DE961375C - Schaltungsanordnung, insbesondere zur Steuerung eines elektrischen Widerstandsschweissgeraetes - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 4. APRIL 1957

N 7600 VIIId/2i h

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, bei der einer in Reihe mit der Belastung geschalteten Entladungsrohre oder -röhrenanordnung ein Strom von jeweils genau bestimmter, insbesondere mehr als eine Halbperiode der Speisewechselspannung umfassender Dauer zugeführt wird.

Bei derartigen bekannten Anordnungen wird die Dauer der Steuerimpulse im allgemeinen durch elektrische Zeitkreise oder durch rotierende Kontaktvorrichtungen bestimmt.

Eine besonders einfache und wenig störanfällige Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung enthält eine Anzahl (N) von Entladunigsstrecken, denen je Arbeitstakt von der Speisewechselspannung abgeleitete Steuerimpulse zugeleitet werden, die eine gewünschte Zahl (P) der Entladung«- strecken der Reihe nach leitend bzw. wieder nichtleitend machen (wobei P^N ist) und dabei jeweils einen Zündimpuls an die mit der Belastung in Reihe geschaltete Entladungsröhre gelangen lassen, und durch eine den A^r Entladungsstrecken zu-

geordnete einstellbare Schalteinrichtung, die eine beliebig wählbare Anzahl (P ^ N) von Entladungsstrecken einzuschalten erlaubt.

Hierdurch wird es. möglich, eine eingestellte feste Schalt- oder Kontakteinrichtung anzuwenden. Die Entladungsbahnen können gasgefüllte Röhren oder Vakuumröhren sein. Im Falle von gasgefüllten Röhren können alle N Entladungsstrecken in einem gemeinsamen Gefäß untergebracht sein, ίο wobei N größer als zwei ist, wie an sich bekannt.

Jede der Belastung zugeführte halbe Stromperiode kann in an sich bekannter Weise bis zu einer vollen. Periode ergänzt werden, wenn antiparallel zu der mit der Belastung in Reihe geschalteten Entladungsröhre eine zweite Entladungsröhre geschaltet ist, die unmittelbar nach dem Ende eines jeden Stromflusses durch die erste Entladungsröhre gezündet wird und für die Dauer einer Halbperiode ao der Speisewechselspannung Strom führt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind, in der die Fig. ι schematisch eine bekannte Schaltungs-

anordnung darstellt, die mit einem Punktschweiß -

gerät verbunden und für die Zuführung einer Periode oder eines großen Teiles der Periode eines

Wechselstromes aus dem Netz während jeder Arbeitspeciode der Schaltung eingerichtet ist; Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung nach

der Erfindung·, die mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 kombiniert werden kann und bei der eine oder mehrere Perioden oder große Teile der Perioden eines Wechselstroms während jedes Arbeitstakts der Schaltung zugeführt werden können.

In Fig. ι bezeichnet 1 eine gittergesteuerte Gasentladungsstrecke (im folgenden »Thyratron« genannt), die in Reihe mit einer Wicklung 3 eines Spitzenspannungstransformators 4 und mit den Ausgangsklemmen 5 verbunden ist, wobei die Reihenschaltung über die Wechselstromquelle verbunden ist, deren Leitung 6 Spannung führt, Leitung 7 die Nulleitung ist und deren Leitung 8 mit Erde verbunden ist. Mit den Ausgangsklemmen 5 ist die Primärwicklung eines Punktschweißtransformators 9 verbunden, mit dessen Sekundärwicklung die Punktschweißelektroden 10 verbunden sind.

Umgekehrt parallel zum Thyratron 1 ist das Thyratron 2 geschaltet, dessen, Gitter mit der Wicklung 11 des Spitzenspanniungstransformators 4 verbunden ist. Das andere Ende der Wicklung 11 ist über die Parallelschaltung eines Widerstandes 13 und eines Kondensators 14 mit den Klemmen 12 verbunden, denen eine Wechselspannung in Gegenphase zu der zwischen der Anode und der Kathode vorherrschenden Wechselspannung zugeführt wird. Das Gitter des Thyratrons 1 ist mit der NuIlleitung 7 über einen Widerstand 15, die Parallelschaltung eines Widerstandes 16 und eines Kondensators 17 und die Klemmen 18 verbunden, und mit der Kathode einer gasgefüllten Entladungs- ; bahn 19 mit kalter Kathode besteht eine Verbindung über einen Kondensator 20. Den Klemmen 18 wird eine Wechselspannung in Gegenphase zu der Anoden-Kathoden*-Spannung zugeführt.

Mittels des Gleichrichters 21 und des Kondensators 22 wird der Leitung-23 Gleichspannung zugeführt ; diese Spannung wird der Anode der Röhre 19 zugeführt, wenn ein Schalter 24 eingeschaltet wird. Zwischen der Kathode der Röhre 19 und der Nulleitung 7 ist ein Widerstand 25 eingeschaltet. Die Zündelektrode der Röhre 19 ist über einen Widerstand 26 mit der Sekundärwicklung 27 eines zusätzlichen Spitzenspannungstransformatoirs 28 verbunden. Das von der Zündelektrode abgewendete Ende der Sekundärwicklung 27 ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31 verbunden, die einen Spannungsteiler zwischen der Hochspannungsleitung 23 und der Nulleitung 7 bilden, Diese Schaltung liefert eine Vorspannung für die Zündelektrode, die nicht ausreichend ist, um die Röhre 19 zünden zu lassen, die aber hinreicht, um, wenn durch die Sekundärwicklung ein positiver Impuls geliefert wird, die Röhre 19 infolge der Summierung des Impulses und der Vorspannung zünden zu lassen, wenn die Röhre noch nicht gezündet hat.

Der Primärwicklung 29 des Spitzenspannungstransformators 28 wird aus der Wechselstromquelle über einen Begrenzungswiderstand 33 und ein Phasenverschiebungsnetzwerk Strom zugeführt, das einen Widerstand 32 und einen Kondensator 34 enthält. Mittels des Phasenverschiebungsnetzwerkes ist der Teil der Wechselstromperiode, während dessen ein Impuls in der Sekundärwicklung 27 auftritt, regelbar. Zwischen der Anode der Röhre 19 und der Nulleitung 7 ist ein Kondensator 35 eingeschaltet, um einen unzuverlässigen! Betrieb zu verhüten, der sonst infolge des Stromstoßes beim Betätigen der Kontakte des Schalters 24 eintreten könnte.

Der die Primärwicklung 29 des Spitzenspannungstransformators 28 durchfließende Strom ist ausreichend, um den Kern während eines wesentlichen Teils der Periode zu sättigen, so* daß die Spannung nur in der Sekundärwicklung auftritt, wenn der Primärstrom durch Null geht. Auf diese Weise entstehen ein positiver und ein negativer Impuls kurzer Dauer an der Zündelektrode der Röhre 19 während jeder Wechselstromperiode, wobei der positive Impuls während des positiven Teiles des Wechselstroms auftritt.

Wenn nun der Schalter 24 z. B. mittels eines Fußschalters geschlossen wird, läßt der nächstfolgende positive Impuls die Röhre 19 zünden und infolge des den Widerstand 25 durchfließenden Stroms steigt die Kathodenspannung. Die Röhre· 19 bleibt gezündet bis der Schalter 24 sich öffnet, da die Zunahme der Kathodenspannung einen positiven, Impuls am Gitter des Thyratrons 1 erzeugt. Dieser Impuls überschreitet die Vorspannung, welche die Wechselspannung an den Klemmen 18 liefert und überschreitet auch die negative Vorspannung, welche über die Widerstände 16 und den

Kondensator 17. die Gitterspannung bei negativer Anode liefert, und das Thyratron 1 führt Strom während des verbleibenden Teils der halben Periode, wobei der Belastung, in diesem Falle dem Schweißtransformator 9, Strom zugeführt wird. Außer der Belastung durchfließt der Strom die Wicklung 3 des Spitzenspannungstransformators 4, und wenn dieser Strom am Ende der halben. Periode gesperrt wird, erzeugt die Wicklung 11 einen Impuls, der das Thyratron 2 während der nächstfolgenden halben Periode leitend macht. Dieser Strom wird der Belastung während des größten Teils einer ganzen Periode zugeführt. Um einen höheren Impuls von der Wicklung 11 zu erzielen, wird der Kern des SpitzenspannungstransfoT·- mators 4 bis zum Sättigungspunkt in einem Sinne vormagnetisiert, der der zum Erzeugen eines Impulses über die Wicklung 11 erforderlichen Spannung entgegengesetzt ist. Die Vormagnetisierung ao entsteht mittels der Wicklung 36, durch die ein Gleichstrom über den Widerstand 37 von der Hochspannungsleitung her durch die Nulleitung 7 fließt. Auf diese Weise wird der Kern von dem Sättigungszustand in einer bestimmten Richtung bis zum Sättigungszustand in der anderen Richtung benutzt und nicht von dem Nullzustand bis zum Sättigungszustand. Eine solche Schaltung eines Transformators und eines zweiten Thyratrons wird manchmal eine Transformator-Röhren-Folgeschaltung genannt.

Da die Röhre 19 gezündet bleibt, bis sich der Schalter 24 öffnet, wird nur während einer einzigen Periode Strom geliefert. Nachdem der Schalter 24 geöffnet worden ist, ist die Schaltungsanordnung für die nächstfolgende Arbeitsperiode fertig.

Wenn es erwünscht ist, eine Vakuumröhre anstatt einer gasgefüllten Röhre zu verwenden, ist es möglich, einen Oszillator zu verwenden', der eine negative Steuergitterspannung hat, dierart, daß die Röhre nicht oszilliert. Wenn nun der Ausgangsimpuls des Spitzenspannungstransformators 28 dem Steuergitter des Oszillators zugeführt wird, wird die Vorspannung derart verschoben, daß der Oszillator zu schwingen beginnt und dabei beharrt, bis die Anodenspeisespannung unterbrochen wird. Der höhere Strom durch die Oszillatorröhre wähnend des Schwingens kann einen Widerstand in der Kathodenleitung durchströmen, so daß ein positiver Impuls am Gitter des -Thyratrons 1 erzeugt wird, das. Strom führen wird. Bei solchen Schaltungen ist es gewünscht, die negative Spannung des Spitzenspannungstransformators 28 z. B. mittels einer Diode zu unterdrücken. Andere Kippschaltungeti, z. B. ain vorgespannter Multivibrator, sind bei geringen Änderungen der Anordnung anwendbar.

Wenn es gewünscht ist, eine oder mehrere Stromperioden der Belastung zuzuführen, kann eine Schaltung nach Fig. 1 verwendet werden¹, wobei jedoch die Stromkreise in dem mit gestrichelten Linien angegebenen Rechteck 40 durch die der Fig. 2 ersetzt werden, wobei die Elemente mit gleicher Funktion wie die nach Fig. 1 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Eine gasgefüllte Schaltröhre mit kalter Kathode und mehreren Entladungsbahnen ist mit 41 bezeichnet. Die Anode dieser Röhre ist mit der Hochspannungsleitung 23 über einen Widerstand 42 und den Schalter 24 verbunden. Die Röhre 41 enthalt 7© weiter zehn Kathoden 43 bis 52 und einen Ring 53 von Übergangskathoden. Der Ring 53 ist mit der Sekundärwicklung 27 des Spitzenspannungstransformators 28 (Fig. 1) verbunden, wobei die Klemmen der Sekundärwicklung 27 derart umgekehrt sind, daß ein negativer Impuls dem Ring 53 zugeführt wird, wenn die zugeführte Wechselspannung positiv ist. Die Kathode 43 ist über einen Widerstand 60 mit der Nulleitung 7 und die Kathode 52 ist mit dem Verhindungspunkt der Wiidarstände 54 und 55 verbunden·, die gemeinsam mit einem Widerstand 56 einen Spannungsteiler zwischen· der Hochspannungsleitung 23 und der Nulleitung 7 bilden. Über den Widerstand 56 ist ein Abflachkondensator

57 geschaltet. Die Kathode 51 ist mit dem Verbindungspunkt

59 der Widerstände 55 und 56 verbunden.

Die Kathoden 44 bis. 50 sind¹ mit einem Schalter

58 verbunden, der es ermöglicht, zu bestimmen wieviel dieser Kathoden mit dem Verbindung^- punkt 59 über den Widerstand 25 und wieviel Kathoden unmittelbar mit dem Verbindungspunkt 59 verbunden sind. Im vorliegenden Falle sind die Kathoden 44, 45 -und 46 über den Widerstand 25 verbunden. _g5

Das von dem Verbindungspunkt 59 abgewendete Ende des Widerstandes 25 ist über den Kondensator 20 mit dem Gitter des Thyratrons 1 (Fig. 1) verbunden..

Beim Schließen des Schalters 24 entsteht eine Entladung zwischen, der Anode und der Kathode 43, da diese Kathode die höchste negative Spannung hat. Der nächstfolgende negative Impuls am Ring 53 läßt die Entladung auf die Kathode 44 übergehen und infolge, des Entladungsstromes am Widerstand 25 wird ein Impuls erzeugt, der über dem Kondensator 20 das Thyratron 1 leitend macht. Beim Eintreffen des nächstfolgenden negativen Impulses am Ring 53 geht die Entladung auf die Kathode 45 über usw., bis die Entladung an der Kathode 51 eintrifft. Ein weiterer negativer Impuls am Ring 53 ist bestrebt, die Entladung auf die Kathode 52 zu übertragen, aber infolge der bedeutend niedrigeren Anoden-Kathoden-Spannung der Kathode 52 geht die Entladung nicht über und fällt auf die Kathode 51 zurück, so daß jeder weitere Übergang der Entladung verhütet wird.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Entladungsströme der Kathoden 44, 45 und 46 den Widerstand, 25 durchfließen, so daß drei Impuise dem iso Thyratron 1 und somit drei Stromperioden der Belastung zugeführt werden. Durch Einschaltung des Schalters 58 kann, man eine der Perioden 1 bis 7 des Wechselstroms für die Belastung wählen. Durch Öffnung des Hauptschalters 24 ist die Schaltungs- isg anordnung für eine nächstfolgende Arbeitsperiode

fertig. Es ist ersichtlich, daß Röhren dieser Art mit mehr oder mit weniger Kathoden oder Kombinationen solcher Röhren verwendbair sind.

Bei der Anwendung einer solchen Röhre kann S das Ende der Wicklung 27 (das nach Fig. 1 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31 zu verbinden ist) auch mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 54 und 55 verbunden werden, wobei die Widerstände 30 und 31 sich erübrigen.

Anstatt der Röhren mit mehreren Entladüngsbahnen sind verschiedene gesonderte Röhren verwendbar. Es können auch andere Schaltröhren, z. B. nicht mit Gas gefüllte Röhren, verwendet werden, die z. B. in »Philips Research Reports«, Bd. 5, Februar 1950, S. 6 bis 22 und Bd. 7, April 1952, S. 81 bis in, beschrieben sind. .Diese Zählröhren sind Elektronenstrahlröhren, in denen das Elektronenbündel in jeder der Bahnen für- sich festgesetzt werden kann und das Bündel von einer

ao Bahn nach der anderen mittels eines Impulses verschiebbar ist. Die Ablenkspannung kann auch durch eine Diode erzeugt werden. Die' zum Zünden des Thyratrons 1 erforderlichen Impulse können dem Widerstand oder den Widerständen oder dem Transformator oder den Tranformatoren. entnommen werden, die in Reihe mit der Anode oder den Anoden geschaltet sind.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltungsanordnung, insbesondere zur Steuerung eines Widerstandsschweißgerätes, bei der einer in Reihe mit der Belastung geschalteten Ent'adungsröhre oder -röhrenanordnung ein Strom von jeweils genau bestimmter, insbesondere mehr als eine Halbperiode der Speisewechselspannung umfassender Dauer zugeführt wird, gekennzeichnet durch eine Anzahl (N) von Entladttngsstrecken (44 bis 50), denen je Arbeitstakt von der Speisewechselspannung abgeleitete Steuerimpulse zugeleitet werden, die eine gewünschte Zahl (P) der Entladungsstrecken der Reihe nach leitend bzw. wieder nichtleitend machen (wobei P <LN ist) und da^ bei jeweils einen Zündimpuls an die mit der Belastung (9, 10) in Reihe geschaltete Entladungsröhre (1) gelangen lassen, und durch eine den N Entladungsstrecken zugeordnete einstellbare Schalteinrichtung (58), die eine beliebig wählbare Anzahl (P^N) von Entladungsstreeken einzuschalten erlaubt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle JV Entladungsstrecken in einem gemeinsamen Gefäß (41) untergebracht sind und daß JV größer als zwei ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß antiparallel zu der mit der Belastung (9, 10) in Reihe geschalteten Entladungsröhre (1) eine zweite Entladungsröhre (2) geschaltet ist, die unmittelbar nach dem Ende eines jeden Strooiflusses durch die -erste Entladungsröhre gezündet wird und für die Dauer einer Halbperiode der Speisewechselspannung Strom führt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 641 723;
   USA.-Patentschrtften Nr. 2494747, 2510 652, 533 369;

   Buch »Das elektrische Widerstandsschweißen« von Brunst, 1952, S. 138;

   Buch »Industrielle Elektronik« von Kretzmann, 1952, S. 158.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen