-
Schaltungsanordnung zur von der jeweiligen Größe einer Steuerspannung
abhängigen, zeitlich linearen Aufladung von Kondensatoren Es ist bereits bekannt,
die Schaltzeit elektrischer Einrichtungen durch die Dauer des jeweiligen Aufladevorganges
von Kondensatoren zu bestimmen. Hierbei ist es erwünscht, daß sich die Aufladung
der betreffenden Kondensatoren in Abhängigkeit von der Größe einer Steuerspannung
zeitlich linear vollzieht, damit die Genauigkeit der jeweiligen Zeitbestimmung für
alle möglichen Zeitwerte die gleiche ist. Das Bestreben, eine zeitlich lineare Aufladung
von Kondensatoren zu erreichen, ist bereits bekannt, doch konnte es bisher nur durch
die Verwendung von sehr empfindlichen Elektronenröhren, wie beispielsweise Penthoden,
erreicht werden, die einen Einsatz derartiger Anordnungen in einem rauhen Betrieb
unterworfenen elektrischen Einrichtungen, deren Schaltzeit begrenzt werden soll,
verhindern. Außerdem ist es bei diesen bekannten Anordnungen nicht möglich, die
Steuerung der Kondensatoraufladung auch noch von der Größe einer Steuerspannung
abhängig zu machen in der Weise, daß das Produkt aus dieser Steuerspannung und der
jeweiligen Aufladezeit dem Ladezustand des Kondensators direkt proportional ist.
Soll aber beispielsweise die Schweißzeit einer elektrischen Schweißmaschine mit
Hilfe einer Kondensatoraufladung begrenzt werden, so genügt es nicht, den Ladezustand
eines Kondensators der Aufladezeit proportional zu machen, da die erforderliche
Schweißzeit auch noch von der Größe des Schweißstromes abhängig ist und infolgedessen
erfordert, daß der Ladezustand des Meßkondensators dem Produkt aus einer vom Schweißstrom
abhängigen Steuerspannung und der jeweiligen Aufladezeit des Kondensators direkt
proportional ist.
-
Um eine derartige Anordnung handelt es sich zwar bei einer anderen
bekannten Anordnung, durch die bestimmte Schaltvorgänge in Abhängigkeit eines Produktes
aus Strom und Zeit gesteuert werden sollen. Bei dieser Anordnung wird aber keine
lineare Aufladung des Steuerkondensators vorgenommen, sondern es ist ein besonderer
Übertrager vorhanden, dessen übertragungsverhältnis von der Größe des Ladestromes
unabhängig ist, d. h. daß dieser Übertrager nicht in seinem Sättigungsgebiet arbeitet.
Außerdem sind zwei Elektronenröhren erforderlich, von denen eine gasgefüllt sein
muß. Durch eine andere bekannte Anordnung läßt sich lediglich die lineare Entladung
eines Kondensators erreichen, die auch mit Hilfe eines Halbleiters vorgenommen werden
kann. Wie bei der zuerst erwähnten bekannten Anordnung fehlt auch hier die Berücksichtigung
einer die Aufladung bestimmenden Steuerspannung, da ja der Entladevorgang selbst
durch eine solche Steuerspannung nicht beeinflußt werden kann. Die Erfindung betrifft
demgegenüber eine Schaltungsanordnung, bei der in Abhängigkeit von der jeweiligen
Größe einer Steuerspannung eine zeitlich lineare Aufladung von Kondensatoren, die
durch die Dauer ihres jeweiligen Aufladevorganges die Schaltzeit elektrischer Einrichtung
bestimmen. Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß der aus einer von der
Steuerspannungsquelle unabhängigen weiteren Spannungsquelle gespeiste Ladestromkreis
des Kondensators die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors in Reihe mit der
Steuerspannungsquelle und einem Widerstand enthält, wobei die Emitter-Kollektor-Strecke
des genannten Transistors durch den von der Steuerspannungsquelle aufgebrachten
und über den Widerstand fließenden Basis-Emitter-Strom des Transistors geöffnet
wird.
-
Die Auswertung des jeweiligen Ladezustandes des Kondensators zur Festlegung
der jeweiligen Schaltzeit der zu steuernden elektrischen Einrichtung erfolgt zweckmäßig
in der Weise, daß eine den Ladezustand des Kondensators überwachende Schalteinrichtung
die Öffnung und Schließung der aus der ersten Gleichspannungsquelle, einem Widerstand
und der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors bestehenden Reihenschaltung bewirkt
und damit gleichzeitig die jeweilige Schaltzeit der zu steuernden elektrischen Einrichtung
festlegt. Um bei der Festlegung der Schaltzeiten von Veränderungen in der Betriebsspannung
unabhängig
zu sein, ist es vorteilhaft; den Ladestrom für den Kondensator einer stabilisierten
Spannungsquelle zu entnehmen.
-
Eine derartige Anordnung zur linearen Aufladung von Kondensatoren,
um dadurch die Schaltzeit elektrischer Einrichtungen zu bestimmen, kann auch dazu
verwendet werden, Impulsfolgen hoher Frequenzkonstanz zu formen, wobei die jeweilige
Schaltzeit, die durch den Aufladezustand des Kondensators bestimmt wird, die Impulsbreite
oder Impulsfrequenz der einzelnen Impulse bestimmt. Für diesen Anwendungszweck der
Erfindung wird vorgeschlagen, den Kondensator nach Ansprechen der seinen Ladezustand
überwachenden Schalteinrichtung durch Kurzschluß wieder zu entladen, worauf dann
der Aufladevorgang von Neuem beginnt. Außerdem ist zur Überwachung des Ladezustandes
des Kondensators der Emitter des die Aufladung dieses Kondensators steuernden Transistors
mit der Basis. eines weiteren Transistors verbunden, während der Impulsgeber selbst
im Emitter-Kollektor-Kreis dieses Transistors liegt.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 eine Einrichtung zur Voreinstellung der Schweißladung elektrischer
Schweißmaschinen und Fig. 2 eine Einrichtung zur Bildung einer Impulsfolge hoher
Frequenzkonstanz.
-
Bei der Steuerung elektrischer Schweißaggregate ist es des öfteren
notwendig, das Produkt von Schweißstrom und Schweißzeit voreinzustellen. Bei den
herkömmlichen voreinstellbaren Schweißmaschinen lassen sich diese beiden Funktionen
meist nur getrennt einstellen. Es kann nun aber vorkommen, daß die Oberfläche des
zu schweißenden Werkstücks von einer Oxydschicht überzogen ist, die durch den Schweißstrom
erst durchgebrannt werden muß, bevor er seine volle voreingestellte Höhe erreichen
kann. Da die Einstellung der Schweißzeit bei diesen bekannten Aggregaten getrennt
von derjenigen des maximalen Schweißstromes erfolgt, findet die Unterbrechung der
Schweißung immer nach derselben zeit ohne Rücksicht darauf, ob das üblicherweise
mit »Schweißladung« bezeichnete Produkt von Schweißstrom und Schweißzeit größer
oder kleiner war, statt. Durch die Verwendung der Erfindung kann man aber bei derartigen
Aggregaten die Schweißladung konstant halten, indem der Schweißstrom dem Ladestrom
des Kondensators proportional gemacht wird.
-
In Fig. 1 ist das eigentliche Schweißaggregat SA nur schematisch dargestellt.
Es besteht aus einem Schweißtransformator STR, an dessen Sekundärwicklung die Schweißelektroden
SE angeschlossen sind. Ein Schalter S schaltet den Schweißstrom ein, und in Reihe
mit diesem Schalter S liegt ein Ruhekontakt r
einer Schalteinrichtung
R, die den Ladezustand des Kondensators C überwacht. Wird der Schalter S durch ein
Schütz betätigt, so wird man zweckmäßigerweise den Kontakt r der Schalteinrichtung
R in den Magnetstromkreis dieses Schützes legen, so daß bei einem Wirksamwerden
der Schalteinrichtung R das Schütz S in seine Ausgangsstellung gebracht wird und
dabei den Schaltkontakt S öffnet. Über einen weiteren Stromwandler SU wird
ein Teil des Schweißstromes dem Gleichrichter Gl zugeführt und die gleichgerichtete
Spannung, die dem jeweiligen Schweißstrom direkt proportional ist, gelangt auf den
durch den Widerstand WS gebildeten Spannungsteiler. Mit Hilfe des Abgriffes A dieses
Spannungsteilers wird eine Spannung U1 abgenommen und an den Emitter des Transistors
Tr sowie über den Widerstand Wi an die Basis des Transistors Tr angeschaltet. Eine
weitere S konstante Spannungsquelle U 2 ist an den Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors
Tr angeschaltet, wobei dieser Stromkreis über den Widerstand Wi sowie den Kondensator
C verläuft. Außerdem liegt in diesem Stromkreis auch die Spannung U l, die
dem Schweiß-Strom direkt proportional ist.
-
Wird zu Beginn eines Schweißvorganges der Schalter S geschlossen,
so fließt über den Widerstand Wi ein bestimmter Strom, der zum größeren Teil aus
der Spannungsquelle U2 und zum kleineren Teil aus der Spannungsquelle U1 stammt.
Der aus der Spannungsquelle U2 stammende Stromanteil fließt über die Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors Tr, den oberen Anteil des Spannungsteilers WS, den Widerstand Wi
zum Kondensator C, der dadurch aufgeladen wird. Der aus der Spannungsquelle U 1
stammende kleinere Stromanteil durchfließt ebenfalls den Widerstand Wi sowie die
Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr. Verringert sich nun als Folge .der Aufladung
des Kondensators C der über diesen Kondensator fließende Ladestrom, so vermindert
sich damit auch die am Widerstand Wi auftretende Gegenspannung für die Spannungsquelle
U1, womit gleichzeitig die Spannung an der Basis des Transistors Tr erhöht wird.
Diese Spannungserhöhung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr ruft aber
wiederum ein stärkeres Fließen des Ladestromes über die Emitter-Kollektor-Strecke
dieses Transistors hervor, so daß damit der Abnahme des Ladestromes, bedingt durch
die steigende Ladung des Kondensators C, entgegengewirkt wird. Durch geeignete Wahl
der einzelnen Konstanten der gezeigten Schaltungsanordnung kann man also erreichen,
daß die Spannung am Kondensator C und auch die Spannung zwischen dem Emitter des
Transistors Tr und dem der Basis des Transistors Tr abgewandten Belag des Kondensators
C annähernd proportional dem Produkt der Spannung U1 mal der Ladezeit ist. Da aber
die Spannung U1 direkt proportional dem Schweißstrom ist, kann mit der gezeigten
Anordnung die Schweißladung unabhängig von der Größe des jeweils fließenden Schweißstromes
konstant gehalten werden. Sobald nämlich der Kondensator C auf einen bestimmten
Wert aufgeladen ist, spricht die überwachungseinrichtung R an und öffnet mit dem
Ruhekontakt r den Primärstromkreis des Schweißtransformators STR.
-
Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung arbeitet prinzipiell in derselben
Weise wie diejenige in Fig. 1. Unterschiedlich ist nur, daß die Steuerspannung U
1 sich während eines Schaltvorganges nicht ändert, sondern im Gegenteil mit Hilfe
einer Zenerdiode Z1 immer auf einem konstanten Wert gehalten wird. Werden die Spannungen
U 1 und U 2 eingeschaltet, so lädt sich der Kondensator C wiederum annähernd linear
dem Produkt aus Ladestrom mal Ladezeit auf, und nach Erreichen eines bestimmten
Ladezustandes, der mit Hilfe des Relais K überwacht wird, erfolgt ein Kurzschluß
des Kondensators mit Hilfe des Kontaktes k und damit die Einleitung eines neuen
Vorganges. Das Relais K, das selbstverständlich auch durch eine elektronische Einrichtung
ersetzt werden kann, liegt in dem Kollektorkreis eines weiteren Transistors Tr2,
dessen Basis mit dem Emitter des Transistors Trl verbunden ist. Da dem Emitter des
Transistors
Tr2 andererseits über eine weitere Zenerdiode Z2 eine konstante Vorspannung gegeben
wird, ist dafür gesorgt, daß die Umschaltung immer gleichmäßig, d. h. in stets gleichbleibenden
Zeitabständen, erfolgt. Ein derartiges schwingungsfähiges System kann infolge seiner
hohen Frequenzkonstanz und wegen seiner Eignung für lange Perioden vorteilhaft,
unter anderem auch zur Zeitmessung, benutzt werden.