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Einrichtung zum kurzzeitigen Einschalten eines elektrischen Verbrauchers,
insbesondere einer Punktschweißmaschine Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung
von Punktschweißmaschinen, kann aber auch zum kurzzeitigen Einschalten anderer elektrischer
Stromverbraucher verwendet werden. Sie ist von besonderer Bedeutung für Schweißmaschinen,
bei denen der Schweißtransformator mit Hilfe von steuerbaren Lichtbogenentladungsgefäßen
ein- und ausgeschaltet wird. Zur Bestimmung der Einschaltdauer sind bei solchen
Schweißmaschinen Zeitrelais vorgesehen, welche beispielsweise im Steuerkreis der
Lichtbogenentladungsgefäße liegen und den Zeitpunkt der Zündung und Sperrung dieser
Entladungsgefäße festlegen.
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Es sind Schweißmaschinenanordnungen bzw. -steuerungen bekanntgeworden,
bei denen außer dem die Dauer der Schweißzeit bestimmenden Zeitrelais ein zweites
Zeitrelais vorgesehen ist, welches in einstellbaren Zeitabständen und unabhängig
von der eingestellten Dauer der Einschaltung der Schweißmaschinen selbsttätig die
:durch das erstgenannte Zeitrelais überwachte Schweißung wiederholt. Die bekannte
Steuerungsanordnung verwendet zu dem Zweck zwei Kondensatorladekreise, die an ein
und denselben, die Ladung bestimmenden Transformator angeschlossen sind. Für die
Schweißzeit ist der eine Kondensator, für die Pausenzeit der andere Kondensator
maßgebend. Stromquelle für beide Ladestromkreise ist ein Gittertransformator, der
abwechselnd auf die beiden Kondensatoren geschaltet ist, wobei die Umschaltung
jeweils
durch ein Hilfsentladungsgefäß bestimmt wird; welches gezündet wird, sobald der
gerade in der Aufladung befindliche Kondensator eine bestimmte 1VIindestladespannung
erreicht hat. Beide Ladestromkreise sind somit bei der bekannten Steuerungsanordnung
auf das engste miteinander schaltungstechnisch gekoppelt und werden auch von ein
und demselben Transformator aus gespeist.
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Die Erfindung löst die gleiche Aufgabe auf einem anderen Wege. Wirkungstechnisch
sind ebenfalls zwei Zeitrelais vorgesehen, von denen das eine Zeitrelais die Schweißzeit
und das andere Zeitrelais die Pausenzeit bestimmt. Im Gegensatz zu der bekannten
Steuerungsanordnung sind aber zwei je in sich selbständige Zeitrelais vorgesehen,
und in den Gitterkreis eines Entladungsgefäßes, welches die Laufzeit des zweiten
Zeitrelais einschaltet, ist ein Widerstand geschaltet, dessen Stromfiuß sich am
Ende der Schweißzeit derart ändert, daß die Änderung der Spannung des Widerstandes
zur Zündung des Entladungsgefäßes führt. Die beiden Zeitrelais sind bei der Erfindung
somit nur dadurch miteinander verbunden, daß eine Strom- oder Spannungsänderung,
welche am Ende der Laufdauer des einen Zeitrelais auftritt, auf den Gitterkreis
eines Hilfsentladungsgefäßes übertragen wird, welches für die Einschaltung des anderen
Zeitrelais maßgebend ist. Weitere Verbindungen zwischen den beiden Relais sind nicht
vorhanden.
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Die Erfindung hat gegenüber der bekannten Relaisanordnung den Vorteil,
daß die Gesamtsteuerungsanordnung für den besonderen Zweck der Steuerung, sowohl
der Schweißzeit als auch der Pausenzeit, nicht besonders ausgebildet zu werden braucht.
Es können zwei an sich auch für andere Zwecke brauchbare und bereits durchgebildete
Relaisanordnungen verwendet werden. Die Änderung bzw. Ergänzung besteht nur darin,
daß ein Strom- oder Spannungsimpuls, welcher am Ende der Laufzeit des einen Zeitrelais
ausgelöst wird, als einmaliger Impuls auf .ein zu dem anderen Zeitrelais gehöriges
Hilfsentladungsgefäß übertragen wird. Dieses andere Zeitrelais wird also nur einmal
angestoßen und läuft dann selbständig «-eiter, ohne daß noch eine weitere Verbindung
mit dem erstgenannten Relais besteht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel im Schaltungsschema dargestellt,
an dem die Erfindung näher erläutert werden soll. Ein Schweißtransformator i ist
über zwei gittergesteuerte Quecksilberdampfentladüngsgefäße a und 3 an ein Wechselstromnetz
d: angeschlossen. Im Gitterkreis der Entladungsgefäße liegt ein Widerstand 5, eine
negative Sperrspannungsstelle 6 und ein Hilfstransformator 7. Der Widerstand 5 wird
durch ein gittergesteuertes Quecksilberdampfentladungsgefäß 8 an eine Gleichstromquelle
9 angeschlossen und durch ein zweites gittergesteuertes Quecksilberdampfentladungsgefäß
io kurzgeschlossen. Der Zeitabstand zwischen der Zündung des Entladungsgefäßes 8
und der Zündung des Entladungsgefäßes io bestimmt die Dauer der Einschaltung der
beiden Hauptentladungsgefäße 2 und 3 im Schweißstromkreis. Durch einen Widerstand
z i, über den ein Kondensator 12 im Gitterkreis des Entladungsgefäßes io aufgeladen
wird, wird der Zeitabstand zwischen der Zündung der beiden Entladungsgefäße 8 und
1o festgelegt. Zwei Hilfstransformatoren 13 und 14 erzeugen zusätzliche Steuerspannungen
spitzer Wellenform und sorgen dadurch für den Synchronismus zwischen der Steuerung
der beiden Entladungsgefäße 8 und io und dem Wechselstromnetz q., welches die Hauptentladungsgefäße
2 und 3 speist. Im Kathodenkreis des Entladungsgefäßes io liegt noch ein Widerstand
15, der den Strom nach dem Kurzschließen des Widerstandes 5 begrenzt.
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Das aus den Schaltungsteilen 5 bis io bestehende Zeitrelais ist in
der angegebenen Form an sich bekannt. Es kann auch durch andere Zeitschälteinrichtungen
ersetzt werden, welche dafür sorgen, daß die beiden Hauptentladungsgefäße 2 und
3 für eine bestimmte Anzahl von Halbwellen der speisenden Wechselstromquelle q.
eingeschaltet werden. Dieses Zeitrelais soll im folgenden mit Zi bezeichnet werden.
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Außer diesem Zeitrelais Z1 zur Bestimmung der Dauer der Einschaltung
der beiden Hauptentladungsgefäße 2 und 3 ist noch ein weiteres Zeitrelais Z2 vorgesehen.
Zu ihm gehören die beiden gittergesteuerten Ouecksilberdampfentladungsgefäße io
und 17, welche abwechselnd über die beiden Teilwiderstände 18 und x9 an die Gleichstromquelle
9 angeschlossen werden können. Ein Ouerkondensator 2o sargt dafür, daß jeweils beim
Zünden des einen Entladungsgefäßes das ändere erlischt. Das Steuergitter des Entladungsgefäßes
17 ist über einen Widerstand 21 und eine Sperrspannungsquelle 22 an die Kathode
angeschlossen. Außerdem ist der Widerstand 5 des Zeitrelais Z, über einen Kondensator
23 zu dem Widerstand 21 im Gitterkreis des Entladungsgefäßes 17 parallel geschaltet:
Im Gitterkreis des Entladungsgefäßes 16 liegt ein Transformator 24., welcher über
einen Kondensator 25 an die Gleichstromquelle 9 angeschlossen werden kann. Beim
Einschalten dieses Stromkreises wird das Entladungsgefäß 16 gezündet. Das Steuergitter
des Entladungsgefäßes 16 ist außerdem noch an den Verbindungspunkt zwischen einem
regelbaren Widerstand 26 und einem Kondensator 27 angeschlossen, welche zu dem Teilwiderstand
i9 parallel geschaltet sind. Dieser Kondensatorwiderstandskreis bestimmt den Zeitabstand
zwischen der Zündung der beiden Entladungsgefäße 16 und 17.
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Das aus den Schaltungsteilen 16 bis 27 aufgebaute Zeitrelais Z2 kann
'auch durch andere an sich bekannte Zeitrelaisanordnungen ersetzt werden. Wesentlich
für die Erfindung ist die schaltungstechnische Verbindung zwischen den beiden Zeitrelais
Z1 und Z2, auf die bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung noch näher
eingegangen wird.
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Zu dem Teilwiderstand 18, der durch das Entladungsgefäß 16 des Zeitrelais
Z2 eingeschaltet wird, ist die Erregerwicklung 28 eines Ventils
parallel
geschaltet, welches den Anpreßdruck der Schweißelektroden steuert, beispielsweise
dadurch, daß eine Druckluftleitung eingeschaltet wird. Außerdem ist an den Teilwiderstand
18 noch eine Erregerspule eines Umschaltrelais 29 angeschlossen, welches in seiner
Einschaltstellung das Entladungsgefäß 8 des Zeitrelais Z_1 an die Gleichstromquelle
9 anschließt. In seiner Ausschaltstellung unterbricht das Relais 29 den Anodenstromkreis
des Entladungsgefäßes 8 und schließt einen Entladekreis für den Kondensator 12 im
Gitterkreis des Entladungsgefäßes io des Zeitrelais Z1. Der Erregerwicklung des
Umschaltrelais 29 ist noch ein Hilfskontakt 30 vorgeschaltet, der geschlossen
wird, sobald der Anpreßdruck der Schweißelektroden einen bestimmten Mindestwert
erreicht hat.
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Zum erstmaligen Einschalten der Anordnung dient ein Steuerschalter
40, der beispielsweise als Fußschalter ausgebildet sein kann. Zu diesem Steuerschalter
gehören noch die beiden Relais 5o und 6o. Das Relais 5o besitzt eine Erregerwicklung
51, drei Arbeitskontakte 52, 53 und 54 sowie zwei Umschaltkontakte 55 und 56. Das
Relais 6o ist ein Umschaltrelais mit zwei Erregerwicklungen 61 und 62. Je nachdem
eine dieser beiden Wicklungen erregt wird, schließt das Relais entweder seinen Arbeitskontakt
63 oder die beiden anderen Arbeitskontakte 64 und 65.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist folgende:
Zur Einleitung des Schweißvorganges schließt der Bedienungsmann der Schweißmaschine
den Fußschalter 40 und dabei dessenArbeitskontakte41 und42. Über denArbeitskontakt
42 wird der Stromkreis für die Erreger-Wicklung 61 des Umschaltrelais 6o geschlossen,
und zwar über den Kontakt 63 des Relais 6o und den Kontakt 55 des Relais 5o. Das
Relais 6o schaltet um und schließt die Kontakte 64 und 65. Sobald der Fußschalter
4o wieder losgelassen wird, schließt sich über dessen Arbeitskontakt 43 der Stromkreis
für die Erregerwicklung 51 des Relais 5o. Dieser Stromkreis führt dabei über den
jetzt geschlossenen Kontakt 64 des Relais 6o. Das Relais 5o schließt jetzt seine
Arbeitskontakte 52, 53 und 54 und schaltet den Kontakt 55 auf den Kontakt 56 um.
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Über den Arbeitskontakt 54 des Relais 5o wird das Zeitrelais Z2 eingeschaltet;
denn der Kontakt 54 schließt den Stromkreis für die Primärwicklung des Gittertransformators
24 des Entladungsgefäßes 16 über den Kondensator 25. Im Gitterkreis entsteht dadurch
ein Spannungsstoß, welcher das Entladungsgefäß 16 zündet und über dieses Entladungsgefäß
den Teilwiderstand 18 an die Gleichstromquelle 9 anschließt. Die Spannung des Widerstandes
18 erregt das Relais 28 und leitet den Anpreßdruck für die Schweißelektroden ein.
Sobald dieser Druck einen bestimmten Mindestwert erreicht hat, wird, beispielsweise
durch ein Kontaktmanometer, der Kontakt 30 geschlossen und dadurch das Relais
29 erregt. Dieses Relais schaltet das Entladungsgefäß 8 des anderen Zeitrelais Z1
ein. Der Zeitpunkt der Zündung des Entladungsgefäßes 8 wird dabei durch die Spannungsspitze
des Gittertransformators 13 bestimmt. Wegen der Einschaltung des Entladungsgefäßes
8 des Zeitrelais Z1 entsteht am Widerstand 5 eine Spannung, durch die die beiden
Hauptentladungsgefäße 2 und 3 im Primärkreis des Schweißtransformators i gezündet
und dadurch der Schweißstromkreis eingeschaltet wird. Die beiden Entladungsgefäße
2 und 3 bleiben so lange leitend, bis der Kondensator 12 im Gitterkreis des Entladungsgefäßes
io des Zeitrelais Z1 genügend aufgeladen ist. Den genauen Zeitpunkt der Zündung
des Entladungsgefäßes io bestimmt wiederum die der Kondensatorspannung überlagerte
Spannungsspitze des Transformators 14. Sobald das Entladungsgefäß io gezündet ist,
wird der Widerstand 5 kurzgeschlossen, die Spannung dieses Widerstandes verschwindet,
und dementsprechend werden die beiden Hauptentladungsgefäße 2 und 3 gesperrt. Der
Schweißstromkreis ist jetzt abgeschaltet, der Schweißvorgang eines Schweißpunktes
ist beendet.
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Wesentlich für die Erfindung ist die Steuerverbindung zwischen den
beiden Zeitrelais Z1 und Z2, die jetzt zur Wirkung gelangt. Diese Steuerverbindung
ist dadurch hergestellt, daß die Spannung des Widerstandes 5 über den Kondensator
23 an den Gitterkreis des Entladungsgefäßes 17 des Zeitrelais Z2 angeschlossen ist.
Solange der Widerstand 5 über das Entladungsgefäß 8 des Zeitrelais Z1 an Spannung
liegt, wird der Kondensator 23 über den Widerstand 21 aufgeladen: Der Widerstand
21 ist dabei so bemessen, daß die während der Aufladung des Kondensators 23 an ihm
entstehende Spannung nicht zur Zündung des Entladungsgefäßes 17 führen kann. In
dem Augenblick, in dem am Ende der Schweißzeit die Spannung des Widerstandes 5 verschwindet,
entlädt sich der Kondensator 23 über die beiden Widerstände 5 und 21. An dem Widerstand
21 entsteht jetzt eine Spannung, die die Sperrspannung 22 überwindet und das Entladungsgefäß
17 zündet.
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Beim Zünden des Entladungsgefäßes 17 des Zeitrelais Z2 wird vermittels
des Kondensators 20 das andere Entladungsgefäß 16 gelöscht, und es wird der Teilwiderstand
i8 ausgeschaltet und dafür der Teilwiderstand i9 eingeschaltet. Infolge der Ausschaltung
des Widerstandes 18 verschwindet die Spannung an dem Druckventil 28 und dem
Umschaltrelais 29. Die Lösung des Druckventils gibt dem Bedienungsmann der Schweißmaschine
die Möglichkeit, den nächsten Schweißpunkt vorzubereiten: Durch die Ausschaltung
des Relais 29 wird der Stromkreis des Entladungsgefäßes 8 des Zeitrelais Z1 unterbrochen
und der Kondensator 12 im Gitterkreis des Entladungsgefäßes io des gleichen Zeitrelais
kurzgeschlossen bzw. entladen.
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Im Augenblick der Zündung des Entladungsgefäßes 17 des Zeitrelais
Z2 beginnt die eigentliche Laufzeit des Relais; denn es wird durch die Spannung
des Widerstandes i9 der Kondensator 27 über den regelbaren Widerstand 26 aufgeladen.
Sobald der Kondensator 27 eine genügende Spannung erreicht hat, wird das andere
Entladungsgefäß 16 des i Zeitrelais Z2 gezündet und dafür das Entladungsgefäß
17
gelöscht. In diesem Augenblick setzt der oben beschriebene Schweißvorgang von neuem
ein. Es wird wiederum das Druckventi128 geschlossen und über den l#,laiiometerkontakt
3ö das Umschaltrelais 29 eingeschaltet.
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Die für die Erfindung wesentliche Kopplung zwischen den beiden Zeitrelais
Z1 und Z2 besteht somit darin, daß eine Spannungsänderung bzw. eine Stromänderung,
welche am Ende der Laufzeit des Zeitrelais Z1 entsteht, die Laufzeit des anderen
Zeitrelais Z2 beginnen läßt. Diese Spannungsänderung ist das Verschwinden der Spannung
an dem Widerstand 5 im Gitterkreis der Hauptentladungsgefäße 2 und 3. An Stelle
dieser Spannungsänderung könnte auch die Änderung der Spannung des zu dem gleichen
Zeitrelais Z1 gehörigen Widerstandes 15 gewählt werden. Es müßte in diesem Falle
nur die schaltungstechnische Kopplung mit dem Entladungsgefäß 17 des Zeitrelais
Z2 etwas anders gewählt werden; denn die Spannung am Widerstand 15 des Relais Z1
nimmt im Gegensatz zu der Spannung des Widerstandes 5 dieses Relais nicht ab, sondern
zu. Die Spannung des Widerstandes 15 könnte somit unmittelbar als Zündspannung für
das Entladungsgefäß 17 des anderen Zeitrelais Z, verwendet werden. Wesentlich ist
in jedem Falle, daß es sich um eine Spannungs- oder Stromänderung handelt, die am
Ende der Einschaltzeit der beiden Hauptentladungsgefäße 2 und 3 eintritt. Dadurch
wird erreicht, daß die in diesem Augenblick eingeleitete Pausenzeit von der Dauer
der Schweißzeit vollständig unabhängig ist. Änderungen, welche in der Einstellung
des Schweißvorganges, also beispielsweise an dem Regelwiderstand I i des Zeitrelais
Z1. vorgenommen -werden; haben keinen Einfluß auf die zwischen das Ende der Schweißzeit
und den Wiederbeginn der neuen Schweißung geschaltete Pausenzeit.
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Dem Bedienungsmann der Schweißmaschine steht für die Vorbereitung
des neuen Schweißpunktes unabhängig von der Dauer der Schweißzeit stets eine bestimmte
vorher einstellbare Zeit zur Verfügung. Die Größe der Zeit hängt bei dem Ausführungsbeispiel
von der Einstellung des Widerstandes 26 an dem Zeitrelais Z2 ab.
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In der vorstehend geschilderten Weise wechseln sich Schweißzeit und
Pausenzeit regelmäßig ab, bis der Bedienungsmann der Schweißmaschine den Fußschalter
.a.0 zum zweitenmal bedient. Durch den Arbeitskontakt .42 dieses Fußschalters wird
jetzt die Erregerwicklung 62 des Umschaltrelais 6o eingeschaltet, und zwar über
die beiden geschlossenen Kontakte 65 und 56. Das Relais 6o schaltet um, unterbricht
den Kontakt 6.4 und öffnet damit den Haltestromkreis der Erregerwicklung 51 des
Relais 5o, welcher vorher über die Kontakte 52 und 64 geschlossen war. Durch die
Ausschaltung ü des Relais 5o wird dessen Arbeitskontakt 54. unterbrochen und dadurch
die Verbindung der beiden Entladungsgefäße 16 und 17 des Zeitrelais Z2 mit
der Gleichstromquelle g abgeschaltet. Die gesamte Schaltanordnung befindet sich
jetzt wieder im Ruhezustand. Der nächste Schweißvorgang kann erst einsetzen, sobald
der Fußschalter q:0 von neuem bedient wird. Der Schweißvorgang läuft dann so ab,
wie es oben im einzelnen erläutert worden ist.
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Die beschriebene Zeitschalteinrichtung für eine Schweißmaschine kann
in ihren Einzelheiten durch andere bekannte Schaltelemente ersetzt werden. Die beiden
Zeitrelais Z1 und Z2 können durch andere Arten von elektrischen Zeitschalteinrichtungen
ersetzt werden. Wesentlich ist nur, daß die beiden Zeitrelais untereinander in der
beschriebenen Weise miteinander verbunden sind. Es muß dafür gesorgt werden, daß
der Ablauf des Schweißvorganges in einstellbaren Zeitabständen und unabhängig von
der .eingestellten Schweißdauer selbsttätig wiederholt wird. Das eine der beiden
Zeitrelais besorgt dabei die Dauer der eigentlichen Schweißzeit, also die Dauer
der Einschaltung des Schweißstromkreises, während das andere Zeitrelais den Zeitabstand
zwischen dem Ende des Schweißvorganges und der Wiedereinleitung des nächsten Schweißvorganges
selbsttätig steuert.
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Obwohl die Erfindung für die Steuerung von Schweißmaschinen von besonderer
Bedeutung ist; kann sie auch für andere Stromverbraucher angewendet werden, bei
denen in regelmäßiger Folge der Verbraucher kurzzeitig ein- Lind wieder ausgeschaltet
werden soll.