DE713246C - Einrichtung zur Steuerung der Zeit fuer die Abgabe elektrischen Stromes, insbesondere in Widerstandsschweissanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Steuerung der Zeit für die Abgabe elektrischen Stromes, insbesondere in Widerstandsschiweißanlagen. Zur Stromlieferung dient in bekannten Anlagen dieser Art ein Leistungstransformator, der an die Stromquelle über entgegengesetzt parallel geschaltete Entladungsgefäße angeschlossen ist. Diesen sind Zündröhren der Gasentladungs-.

type zugeordnet, deren eine von einer Anlaßröhre derselben Type entsprechend der Ladung· einer Kapazität gesteuert wird. Diese Kapazität wind während jeden Schweißvorganges aufgeladen, und die Schweißzeit wird bestimmt durch die Zeit, die erforderlich ist, damit die Potentiiialdifierenz zwischen den

. Belegungen der Kapazität einen vorbestimmten Wert einnimmt. Derartige Kapazitätsbegrenzer arbeiten in Anlagen obiger Art sehr zufriedenstellend, falls die Zeit der ao Schweißstromstöße verhältnismäßig kurz ist, beispielsweise 5 bis 10 Halbperioden eines 50- bis 6operiodischen Wechselstromes ausmacht; Schwierigkeiten entstehen nur, wo die Zeit der Stromgabe länger ist, beispielsweise wenn 20 Halbperiaden gebraucht werden und während dieser Zeit die Veränderung des aufgedrückten Potentials zwischen den Belegungen der Kapazität, die nach praktischen Gesichtspunkten bemessen ist, verhältnismäßig klein ist. In einem solchen Fall engeben kleine Differenzen in dem dem Stromkreis sowie der Kapazität aufgedrückten Anfangspotential Veränderungen bei der

Zeit regelung. Von vorherrschender Bedeutung ist in dieser Beziehung der Brennspannungsabfall der Hilfsanlaßröhre, über die die Kapazität aufgeladen wird. Dieser Span-, nungsabfall verändert sich über einen wesentlichen Bereich durch Temperaturverändarung und andere unvermeidbare Einflüsse. Infolge dieser Änderungen ändert sich auch das der Kapazität aufgedrückte Potential in ίο erheblichem Ausmaße, ebenso wie die Zeit, die dieses Potential benötigt, um von einem Wert zu einem zweiten Wert zu gelangen.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, um die Zeit der Schweißstromljeferung in Anlagen obiger Art genau zu begrenzen, und zwar für solche Fälle, in denen Schweißimpulse erheblicher Länge erforderlich sind, insbesondere handelt es sich hierbei um Stromlieferungen mit periodischer Abgabe von Impulsen in der Größenordnung von 20 Halbperioden. Die Erfindung besteht nun darin, daß die Einwirkung der Änderungen des Brennspannungsaibfalles der Anlaßröhre für die Zeitbegrenzung kompensiert wird. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß im Anodenstromkreis der Anlaßröhre ein Spannungsteiler angeordnet ist, an dessen Enden die Zeitkapazität und ein einstellbarer Widerstand in Reihe angeschlossen sind, und daß hierzu der Leiter, über den das Steuerpotential dem Regelkreis der Zündröhre aufgedrückt wird, in Brückenschaltung liegt und mit einer einstellbaren Anzapfung.des Spannungsteilers \^rerbunden ist.

. 35 In Fig. ι der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 2 zeigt in einer Kurventafel die Wirkung.

An die Sekundärwicklung 5 eines Transformators 3 sind die Schweißelektroden 7 angeschlossen. Die Primärwicklung 11 wird aus den an die Stromquelle angeschlossenen Leitern 13 und 15 über zwei elektrische Hauptentladungsgefäße 17 und 19, die in. Gegenparallelschaltung liegen, gespeist. Diese Gefäße enthalten eine Anode 21 aus Nickel, Kohle o.. dgl., eine Quecksilberkathode 23 und eine Zündelektrode 25 aus Material hohen Widerstandes, wie Borkarbid, die in das Quecksilber eintaucht. Der Zündstrom wird über Zündröhren 27 bzw. 29 der Dampfentladungstype geliefert. Diese Röhren weisen eine Anode 31, eine geheizte Kathode 33 und eine Steuerelektrode 35 auf und sind mit einer Gasfüllung versehen, beispielsweise Quecksilberdampf. Die Röhren 27 und 29 sind anfänglich nicht leitend durch die Wirkung eines Gegenpotentials im Steuerkreis der Röhre 27, das durch die Ladung einer Kapazität S7 über einen Gleichrichter. 41 aus einem an die Stromquelle 13, 15 angeschlossenen Transformator entsteht. 'Die Zündröhre 29 wird erst mittelbar durch den Strom in dem Hauptentladungsgefäß 17 gezündet.

Um den Schweißvorgang einzuleiten, wird ein Hand- oder Fußschalter 45 aus der dargestellten Lage, in der eine zur Zeitregelung dienende Kapazität 47 an einen Entladungswiderstand 49 anlegt, in die untere Stellung gebracht, in der er einen Stromkreis über die Anlaß röhre 51 schließt. Diese Röhre ist ebenfalls von der Dampfentladungstype und enthält eine Anode 53, eine geheizte Kathode SS und eine Regelelektrode 57 in einer Gas- oder Dampffüllung geeigneten Druckes. Beim Umlegen des Anlaßschalters 45 wird die Anode 53 über einen Spannungsteiler 63 mit dem positiven Pol 59 einer Gleichstromquelle 61 verbunden. Der negative Pol 65 der Stromquelle ist dauernd mit der Kathode 55 der Anlaßröhre 51 verbunden. Das Glei'chstrompotential wird über einen Gleichrichter 67 und einen Transformator der Stromquelle 13, 15 entnommen.

Die Anlaßröhre 51 ist mit einem Sperrpotential versehen, das von einer Gegenkapazität 69 ausgeht. Dem Sperrpotential wird ein Potential von spitzer Wellenform überlagert, das von der Sekundärwicklung 71 eines Transformators 73 geliefert wird, 'dessen Primärwicklung 75 an die Stromquelle 13, 15 über einen regelbaren Widerstand jy angeschlossen ist. Der primäre und sekundäre Stromkreis des Sättigungstransformators 73 sind dauernd geschlossen, und demzufolge werden die spitzen Potentialimpulse dauernd der Steuerelektrode 57 und der Kathode 55 der Anlaßröhre aufgedrückt. Die Phasenlage der Impulse in den Halbwellen der Xetzspannung wird durch die Größe des Widerstandes 77 in dem Primärkreis des Transformators 73 bestimmt.

Ehe der Ankßschalter 45 geschlossen ist, halben die Impulse in dem Regelkreis der Anlaßröhre 51 keinerlei Wirkung. Wenn aber ein Impuls in dem Regelkreis der Anlaßröhre 51 während der ersten positiven Halbwelle des Anoden-Kathoden-Potentials nach dem Anlassen durch den Schalter 45 auftritt; wird die Röhre 51 leitend. Es fließt nun der Strom in einem Stromkreis, der von dem positiven Pol 59 über den Spannungsteiler 63, den Schalter 45, die Anode 53 und die Kathode 55 der Anlaßröhre 51 zu idem negativen Pol 65 verläuft. Die Kapazität 47 ist in Reihe mit einem die Ladungszeit der Kapazität bestimmenden, entsprechend einstellbaren Widerstand 79 an dieEnden des Spannungsteilers 63 anesgchlossen. Wenn Strom durch diesen fließt, wird daher die Kapazität 47 an ihrer oberen Belegung 8 r positiv und an der unteren BeIe-

gung 83 negativ, wobei die Größe des Ladestroms von der Größe des Widerstandes 79 abhängt.

Die obere Belegung 81 der Kapazität 47 und der Widerstand 79 sind mit der Kathode 33 der Zündröhre 27 über die Sperrkapazität 37 verbunden, während die einstellbare Anzapfung 85 des -^Spannungsteilers 63 an die Steuerelektrode 35 derselben Röhre über einen Widerstand 87 angeschlossen ist. Die zwischen der Steuerelektrode 35 und der Kathode 33 aufgedrückte Spannung ist deshalb gleich dem Potenzialunterschied zwischen der Anzapfung 85 und der oberen Belegung 81 der Kapazität 47 zuzüglich dem Sperrpotential des Kondensators 37. Anfänglich ist das erstgenannte Potential positiv und hebt es die Sperrwirkung des zweiten Potentials auf. Wenn aber die Kapazität 47 aufgeladen wird, nimmt das positive Potential allmählich ab, bis das Sperrpotential wieder zur Wirkung kommt.

Die Zündröhre 27 wird an die Stromquelle 13, 15 über einen Stromkreis angeschlossen, der sich erstreckt von 13 über den Leiter 89, die Primärwicklung 11 des Transformators 3, die Leiter 91 und 93, die .Anode 31, die Kathode 33, die Zündelektrode 25 und die Kathode 23 des zugehörigen Hauptentladungsgefäßes 17, den Leiter 95 und den Leiter 97 zu dem -anderen Leiter 15. Während der Zeit, in der das ,Sperrpotential ausgeglichen ist, wird die Zündröhre27 für jede Halfbwelle leitend gemacht, in der ihr Anoden-Kathoden-Potential positiv ist, und macht sie das zugeordnete Entladungsgefäß 17 leitend, so daß der Schweißstrom geliefert wird. Der Stromfluß während jeder dieser positiven Halbwellen beginnt an einem Punkt der Halbwelle, der durch die Einstellung des Widerstandes 7J bestimmt wird, und fließt, bis ein Punkt in der darauffolgenden negativen Halbwelle erreicht wird, der durch den Leistungsfaktor der Belastung und den Änlaßwinkel bestimmt wird. Die Größe der idem Steuerkreis der Zündröhre 27 aufgedrückten Potentiale und das Maß der Aufladung der Kapazität sind derart, daß das Hauptentladungsgefäß 17 während wechselnder Halbwelten für eine Zeit Strom führt, die von der gewünschten Art des Schweiß Vorganges abhängig ist.

Die dem anderen Hauptentladungsgefäß 19 zugeordnete Zündröhre 29 wird durch einen Transformator 9 gesteuert, dessen Primärwicklung 10 unmittelbar an die Enden der Primärwicklung 11 des Schweißtransforanators 3 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung 12 Hegt an der Steuerelektrode 35 und über eine entgegengeschaltete Kapazität 39 an der Kathode 33 der Zündröhre 29. Wenn Strom durch das Hauptentladungsgefäß 17 fließt und der Schweißtransformatorkreis im Begriff steht, unterbrochen zu wenden, wird ein Potential dem Regeltransformator der anderen Zündröhre 29 aufgedrückt. Da in diescm Zeitpunkt der Leiter 15 mit Bezug auf den anderen Leiter 13 positiv ist und das Anoden-Kathoden-Potential der Zündröhre 29 ebenfalls positiv ist, wird diese Röhre 29 leitend und ein Zündimpuls dem zugeordneten Hauptentladungsgefäß 19 geliefert. Stromhalbwellen, deren Polarität entgegengesetzt den durch das Ventil 17 gelieferten Wellen ist, werden so dem Entladungsgefäß 19 zu-. geführt, solange als das Sperrpotential an der Zündröhre 27 ausgeglichen ist. Dementsprechend werden nach dem Schließen des Schaltens 45 eine Reihe von Stromstößen den Schweißelektroden zugeführt, und zwar für eine Zeit, die durch das Maß der Ladung der Zeitbegrenizerkapaziität 47 bestimmt ist.

Da die Kapazität 47 über die Anlaßröhre 51 geladen wind und sie nebst Widerstand 79 bestimmt, wie lange die Entladungsgefäße 17 und 19 leitend bleiben, wunde der Brennspannungsabfall an der Röhre S1 diese Zeit beeinflussen,, wenn das Potential der Kapazität allein das Regelpotential der Zündröhre 27 bestimmen würde. Nach der Erfindung wird aber das Steuerpotential der Röhre 27 nicht nur durch die Kapazität 47, sondern auch durch den Spannungsabfall am Spannungsteiler 63 bestimmt. Dieser ändert sich zwar im umgekehrten Verhältnis mit dem Brennspannungsabfall in der Anlaßröhre 51; da aber die Ladespannung der Kapazität der Spannung am Spannungsteiler entgegengesetzt ist und sie sich nach einer Exponentialkurve aufbaut, ist der Zeitpunkt der Zündung der Zündröhre 27 und der Hauptentladungsgefäße 17, 19, der ™° in der Nähe des Nulldurchganges der Gittersteuerspannung liegt, praktisch immer der gleiche. Es ist nämlich das Potential zwischen der Steuerelektrode 35 und der Kathode 33 der Röhre 27 gleich dem positiven. Poten- i°5 tial am linken Teil des Spannungsteilers 63 zuzüglich dem negativen Potential an der Kapazität47 ^un'd dem ebenfalls negativen Gegenpotential an 37. Das Potential am linken Teil des Widerstandes 63 hängt ab von dem Span- no nungsabfall an dem ganzen Widerstand, und dieses entspricht wiederum dem Potential der Gleichstromquelle 61, vermindert um den Brennspannungsabfall in der Anlaß röhre 51. Die veränderliche Anzapfung 85 des Spannungsteilers 63 wind so eingestellt, daß auf Grund dieser Abhängigkeit die Veränderungen in dem Brennspannungsabfall an der Anlaßröhre ausigeglichen werden.

Die Wirkungsweise des Spannungsteilers 12a ist in Fig. 2 graphisch dangestellt. Diie Potentiale sind als Ondinaten und die Zeiten als

Abszissen aufgetragen. Die stark ausgezogene Kurve 14 erstreckt sich von der Potentialachse nach der Zeitachse und zeigt das dem Widerstand 79 aufgedrückte Potential als Funktion der Zeit für einen Mindestbetrag des Brennspannungsabfalles in der Anlaßröhre 51. Im Zeitpunkt Null, den man für den Augenblick des Schließens des Schalters 45 annehmen kann, ist dieses Potential gleich dem der Gleichstromquelle 61, vermindert um den Spannungsabfall in der Anlaßröhre. Während die zeitbegrenzende Kapazität 47 geladen wird, nimmt das Potential von dem Punkt 24 in Übereinstimmung mit der Kurve 14 ab. '5 Die dünne Linie 16, die ähnliche Form wie die starke Linie 14 aufweist, zeigt das Potential an dem Widerstand 79 für eine Röhre 51, die einen wesentlich größeren Spannungsabfall aufweist, als er vorher angenommen war. Da das durch die Röhre 51 verbrauchte Potential jetzt größer ist als für den durch die Kurve 14 dargestellten Fall, ist das ursprünglich dem Widerstand 79 aufgedrückte Potential kleiner, wie sich an dem Schnittpunkt 18 der Kurve 16 mit der Potentialachse ergibt.

Die stark ausgezogene waagerechte Linie 22 zeigt das Potential der Regelelektrode 35 der Zündrohre 27 mit Bezug auf die einstellbare Anzapfung 20 des Widerstandes 79, wenn der Spannungsabfall in der Anlaßröhre 51 den unteren Wert hat. Zur Vereinfachung ist hierbei angenommen, daß die verstellbare Anzapfung 85 des Spannungsteilers 63 an dem elektrischen Mittelpunkt liegt, so daß das Potential der Anzapfung gleich der Hälfte des Potentials der Gleichstromquelle 61, vermindert um den Spannungsabfall in dem Anlaßventil 51, ist. Die Linie 22 liegt deshalb auf einer Höhe, die der Hälfte der Höhe des Punktes 24 über der Zeitachse entspricht.

Zur weiteren Vereinfachung sei angenommen, daß das der Zündrohre 27 aufgedrückte Gegenpotential derart ist, daß die Röhre nicht leitend wird, wenn das Potential zwischen der Anzapfung 85 und der oberen Belegung 81 der Kapazität 47 Null oder weniger beträgt, d. h. wenn die Teile 47, 63, 79 Nullpotentiale in den Regelkreis der Röhre 27 liefern. Diese Bedingung tritt zu einem Zeitpunkt ein, der dem Schnittpunkt 26 der Linie 22 und der Kurve 14 entspricht. Wenn das Anlaßventil 51 in Übereinstimmung mit den Kurven 14 und 22 arbeitet, wird der Schweißstrom für eine Zeitspanne fließen, die dem Abstand des Punktes 26 in Richtung der Zeitachse entspricht.

Bei Einrichtungen, die in bekannter Weise arbeiten, war die Steuerelektrode 35 des Zündventils 27 nicht an die einstellbare Anzapfung S5 eines Spannungsteilers 63 angeschlossen,. wie es gemäß Fig. 1 der Fall ist, sondern mit einem Punkt der Gleichstromquelle verbunden, so daß ihr Potential sich nicht änderte, wenn der Brennspannungsabfall im Ventil 51 ein anderer wurde. Dementsprechend waren bei den vorbekannten Anordnungen in Fällen, wo der Spannungsabfall der dünnen Kurve 16 entspricht, die Hauptentladungsröhren nur für eine Zeit leitend, die durch die Abszisse des Schnittpunktes 28 der starken Linie 22 und der dünnen Kurve 16 dargestellt wird. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß diese Zeitspanne wesentlich kleiner ist als die durch den Punkt 26 dargestellte.

Dagegen ist gemäß der Erfindung das Potential der Regelelektrode 35 für den Fall eines strärkeren Brennspannungsabfalles gleich dem halben Potential der Gleichstromquelle 61, vermindert um den höheren Spannungsabfall, und es wird durch die dünne waagerechte Linie 30 dargestellt. Unter der Annähme, daß die Zeit des Schweißstromflusses an dem Punkt beendet wird, wo das Ausgangspotential der Anordnung 47, 63, 79 Null ist, wird das Ende nun an dem Schnittpunkt 32 der dünnen Linie 30 und der dünnen Kurve 16 liegen. Dieser Punkt 32 liegt unmittelbar unter dem Schnittpunkt 26 der Linien 22 und 14, und dementsprechend ist die Zeit der Leitfähigkeit genau dieselbe.

Um zu verhüten, daß eine Zündrohre durch über die Netzleitung verlaufende Spannungswellen und ähnliche Erscheinungen leitend gemacht wird, wird gemäß weiterer Erfindung eine Kapazität 40 bzw. 41 zwischen der Steuerelektrode 35 und einer der Hauptelektroden, beispielsweise der Kathode 33 der Zündröhren 27 und 29, angeordnet. Die Kapazitäten wirken beim Schließen des Steuerelektrodenkreises anfänglich wie ein Kurzschluß des in der Röhre verlaufenden Teiles und verhüten die Beeinflussung der Steuerelektrode durch zusätzliche Spannungen. Infolge der Einschaltung der Kapazität wird also die Zeiteinteilung dadurch genauer gemacht, daß Veränderungen in der Ansprechverzögerung beseitigt werden. LTm auch weiterhin Ungenauigkeiten zu vermeiden, wird das über die Kapazität aufgedrückte Anfangspotential verhältnismäßig hoch gewählt, so daß die Ansprechverzögerung kurz ist.

Um eine unerwünschte Verzögerung des Ansprechens der Zündrohre 27 zu vermeiden, ist eine Kapazität 42 zwischen der Anzapfung des Spannungsteilers 63 und· dessen positiver Klemme angeschlossen. In dem Augenblick, wo der Schalter 45 geschlossen wird, wirkt auch diese Kapazität wie ein Kurzschluß. Da hierbei die positive Klemme 59 der Gleichstromquelle sich auf dem höchst erreichbaren Potential befindet, wird dieses Potential dem Steuerkreis der Zündrohre 2"j aufgedrückt. Dieses wird deshalb mit der geringst-

möglichen Verzögerung leitend gemacht. Nachdem die Röhre einmal leitend ist, hat die Ka-'" pazität 42 keine weiteren Wirkungen. Nach dem ersten Ansprechen der Röhren 27 und 29 wird das die Zeit bestimmende Potential nur wirkungsvoll, nachdem eine volle Periode des - Hauptpotentials verflossen ist. Zu diesem Zeitpunkt ist aber die Kapazität zwischen der Steuerelektrode 35 und der Kathode 33 der Zündröhre 2.J auf ein genügend hohes Potential gebracht, um diese leitfähig zu erhalten. Die Kapazität 42 wirkt dann in der Weise, daß sie Veränderungen in der eingestellten Zeit verhindert.

Dieselbe Wirkung kann dadurch hervorgerufen werden, daß eine punktiert eingezeichnete Kapazität 43 dem den Strom begrenzenden Widerstand 87 parallel geschaltet wird. Wenn eine Periode später diese Kapazität aufgeladen ist, ist sie für die Wirkung der Einrichtung nicht mehr wesentlich.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Steuerung der Zeit für die Abgabe elektrischen Stromes, insbesondere in Widerstandsechweißanlagen, bei der der Leistungstransformator an die Stromquelle über entgegengesetzt parallel geschaltete Entladungsgefäße angeschlossen ist, denen Zündröhren der Gasentladungstype zugeordnet sind, deren eine von einer Anlaßröhre derselben Type entsprechend der Ladung einer Kapazität gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Anodenstromkreis der Anlaßröhre (51) ein Spannungsteiler (63) angeordnet ist, an dessen Enden die aufzuladende Zeitkapazität (47) und ein einstellbarer Widerstand (79) in Reihe angeschlossen sind, und der einstellbare Anzapfungspunikt (8-5) des Spannungsteilers mit der Steuerelektrode (35) der Zündröhre (27) verbunden ist, und daß dieser Spannungsteiler (63) für alle Größen des Brennspanriüngisabfalles der Anlaßröhre (51) sowohl auf die Höhe der positiven Anfangsspannung als auch der negativen Endspannung am Steuergitter (35) der Zündröhre (27) zusammen mit dem einstellbaren Zeitwiderstand (79, 20) und der Kapazität (47) auf den die Brückenschaltung liegenden Steuerstromkreis (37, 33, 35, 85) der Zündröhre (27) im Gegensinn zu einer im Steuerstromkreis wirkenden Sperrspannung (37) derart einwirkt, daß die Zeitpunkte der Zündung und der in der Nähe des Nulldurchganges der Gitterspannung liegenden Stroniunterbrechung der Anlaßröhre bei derselben Einstellung praktisch gleichbleiben.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch giekennzeichnet, daß außer je einer den Gitterkreisen'der Zündröhren (27,29) parallel geschalteten Kapazität (40 bzw. 41) eine Kapazität (42) parallel zu der einen nicht im Steuerkreis liegenden Hälfte des Spannungsteilers (63) geschaltet ist, so daß beim ersten Stromstoß auf den Spannungsteiler (63) die ganze Spannung der Stromquelle (61) der Anlaßröhre (51) auf die im Steuerkreis (35) der Zündröhre (27) liegende Hälfte des Spannungsteilers einwirkt und ein sicheres Zünden bewirkt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß .dem Schützwiderstand (87) der Steuerelektrode (35) der Zündröhre (27) eine Kapazität (43) parallel geschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen