DE970945C - Hochspannungsschalter fuer Kondensator-Entladungskreise von Impuls-Schweissmaschinen - Google Patents

Hochspannungsschalter fuer Kondensator-Entladungskreise von Impuls-Schweissmaschinen

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DE970945C
DE970945C DEF80A DEF0000080A DE970945C DE 970945 C DE970945 C DE 970945C DE F80 A DEF80 A DE F80A DE F0000080 A DEF0000080 A DE F0000080A DE 970945 C DE970945 C DE 970945C
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DE
Germany
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capacitor
voltage switch
welding machines
switch
discharge circuits
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Expired
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DEF80A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Frank Fruengel
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/26Storage discharge welding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Description

  • Hochspannungsschalter für Kondensator-Entladungskreise von Impuls-Schweißmaschinen Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsschalter für Kondensator-Entladungskreise von Impuls-Schweißmaschinen, der als Prellschlagschalter ausgebildet ist und in Luft so arbeitet, d.aß die beim Einschalten auftretende Funkenbildung völlig vermieden, wird.
  • Bei Kondensator-Schweißmaschinen wird die Ladung eines Kondensators über einen geeigneten Schalter in die Primärwicklung eines Schweißtransformators gegeben, an dessen Sekundärwicklung der transformierte Stromstoß dem Schweißgut als dem Verbraucher zugeführt wird. Diese Schaltvorgänge haben den Nachteil, daß ein sehr starker Einschaltfunke entsteht, weil bereits vor Berührung der Kontakte zwischen diesen infolge der Hochspannung der Funke überschlägt, so daß der Entladevorgang des Kondensators häufig schon beendet ist, bevor die Kontakte sich berühren. Es ist ersichtlich, daß sich das Auftreten dieser Einschaltfunken äußerst ungünstig auf den Schweißvorgang auswirkt.
  • Wird an zwei Elektroden, die sieh in einem festen Abstand gegenüberstehen, eine elektrische Spannung angelegt, so vergeht bekanntlich eine gewisse Zeit, bis der Überschlag stattfindet. Diese Verzögerungszeit liegt zwischen io-7 und io-4 Sekunden und ist stark abhängig von der Struktur des Elektrodenmaterials. Man könnte nun theoretisch die Kontaktgeschwindigkeit so steigern, daß die Kontaktgabe in einer Zeit von io-7 oder io-$ Sekunderi erfolgt ist, also bevor sich ein Schaltfunke ausbilden kann. Eine solche Geschwindigkeit läßt sich jedoch in der Praxis kaum erreichen, da hierfür technische Mittel erforderlich wären, deren Aufwand zu diesem Zwecke nicht mehr vertretbar ist. Außerdem ist der Geschwindigkeit aus Materialgründen eine Grenze gesetzt. Bestehen jedoch die Elektroden aus einem Metall, das zu einer starken Oxydhaut neigt, wie z. B. Kupfer, so kommt es erst nach einer Zeit von etwa io--4 Sekunden zum Funkendurchschlag. Dies liegt daran, daß Feldelektronen und Photoelektronen in OxyduIschichten auf Grund des Halbleitereffektes eingefangen werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist, einen Hochspannungsschalter für Kondensator-Entladungskreise von Impuls-Schweißmaschinen anzugeben, der unter Ausnutzung der an sich bekannten, oben beschriebenen Tatsachen die Ausbildung von Einschaltfunken auch bei periodisch stattfindenden Schaltvorgängen vollständig unterbindet. Die Lösung der Erfindungsaufgabe besteht darin, daß die aus stark oxydierendem Metall, z. B. Kupfer, bestehenden beweglichen Kontakte des Prellschalters mit einer dem Schweißtakt entsprechenden Frequenz durch die Wirkung von in einem Hilfsstromkreis erzeugten Stromstößen derart schnell gegen die festen Gegenkontakte bewegt werden, daß vor der Kontaktgabe kein Überschlag erfolgt, und daß sie durch eine Feder mit vorgegebener Geschwindigkeit zurückgeschnellt werden. Der zur Bewegung der Kontakte erforderliche Stromstoß wird hierbei durch Entladung eines Hilfskondensators erzeugt und durch diesen Stromstoß ein mit den beweglichen Kontakten verbundener Eisenkern in eine Spule hineingezogen, wobei die Aufladezeitkonstante des Hilfskondensators über Widerstände größer ist als die Auflade7citkonstante des Hauptkondensators über dessen Widerstand.. Ferner sind sowohl die Kraft der Rückschnellfeder als auch die elektrischen Werte der Widerstände zur Aufladung des Hilfskondensators so dimensioniert, daß der durch letztere fließende Strom nicht ausreicht, um den Eisenkern gegen die Kraft der Feder in der Spule festzuhalten.
  • Maßgeblich hierbei ist jedoch, daß sich nach jeder Schaltung der nur wenige Moleküllagen starke Oxydüberzug der Kontakte selbsttätig an Luft erneuert, so daß der Schalter stets betriebsbereit ist.
  • Zur Erzielung dieses schnellen Eliektrodenschlusses kann man sich: verschiedener Verfahren bedienten. Mechanische Verfahren, z. B. der Kontaktschluß durch einen auftreffenden Schlagbolzen, ähnlich. einem aufschlagenden Hammer, erzielen bereits brauchbare Ergebnisse,-sind jedoch räumlich zu umfangreich und schwer zu steuern. Es wurde daher vornehmlich ein. elektrisches Impulsverfahren entwickelt, das prinzipiell gemäß der Zeichnung arbeitet. Hier sind i und 2 die zu schließenden Elektroden des Kondensatorentladungskreises, bestehend aus dem Kondensator 3 und dem Verbraucher 4.. Der Kondensator wird über den Widerstand oder die Drossel 5 aus der Spannung U1 aufgeladen,. Die Aufgabe besteht darin, den Kontaktgeber 6 in einer kürzeren Zeit auf die Kontakte i und 2 zu führen, als sie der elektrische Funke i-6 und 6-2 zu seinem Entstehen benötigt. Dies geschieht erfindungsgemäß durch eine entsprechende Ausbildung des Bewegu.ngsmrechanismus für die beweglichen Schaltkontakte. Hierzu sind die beweglichen Kontakte mit einem lamellierten Anker 7 verbunden, der bei Stromfluß in die elektrische Spule 8 hineingezogen wird. Die Spule 8 wird über den Schalter 9 mit einem aufgeladenen Kondensator io verbunden. Dieser Kondensator ist über die Widerstände i i auf eine Spannung U2 aufgeladen. Die Arbeit,- die in einem Kondensator C bei der Spannung U enthalten ist, ist bekanntlidh A = 1/2 C - U2 (Wattsekunden). Diese Arbeit wird mittels des Systems 8-7 bei Kontaktschluß von 9 in mechanische Arbeit in Form des Hineinziehens von 7 in 8 umgewandelt. Die erste Phase dieses Umwandlungsprozesses besteht darin, dien mit der Masse m behafteten Schaltersystem 7-6 einte hohe kinetische Energie zu geben, die ausreicht, um die gewünschte Geschwindigkeit v der Bewegung des Schalters. 6 gegen die Elektroden i und 2 zu erlangen. Zusätzlich ist einte Arbeit gegen die Kraft der Feder 12 zu leisten, die die Aufgabe hat, den Schalter nach Ablauf des Vorganges wieder in die Ruhestellung zurückzuführen. Hieraus ist ersichtlich, daß man den Kondensator io so dimensionieren kann, daß er dem Massesystem 6-7 des Schalters nahezu jede gewünschte Geschwindigkeit, auf Grund eines mechanischen Impulses, verleihen kann. Es .sei ferner darauf hingewiesen, daß die Spule 8 eine Selbstinduktion besitzt. Der Stromanstieg in dem Stromkreis io-9-8 kann nicht schneller erfolgen, als es durch das Produkt L - C vorgegeben ist. Es wird also günstig sein, L und C möglichst klein zu dimensionieren. Um trotzdem die gewünschte Arbeit in C aufzuspeichern, muß mit hoher Spannung gearbeitet werden. In der Praxis bewährten sich Betriebsspannungen für den Kondensator io zwischen Zoo und iooo V bei einer Dimensionierung der Spule 8, wie sie etwa für die Anrlaßschütze von Kraftfahrzeugen üblich ist, d. h. einige ioo Windungen. Die Größe des Kondensators io beträgt dann, je nach Größe des zu bewegenden Systems und der verlangten Schaltgeschwindigkeit, io bis 5oo K.F. Der Eisenkern 7 kann aus feinlamellierten IYynamoblechen, z. B. o,i mm Eisenblech, zusammengesetzt werden, so daß er elektromagnetisch auch noch auf Impulse von io-s Sekunden bis herab zu io-5 Sekunden mit nahezu voller Kraft anspricht. Übliche Konstruktionselemente der Hubmagnete können zur konstruktiven Vervollständigung und Verbesserung des Wirkungsgrades benutzt werden.
  • Es ist im allgemeinen angenehm, wenn der Kontaktschluß zwischen i und 2 nur eine sehr kurze Zeit. andauert, z. B. o,oi bis o,ooi Sekunden. Um bei träger Betätigung des Schalters 9 trotzdem ein momentanes Aufschlagen der Brücke 6 auf die Kontakte i und 2 zu ermöglichen, müssen die Widerstände i i so dimensioniert sein, daß sie wohl ausreichen, den Kondensator io in den Betriebspausen aufzuladen, daß aber der durch sie fließende Gleichstrom nicht ausreicht, um den Anker 7 in der Spule 8 gegen die Federkraft der Feder 12 festzuhalten. In diesem Falle schnellt der Anker 6 mit der Kontaktbrücke sofort nach Beendigung der Entladung des Kondensators io durch den Antrieb der Feder 12 wieder in den Ruhestand zurück. Durch die Dimensionierung der Feder 12 hat man es in der Hand, auch den Rückführungsvorgang nahezu beliebig zu beschleunigen. Man kann aber auch die Aufgabe stellen, daß der Kontaktschluß plötzlich erfolgen soll, die Kontaktgabe aber anhaltend sein soll. In diesem Fall wird man die Widerstände i i so dimensionieren, daß der durch sie fließende Strom den. Anker 7 in der Spule 8 festzuhalten vermag. Schließlich kann. man bei Impuls-Schweißmaschinen, bei denen von Ent-. Ladung zu Entladung eine bestimmte Sicherheitszeit erforderlich ist, während der der Hauptkondensator der Anlage sich auf die volle Spannung auflädt, die Forderung stellen, daß eine Auslösung des Prellschalters erst nach einer gewissen Zeit möglich isst. In diesem Falle wird man die Widerstände i i so dimensionieren, daß die Zeitkonstante des Systems i i-io größer oder gleich der Zeitkonstante des Systems 5-3 ist. Bei vorzeitigem Kontaktschluß von 9 entlädt sich der Kondensator io wohl durch die Spule 8, seine Energie reicht aber nicht aus, um den Anker hineinzuziehen, und es kommt nicht zu einem Stromschluß des Entladungskreises. .
  • Der Schalter 9, der in der Fig. i als einfacher elektrotechnischer Schalter angedeutet ist, kann seinerseits wiederum ein Schütz sein, das durch übliche Schaltungsmaßnahmen ausgelöst wird, oder er kann aus einem gittergesteuerten Gasentladungsgefäß bestehen.
  • Die vorbeschriebene Erfindung ersetzt somit ein gittergesteuertes Gase ntladungsgefäß. Dieses ist für sehr starke Stromstöße, z. B. einige ioo bis iooo Amp., wie sie der vorliegende Schalter bei sehr billiger Konstruktion mit Sicherheit zu schalten vermag, sehr kostspielig und im Aufwand ungleich viel höher.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hochspannungsschalter für Kondensator-Entladungskreise von Impuls-Schweißmaschinen, der als in Luft arbeitender Prellsch.lagschalter ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß seine aus stark oxydierendem Metall, z. B. Kupfer, bestehenden beweglichen Kontakte mit einer dem Schweißtakt entsprechenden Frequenz durch die Wirkung von in einem Hilfsstromkreis erzeugten Stromstößen derart schnell gegen die festen Gegenkontakte bewegt werden, daß vor der Kontaktgabe kein Überschlag erfolgt, und daß sie durch eine Feder mit vorgegebener Geschwindigkeit zurückgeschnellt werden.
  2. 2. Hochspannungsschalter für Kondensator-Entladungskreise von Impuls-Schweißmaschinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromstoß zur Bewegung der Kontakte durch Entladung eines Hilfskondensators erzeugt wird und durch den Stromstoß ein mit den beweglichen Kontakten verbundener Eisenkern in eine Spule hineingezogen wird, wobei die Aufladezeitkonstante des Hilfskondensators über Widerstände größer ist als die Aufladezeitkonstante des Hauptkondensators über dessen Widerstand.
  3. 3. Hochspannungsschalter für Kondensator-Entladungskreise von Impuls-Schweißmaschinen nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der Rückschnellfeder und die elektrischen Werte der Widerstände zur Aufladung des Hilfskondensators so dimensioniert sind, daß der durch letztere fließende Strom nicht ausreicht, um den Eisenkern gegen die Kraft der Feder in der Spule festzuhalten. In Betracht gezogene Druckschriften: ETZ, 1938, S. 1 , 33, 36; 1940 S. 5o9 bis 515; Wissenschaftliche Veröffentlichungen der Siemens-Werke, 1936, Heft 3, S. i.
DEF80A 1949-10-21 1949-10-21 Hochspannungsschalter fuer Kondensator-Entladungskreise von Impuls-Schweissmaschinen Expired DE970945C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3734989A1 (de) * 1986-10-15 1988-04-28 Hitachi Ltd Gleichstromleitungsunterbrecher und verfahren zu dessen kommutierung

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DE3734989A1 (de) * 1986-10-15 1988-04-28 Hitachi Ltd Gleichstromleitungsunterbrecher und verfahren zu dessen kommutierung

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