitern L i und L 2 gespeist und sind zwischen diesen Leitern
in Reihe mit der Magnetwicklung des Elektromagneten SV für das Magnetventil
h geschaltet.
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Die Beschreibung der neuen Einrichtung in der Bereitschaftsstellung
und die Erläuterung ihrer Wirkungsweise wird an Hand Fig. q. vorgenommen, in der
Oszillogramme a, b und c dargestellt sind. In dem Diagramm a ist die den
Zündgefäßen i FT
und 2FT aufgedrückte Anodenspannung in Abhängigkeit von der
Zeit und die magnetische Induktion im Kern C des Transformators T ebenfalls in Abhängigkeit
von der Zeit aufgezeichnet. Spannung und Induktion sind senkrecht und die Zeit waagerecht
aufgetragen. Im Diagramm b sind die über dem Widerstand B und die über dem Widerstand
K abfallenden sowie die in dem Netzwerk DN erzeugten Spannungen in Abhängigkeit
von der Zeit dargestellt, wobei die Spannungen wiederum senkrecht und die Zeit waagerecht
aufgetragen sind. In Diagramm c sind die in den Netzwerken B i bzw.
AN i erzeugten Spannungen gleichfalls über der Zeit aufgetragen.
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Im Bereitschaftszustand der Einrichtung gemäß der Erfindung sind in
der Zeichnung nicht dargestellte Leistungsschalter oder Trennschalter zwischen den
Leitern L i und L:2 und den Sammelschienen des Versorgungsnetzes -geschlossen
und somit die Leiter Li und L2 an Spannung gelegt. Die Kathoden der verschiedenen
Zündgefäße in der Stromversorgungseinrichtung, der Zeitgeber und die Magnetventilsteuerung
sind an Spannung gelegt, und einige der Zündröhren des Zeitgebers können auch bereits
Strom führen. Dagegen stehen die Leiter ZO i und ZO 2 im Bereitschaftszustand
der neuen Einrichtung nicht unter Spannung, und die Röhre WT und damit die Primärwicklung
FP sind nicht stromführend. Die Sekundärwicklungen i FS und 2 FS führen daher auch
keinen Strom, und sowohl der mit dem Widerstand B in Reihe geschaltete Widerstand
K als auch das Netzwerk AN i sind ohne Spannung. In dieser Zeit wird das Netzwerk
B i während der Halbwellen aufgeladen, in denen die Anode der Röhre i
FT positiv gegenüber seiner Kathode ist. Der Spannungsverlauf, der durch
diese Aufladungs- bzw. Entladungsvorgänge zustandekommt, ist aus den Spannungskurven
unter der Abszisse des Diagramms c in Fig. q. ersichtlich. Unter diesen Umständen
führen die Röhren 2 1 und das Zündgefäß 2FT keinen Strom, und das Netzwerk
DN wird während der Halbwellen aufgeladen, in denen die Anode des Zündgefäßes 2FT
positiv gegenüber seiner Kathode ist. Die Spannung am Netzwerk DN ist durch die
erste - im Diagramm b am weitesten links dargestellte - Spannungskurve unter der
Abszisse ersichtlich. Außerdem wird während der Halbwellen, in denen die Anodenspannung
der Röhre i FT positiv gegenüber der an seiner Kathode ist, der Strom von
der Sekundärwicklung i AS :2 über den Widerstand B geführt, da zu
dieser Zeit an der Sekundärwicklung i FS keine Spannung liegt. Dieser Strom hat
negative Polarität in bezug auf die Kathode der Röhre i FT und ist durch
die zweite Kurve des Diagramms b in Fig. q. dargestellt. Zur gleichen Zeit werden
die Spannung am Widerstand B und die Spannung am NetzwerkDN wirksam und sperren
dieRöhre i FT.
Die Spannung zwischen den Anoden 2i und den Kathoden 23 der
Röhren i FT und 2 FT in dieser Zeit wird durch die erste, zweite und
dritte Spannungskurve auf der linken Seite im Diagramm a in Fig. q. aufgezeigt.
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Wenn nun eine Schweißung ausgeführt werden soll, wird das Werkstück
W auf der Elektrode E i genau eingerichtet und ein dem Schweißer zugänglicher Schalter
betätigt, welcher in der Zeichnung nicht dargestellt, aber gewöhnlich am Zeitgeber
angebracht ist. Mit der Betätigung dieses Schalters wird der Zeitgeber eingeschaltet.
Hierdurch wird zunächst ein Signal über die Leiter LJ i und LJ2 an die Magnetventilsteuerung
übermittelt, so daß durch die Leiter ZO i und ZO 2 und damit durch die Magnetwicklung
des Elektromagneten SV
Strom fließt. Der Elektromagnet SV zieht an,
öffnet das Ventil V und bewirkt, daß die Elektrode E2 an das Werkstück W angepreßt
wird und daß ein ausreichender Druck zwischen den Elektroden E i und E2 und dem
Werkstück W ausgeübt wird.
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Am Ende eines vorbestimmten Zeitintervalls, das auf die Übertragung
eines Signals über die Leiter LJ i und LJ2 folgt, wird die Röhre WT des Zeitgebers
stromführend. E i wird nun ein Impuls über die Primärwicklung FP übertragen, die
ihrerseits entsprechende Spannungsimpulse auf die Sekundärwicklung induziert, und
der durch die erste Spannungskurve oberhalb der Zeitachse im Diagramm b der Fig.
q. dargestellte Spannungsimpuls tritt jetzt über dem Widerstand K in Erscheinung.
Diese Spannung ist von entgegengesetzter Polarität gegenüber der Spannung, die zur
gleichen Zeit über dem Widerstand B abfällt, und der Strom von der Sekundärwicklung
i AS 2, welcher die Spannung über dem Widerstand B hervorruft, wird gesperrt, so
daß die Spannung über dem Widerstand B verschwindet. Das Wegfallen dieser Spannung
ist aus dem Diagramm bin Fig. q. dadurch ersichtlich, daß unterhalb der die Spannung
über dem Widerstand K darstellenden Spannungskurve keine entsprechende Kurve angegeben
ist. Das Fehlen der Sperrspannung über dem Widerstand B hat nun aber nicht zur Folge,
daß die Röhre i FT sofort stromführend wird, da nämlich während der unmittelbar
vorausgehenden
Halbwelle das Netzwerk DN aufgeladen wurde und dieses Netzwerk sich am Anfang der
Halbwelle, in der die Spannung dem Widerstand K aufgedrückt wurde, noch im Entladungszustand
befindet und die von ihm dem Gitter 25 aufgedrückte Steuerspannung am Anfang der
Halbwelle noch ausreichend groß ist, um die Röhre i FT nicht stromführend
zu halten. Nach einem Intervall von der Dauer etwa einer Viertelperiode nach dem
Einsetzen der am Widerstand K abfallenden Spannung hat sich das Netzwerk DN so weit
entladen, daß es die Stromführung der Röhre i FT
nunmehr zuläßt. Die Röhre
wird also in dem Zeitpunkt stromführend, wie es in Fig. q. durch die strichpunktierte
senkrechte Linie angegeben ist. Die Stromführung der Röhre i FT bewirkt das
Zünden der Röhre i J, und damit fließt Strom von dem Leiter L i über die Primärwicklung
P und die Röhre i J zum Leiter L2. Dieser Strom wird durch die Schraffur im zweiten
Teil der vierten Halbwelle dargestellt - gezählt von der linken Seite im Diagramm
a der Fig. q.. Es wird in Erinnerung zurückgerufen, daß die die Schraffur nach oben
begrenzende Kurve weder die Spannung an der Röhre i FT noch die der Röhre
i J darstellt. Die Schraffur wird lediglich angegeben, um die genannten Vorgänge
besser verständlich zu machen.
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Der Strom durch die Primärwicklung P und die Röhre i J bewirkt das
Anwachsen der Induktion im Transfbrmatorenkern c von der anfänglichen Höhe, wie
sie bei Punkt RF 5 (Fig. 2) angenommen wurde, die nur wenig von Null abweicht, zu
einer Höhe entsprechend dem Punkte F 6 und ein anschließendes Absinken auf eine
Höhe entsprechend dem Punkt RF6. Diese Änderung der Induktion, wie sie auch durch
die erste der Induktion entsprechende Halbwelle in dem Diagramm a dargestellt ist,
ist um eine Viertelperiode in der Phase gegenüber dem Strom durch die Primärwicklung
P verschoben. Die Induktion erreicht daher ihre maximale Höhe entsprechend dem Punkte
F6 nahezu im Nulldurchgang der an der Röhre i FT und damit an der Röhre i
J liegenden Spannung. Wenn der Leistungsfaktor des Schweißgerätes etwa den Wert
i hat, geht auch der durch die PrimärwicklungP fließende Strom zur gleichen Zeit
durch Null. Wenn das nicht der Fall ist, ist der Nulldurchgang des Stromes um einen
dem Leistungsfaktor entsprechenden Phasenwinkel verschoben. In jedem Falle aber
ist die Induktion, wenn sie sich in einer dem Punkt F 6 entsprechenden Höhe befindet,
zeitlich gesehen in den Bereich, in dem der Strom gegen Null geht.
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Wenn die Primärwicklung FP an Spannung gelegt wird, induziert sie
gleichzeitig Spannung an die Sekundärwicklung 2FS, die ihrerseits das Netzwerk
AN i auflädt. Auf diese Weise entsteht am Netzwerk AN i eine Spannung,
wie sie durch die Kurven oberhalb der Zeitachse im Diagramm c angegeben ist. Diese
Spannung liegt in Phase mit der Spannung am Widerstand K, aber der Widerstand und
die Kapazität des Netzwerkes AN i bewirken, daß die Spannung am Kondensator
in einem solchen Verhältnis abklingt, daß dann, wenn die Anodenspannung der Röhre
2FT positiv wird, die Sperrspannung des Netzwerkes B i überboten und die Röhre
2 FT stromführend wird. Die Röhre zündet dann die Röhre 2 J, und der Strom
fließt in einen Kreis, der, vom Leiter L2 ausgehend, über die Röhre :2 J und die
Primärwicklung P zu dem Leiter L i führt. Dieser Strom hat positive Polarität gegenüber
dem Strom, der durch die Röhre i J fließt.
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Wenn ein hoher Leistungsfaktor angenommen wird, setzt der Strom kurz
nach dem Nulldurchgang der positiven Halbwelle der Anoden-Kathoden-Spannung ein,
die der Röhre 2 J aufgedrückt wird. Zu diesem Zeitpunkt hat die Induktion im Kern
C des Transformators T die Höhe erreicht, die dem Punkt F 6 in Fig. 2 entspricht.
Wenn nun der durch die Primärwicklung P fließende Strom anwächst und wieder abfällt,
nimmt die Induktion auf einen Wert ab, der dem Punkt RF6 entspricht, und steigt
mit entgegengesetzter Polarität wieder an. Dieser Wechsel ist im Diagramm a in der
durchhängenden Halbwelle der Induktionskurve dargestellt. Möglicherweise kann die
Induktion dabei so eine dem Punkt F 5 entsprechende Höhe erreichen. Dieser Wechsel
der Induktion ist wiederum in der Phase gegenüber der der Röhre 2 J aufgedrückten
Spannung um etwa eine Viertelperiode verschoben und erreicht die maximale Höhe F
5, wenn die Spannung an der Röhre 2 J durch Null geht.
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"Die Röhre 2 J liegt in der Tat parallel zu dem Aufladestromkreis
für das Netzwerk DN. Da der Spannungsabfall in der Röhre :2J während der
Stromführungszeit verhältnismäßig klein ist, ist das Aufladen des Netzwerkes DN
während des Intervalls, in dem die Röhre 2 J Strom führt, vernachlässigbar klein,
d. h., das Netzwerk wird praktisch nicht aufgeladen. Diese Verhältnisse sind durch
die gestrichelt gezeichnete, leicht durchhängende Kurve im Diagramm b angedeutet.
Zur gleichen Zeit führt auch die Röhre WT wieder Strom, und so tritt ein Spannungsimpuls
über dem Widerstand K auf, um die Stromlieferung von der Sekundärwicklung iAS2 zu
kompensieren. Dadurch tritt keine Spannung am Widerstand B auf. Da das Netzwerk
DN jetzt im wesentlichen ungeladen ist, d. h. am Anfang der Halbwelle während der
die Anodenspannung der Röhre i FT positiv ist, zündet die Röhre i
FT jetzt am Anfang oder kurze Zeit nach dem Anfang der Halbwelle, und das
Ignitron i J wird nunmehr bereits am Anfang dieser Halbwelle stromführend. In diesem
Zeitpunkt aber hat die Induktion die dem Punkt F 5 entsprechende Höhe erreicht und
nicht die dem Punkt RF 5 entsprechende Höhe, die sich nur wenig von Null unterscheidet.
Während jetzt die Röhre i J Strom führt, schwingt sich die Induktion von der dem
Punkt F 5 entsprechenden Höhe zu einer Höhe auf, die dem Punkt F6 entspricht, und
nicht zu einer Höhe, die eine übermäßig starke Sättigung des Kernes bewirken würde
(wie sie beispielsweise bei Punkt 7 erreicht würde). Am Ende dieser Halbwelle ist
das Netzwerk AN i noch
immer wirksam, und die Röhre 2 FT
zündet die Röhre z I. Die Induktion im Kern C geht dann von der dem Punkt F6 entsprechenden
Höhe zu einer dem Punkt F 5# entsprechenden Höhe zurück, und sie ist auf dieser
dem Punkt F 5 entsprechenden Höhe dann angelangt, wenn die Halbwelle der Anoden-Kathoden-Spannung
an der Röhre i FT einsetzt.
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In diesem Zeitpunkt jedoch ist die Stromführung der Röhre WT des Zeitgebers
beendet. Es wird nunmehr keine Spannung mehr über dem Widerstand K erzeugt, und
die über dem Widerstand B abfallende Spannung wird wieder wirksam. Sie sperrt die
weitere Stromführung der Röhre 1 FT,
und die Röhre 1 I wird dadurch nicht
gezündet. Das Schweißintervall ist damit beendet. Die Induktion- im Kern C des Schweißtransformators
sinkt auf eine Höhe, die dem Punkt RF 5 entspricht, wie dies aus Diagramm a in Fig.
4 ersichtlich ist. -Wenn für den Zeitgeber ein solcher mit hoher Impulsfolge verwendet
wird, läuft die Schließzeit der Elektroden E 1 und E:2 ab, während die Röhre
WT noch Strom führt und der Strom durch die Leiter ZO 1 und ZO
2 schon unterbrochen ist. Der Elektromagnet SV wird abgeschaltet, schließt
seinerseits das Ventil V und bewirkt dadurch die Rückbewegung der Elektrode :2 vom
Werkstück W. Während einer Pausenzeit kann jetzt der Zeitgeber neu eingestellt und
das Werkstück W für eine weitere Schweißung neu eingerichtet werden.
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Während sich Darstellung und Erläuterung nur auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung erstrecken, sind hiervon verschiedene Abwandlungen ini Rahmen der
Erfindung möglich.