DE663264C - Verfahren zum Regeln von Stromverbrauchern, insbesondere von elektrischen Widerstandsschweissmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung von Stromverbrauchern, die über steuerbare Lichtbogenentladungsstrecken aus einem Wechselstromnetz gespeist werden und bei S denen die Entladungsstrecken nach einem bestimmten Programm gesteuert werden. Die Erfindung ist dabei von besonderer Bedeutung für elektrische Widerstandsschweißmaschinen, bei denen der im Schweißstromkreis fließende Strom nach einem bestimmten Programm periodisch geändert wird.

Versuche an Widerstandsschweißmaschinen haben ergeben, daß es für die Güte der Schweißung wesentlich ist, daß die an den Schweißelektroden erzeugte Hitze einen bestimmten Wert beibehält. Wichtig ist diese Forderung insbesondere bei der Widerstandsschweißung von Legierungen. Wenn die Schweißhitze zu groß ist, verbrennt das Material, während bei zu geringer Schweißtemperatur keine genügende Verbindung erzielt wird.

Gemäß der Erfindung wird der Zündzeitpunkt der steuerbaren Lichtbogenentladungsstrecken, über die die Schweißmaschinen aus einem Wechselstromnetz gespeist werden, durch eine zusätzliche Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Spannung der speisenden Wechselstromquelle derart verschoben, daß auch bei Spannungsschwankungen dem Schweißstromkreis stets eine gleichbleibende Leistung zugeführt wird. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß Spannungsschwankungen im speisenden Wechselstromnetz von erheblichem Einfluß sind auf die Güte des Schweißprozesses, und daß Regeleinrichtungen, die auf die Spannung des speisenden Wechselstromnetzes einwirken, im allgemeinen nicht ausreichen, um diesem Nachteil zu begegnen. Rüstet man dagegen die steuerbaren Lichtbogenentladungsstrecken, welche den Stromkreis der Schweißmaschinen periodisch ein- und ausschalten, mit zusätzlichen Regeleinrichtungen aus, die die Einwirkung der Spannungsschwankungen auf den Schweißstromkreis beseitigen, so wird auch bei schwankender Wechselspannung an den Schweißelektroden stets eine gleichbleibende Hitze erzeugt.

Um die spannungsabhängige Regelung der Entladungsstrecken zu erzielen, wendet man zweckmäßig Steuereinrichtungen an, bei denen im Steuerkreis der Entladungsstrecken mehrere Hilfsentladungsgefäße hintereinandergeschaltet sind, um den Zündzeitpunkt der Hauptentladungsstrecke von mehreren Bestimmungsgrößen abhängig machen zu können. Eine dieser Hilfsentladungsstrecken wird dabei beispielsweise von einer periodisch wirkenden Schalteinrichtung abhängig gemacht, die dafür sorgt, daß die Hauptentladungsstrecken in bestimmten Zeitabständen periodisch ein- und ausgeschaltet werden, während die zweite mit der ersteren in Reihe

geschaltete Hilfsentladungsstrecke dazu dient, den Zündzeitpunkt der Hauptentladungsstrecken zusätzlich von der Spannung des speisenden Wechselstromnetzes abhängig zfl machen.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schaltung einer Widerstandsschweißanordnung mit Rollenelektroden dargestellt,
ίο Ein Schweißtransformator io, dessen Primärwicklung 11 an einen Wechselstromgenerator 12 angeschlossen ist, speist über eine Sekundärwicklung 13 zwei Rollenelektroden 14, zwischen denen das Schweißgut 15 angeordnet ist. Zwischen dem Wechselstromgenerator 12 und der Primärwicklung 11 des Schweißtransformators 10 liegen in gegensinniger Parallelschaltung 'zwei Lichtbogenentladungsstrecken 19 und 20, die zum Zwecke der wählbaren Bestimmung des Zündzeitpunktes mit Zündelektroden 25 und 26 ausgerüstet sind, welche in die Ouecksilberkathoden 23 und 24 eintauchen.

An Stelle der mit Tauchelektroden ausgerüsteten Quecksilberdampf entladungsgefäße 19 und 20 können auch andere Lichtbogenentladungsgefäße, beispielsweise gittergesteuerte Ouecksil'berdampfentladungsgefäße, angewendet werden.

Zum Steuern des Zündzeitpunktes der Zündelektroden 25 und 26 der beiden Entladungsgefäße 19 und 20 dienen die mit 31 und 32 bezeichneten Steuerstromkreise. In jedem dieser Stromkreise sind zwei Hilfsentladungsgefäße 33 und 35 bzw. 34 und 36 hintereinandergeschaltet, und zwar derart, daß eine Verbindung zwischen der Anode und der Steuerelektrode der Hauptentladungsstrecke nur hergestellt wird, wenn beide Hilf sentladungsgefäße gleichzeitig leitend sind. Der Zündzeitpunkt der Entladungsgefäße 33 und 34 hängt dabei von der Phasenlage der Gitterspannung ab, während die Steuergitter der beiden Entladungsgefäße 35 und 36 mit Hilfe einer periodisch wirkenden Steuereinrichtung, die in dem Ausführungsbeispiel als Photozellensteuerung ausgebildet ist, an eine positive oder negative Spannung angeschlossen werden. Durch die Hilfsentladungsgefäße 3.5 und 36 werden die beiden Hauptentladungsstrecken 19 und 20 somit entweder ganz eingeschaltet oder ausgeschaltet, während die beiden Hilfsentladungsgefäße 33 und 34 innerhalb der Halbwelle der die Hauptentladungsstrecken speisenden Wechselspannung den Zeitpunkt der Zündung bestimmen. Die phasenveränderlichen Gitterspannungen der beiden Hilfsentladungsgefäße 33 und 34 werden den Sekundärwicklungen 57 und 58 eines Gittertransformators 55 entnommen, dessen Primärwicklung 56 aus einer Brückenschaltung eine phasenveränderliche Spannung erhält. Diese Brückenschaltung wird von der Sekundärwicklung 54 eines Transformators 51 gespeist, dessen Primärwicklung £2: an den Wechselstromgenerator 12 ange-. schlössen ist. Die Brückenschaltung besteht • im wesentlichen aus einer unveränderlichen Drosselspule 59 und einem veränderlichen Widerstand, welcher durch einen Schiebewiderstand 60 und einen Transformator 62 gebildet ist, dessen Primärwicklung 61 mit dem Widerstand 60 in Reihe geschaltet ist, während die Sekundärwicklung 63 über steuerbare Hochvakuumrohre 66 und 67 auf einen Belastungswiderstand 72 arbeitet. Die Größe des in den Widerstand 72 fließenden Stromes und damit der wirksame Widerstand des Transformators 62 hängen von der Gitterspannung der Entladungsgefäße 66 und 67 ab, die von einem Transformator 76 geliefert wird. Der Widerstand 60 und die mit ihm in Reihe liegende Primärwicklung 61 des Transformators 62 sind einerseits an die Sekundärwicklung· 54 des Transformators 51 und andererseits an die Drosselspule 59 angeschlossen, die mit ihrem anderen Ende ebenfalls mit der Sekundärwicklung 54 verbunden ist. Der Transformator 55 ist somit zwischen dem Verbindungspunkt zwischen dem unveränderlichen Widerstand 59 und den beiden veränderlichen Widerständen 61 und 60 der Brückenschaltung und dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung 54 des Transformators 51 angeschlossen.

Die an dem Transformator 55 bzw. an dessen Primärwicklung 56 wirksame Wechselspannung hängt in ihrer Phasenlage erstens von der Einstellung des Widerstandes 60 und zweitens von der Spannung des Gittertrans- *⁰⁰ formators 76 der beiden Elektronenrohre 66 und 6j ab. Der Widerstand 60 kann von Hand verstellt werden, um willkürlich den Zündzeitpunkt der beiden Hauptentladungsstrecken 19 und 20 zu bestimmen. Die Wechselspannung des Gittertransformators 76 hängt dagegen von der Spannung des die ganze Anlage speisenden Generators 12 ab, weil die Primärwicklung 78 des Gittertransformators 76 von einer Brückenschaltung ge- ω speist wird, die aus einer unveränderlichen Drosselspule 80 und einem regelbaren Widerstand 79 gebildet ist. Diese beiden Widerstände liegen ebenso wie die vorher erläuterte Brückenschaltung der Widerstände 59, 60 und 61 an der Sekundärwicklung 54 des Transformators 51. Der Gittertransformator kann aber auch an einen besonderen Transformator angeschlossen sein, um die Abhängigkeit zwischen seiner Spannung und der Spannung des Generators 12 herzustellen. Bei der Schaltanordnung der beiden Hilfs-

entladungsgefäße 33 und 34 ist noch zu erwähnen, daß im Gitterkreis des Entladungsgefäßes 33 außer der Spannung der Sekundärwicklung 57 des Transformators 55 noch eine Zusatzspannung wirksam ist, die an einem veränderlichen Widerstand 81 abgegriffen wird. Dieser Widerstand dient zur Abgleichung von Unterschieden in der Zündcharakteristik der beiden Hauptentladungsstrecken 19 und 20. Er wird von der Sekundärwicklung 53 des Transformators 51 gespeist und so eingestellt, daß die beiden Entladungsstrecken 19 und 20 stets im gleichen Zeitpunkt der Halbwelle der sie speisenden Wechselspannung gezündet werden.

Die beiden Hilfsentladungsgefäße 35 und 36, welche, wie bereits erwähnt wurde, mit den Entladungsgefäßen 33 und 34 in Reihe geschaltet sind, werden durch eine Steuereinrichtung 94 in ihrem Gitterkreis derart beeinflußt, daß sie die Zündung der Hauptentladungsstrecken 19 und 20 abwechselnd sperren oder zulassen, und zwar derart, daß eine bestimmte Anzahl ganzer Halbwellen gesperrt und daraufhin eine Anzahl Halbwellen gezündet wird. In dem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Entladungsgefäße 35 und 36 mit Hilfe einer Photozelle 98 gesteuert werden, die von einer Lichtquelle 97 belichtet wird. Eine Zahnscheibe 95, die von einem Synchronmotor 96 angetrieben ist, steuert die Belichtung der Photozelle 98.

Die von der Photozellensteuereinrichtung erzeugten Steuerimpulse werden durch eine Verstärkereinrichtung 99, 100 in Spannungsimpulse umgewandelt, die durch einen Transformator 101 auf den Gitterkreis der beiden Hilfsentladungsgefäße 35 und 36 übertragen werden. In dem gleichen Gitterkreis ist noch eine negative Vorspannung wirksam, die von einem Transformator 83 über einen Gleichrichter 85 an einen Widerstand 86 abgegriffen wird. Der Transformator 101 der Photozellensteuereinrichtung ist zu einem ebenfalls im Gitterkreis liegenden Widerstand 91 parallel geschaltet. Im Sekundärkreis dieses Transformators liegt noch ein Druckknopfschalter 104, der dazu dient, den Schweißstromkreis willkürlich ein- oder auszuschalten.

Es sei noch erwähnt, daß der Mittelpunkt des Gitterwiderstandes 86 der beiden Hilfsentladungsgefäße 35 und 36 an die Mittelanzapfung eines Widerstandes87 angeschlossen ist, welcher zwischen den beiden Anoden der Hauptentladungsstrecken 19 , und 20 liegt. Durch diese Schaltanordnung wird erreicht, daß die beiden Entladungsstrecken 19 und 20 durch die ihnen zugeordneten Hilfsentladungsgefäße 35 und 36 mit Sicherheit gleichmäßig atisgesteuert werden. Der im Gitterkreis der beiden Hilfsentladungsgefäße 35 und 36 liegende Transformator 88 liefert in bekannter Weise eine Steuerwechselspannung, welche die beiden Hilfsentladungsgefäße zündet, je nachdem die negative Sperrspannung des Widerstandes 86 wirksam ist oder nicht.

Obwohl die Erfindung für Widerstandsschweißmaschinen, die über steuerbare Lichtbogenentladungsgefäße periodisch ein- und ausgeschaltet werden, von besonders wichtiger Bedeutung ist, kann sie auch für andere Stromverbraucher angewendet werden, denen über Lichtbogenentladungsgefäße Energie in regelbarer Höhe zugeführt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln von Stromverbrauchern, insbesondere von elektrischen Widerstandsschweißmaschinen, die über steuerbare Lichtbogenentladungsstrecken an eine Wechselstromquelle angeschlossen sind und bei denen durch Steuern der Entladungsstrecken der Strom nach einem vorbestimmten Programm geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zusätzliche Steuereinrichtung der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken in Abhängigkeit von der Spannung der speisenden Wechselstromquelle derart verschoben wird, daß die den Stromverbrauchern zugeführte Leistung von Schwankungen der Speisespannung unbeeinflußt bleibt.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gittergesteuerte gas- oder dampfgefüllte Hilfsentladungsgefäße (33., 35 bzw. 34, 36) im Steuerkreis der Lichtbogenentladungsstrecken (19 bzw. 20) hintereinandergeschaltet sind und daß der Zündzeitpunkt eines der beiden Hilfsentladungsgefäße (33 bzw. 34) von der Spannung der speisenden Wechselstromquelle abhängig ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Steuerkreis eines der hintereinandergeschalteten Hilfsentladungsgefäße (33 bzw. 34) die Primärwicklung eines Transformators (62) geschaltet ist, dessen Sekundärwicklung über steuerbare Hochvakuumelektronenrohre (66 und 67) an einen Widerstand (72) angeschlossen ist, und daß den Elektronenrohren eine von der speisenden Wechselspannung abhängige Steuerspan- u₅ nung (76) zugeführt wird.

Hierzu τ Blatt Zeichnungen