ELECTRONIC WELDING DEVICE

Abstract: 1. An electronic welding apparatus including a primary controlled switching mode power supply including a inverter in form of a halfsemiconductor stage (3), said inverter being connected to a power line rectifier (2) and controlled through an analog control circuit (6) in dependence on the arc current and/or to the arc voltage, wherein the output is connected through a transformer (4) with a welding rectifier (5), with two electrical current/voltage converters (7) for the arc voltage and the arc current, the nominal value input of the analog control circuit (6) being connected with the output of a microprocessor control (10) provided for adjusting the nominal value of the one arc-magnitude or of both arc-magnitudes and for watching the welding and the analog control circuit effecting a comparison nominal-actual value, for generating in dependence thereto an error signal (28) which is supplied to a pulse width modulator (27) of the semi-conductor-switching stage (3), which comprises transistors (21, 23; 29-32) as switch and being designed as single-ended buck regulator with an asymmetric half-bridge circuit or as push pull full bridge, characterized in that for monitoring the saturation voltage of the transistors (21, 22) are provided comparators (49, 50), that for limiting the collector current of the transistors (21, 22) are provided two comparators (43, 44) the outputs of the first and second comparators (49, 50, 43, 44) are supplied to the set-input (S) of two flip-flops (45, 46), the outputs of which are supplied through amplifiers (47, 48) to driver stages (25, 26) of the transistors (21, 22), for switching them off in an excessively high saturation voltage or an excessively high collector current occur and wherein for delimiting the current rise time of the collector currents of the switching transistors (21, 22) is provided an additional transformer in the secondary circuit of the transformer (4), having a primary and secondary coil arranged in series and coiled in opposite direction so that due to the counter voltage of the secondary coil, the current rise is delimited in dependence on the load and thus on the welding current, and wherein the output of one of said two flip-flops (45, 46) is each connected with the set-input (S) of the other one of said two flip-flops (45, 46), so that, when one of said two flip-flops is set, simultaneously also the other one of said two flip-flops is set.

Description: Elektronisc#hes SchweiBgerät. Es sind bereits elektrische Schweissgeräte bekannt, welche gesteuerte Gleichrichter (Thyristoren) aufweisen. Bei dieser und ähnlichen Arten von Schweiss- geräten ist jedoch der voluminöse und schwergewichtige Netztransformator unumgänglich. Anderseits sind vor allem aus der Labortechnik sowie aus der Unterhaltungselektronik elektronisch geregelte Netzgeräte für kleinere und mittlere Leistungen bekannt, welche als sogenannte Schaltnetzgeräte ausgebildet sind. Die Netzspannung wird hiebei zuerst gleichgerichtet, dann mit einer hohen Schaltfrequenz (meist über 20 KHz) zerhackt, auf die gewünschte Spannung über einen Transformator transformiert, und anschliessend wieder gleichgerichtet. Durch die Wahl der hohen Schaltfrequenz kann einerseits der Wirkungsgrad erhöht und anderseits das Volument und Gewicht des Transformators wesentlich verringert werden. Man unterscheidet primär- oder sekundärseitig geregelte Schaltnetzgeräte, wobei die Regelung entweder durch eine Veränderung der Taktzeit bei konstanter Frequenz oder durch änderung der Frequenz bei konstanter Arbeitsimpulsdauer erfolgt. Als Schalter werden zumeist schnelle Leistungstransistoren für höhere Betriebsspannungen verwendet. Das Einsatzgebiet für Schaitnetzgeräte erstreckte sich bisher auf nernsehperte, NF-Leistungsverstärker, Messgeräte, wilm- und Diaprojektoren, Buchungs-, Rechenund Schreibmaschinen, Computer, Spannungs- und Stromkonstantgeräte für Industrie und Labor, Stromversorgungen für Leuchtstofflampen, H9- und N-Generatoren, Motorregelung, Akku-Ladegeräte, Wechselstrom/Wechselstrom-Umsetzer und Niederspannungsgeräte mit galvanischer Trennung vom Netz. Je nach Leistung (l bis 3000 W und darüber) werden mit zunehmender Leistung folgende andlerarte gewählt: Eintakt-Sperrwandler, Eintakt Durchflusswandler, Gegentakt-Halbbrücke, Gegentakt Vollbrücke, und Gegentakt-Parallelspeisung. Insbesondere bei Schaltnetzgeräten höherer Leistung ergibt sich das Problem, dass infolge von netzseitigen Uberspannungen oder durch ausgangsseitige Kurzschlüsse die zulässigen Grenzwerte Umax, Jmax der verwendeten Transistoren überschritten werden können, so dass eine Zerstörung der Transistoren resultiert. Es sind daher aufwendige Sicherungs- und Funktionsablaufschaltungen erforderlich, z.B. Uberspannungs-, Spitzenstrom-, Uberlast-, Kurzschluss-Absicherungen, Einschalt- und Wiederanlaufmassnahmen und ähnliches, welche bei Schaltnetzgeräten kleinerer Leistung meist nicht erforderlich sind, da dort die Transistoren von vornherein überdimensioniert ausgewählt werden können, um eine gewisse Sicherheit zu bieten. Es bestand daher ein Vorurteil zur Konstruktion von Schaltnetzgeräten höherer Leistung, die z.B. bei elektrischen Schweissgeräten erforderlich ist grösser als 10000W). Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Vorurteil zu beseitigen und ein neues elektronisches Schweissgerät unter Verwendung eines Schaltnetzgerätes zu schaffen, so dass das Gewicht und Volumen des Schweiss gerätes reduziert und dessen Wirkungsgrad erhöht werden kann. Die Erfindung schafft ein neues elektronisches Schweissgerät, bei welchem als Stellglied zur Regelung zumindest eines Schweissparameters, wie Schweissstrom oder Schweissspannung, ein geregeltes Schaltnetzgerät vorgesehen ist. Es wird vorzugsweise ein primärseitig geregeltes Schaltnetzgerät verwendet, dessen Wandler vorzugsweise als Eint akt -Durchfluss- wandler mit asymmetrischer Halbbrückenschaltung, oder als Gegentakt-Vollbrücke ausgeführt ist, wobei mit einer feststehenden Taktfrequenz von etwa 25 KHz gearbeitet wird und eine Veränderung des Tastverhältnisses durch Pulsbreitenmodulation erfolgt. Weitere Werkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben, in welchen Fig. l das Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Schweissgeräts mit Schaltznetzgerät zeigt, Fig. 2 den Wandlerteil des Schaltnetzgerätes als Eintakt-Durchflusswandler mit asymmetrischer Halbbrückenschaltung zeigt, Fig. 3 den Wandlerteil des Schaltnetzgerätes als Gegentakt-Vollbrücke zeigt, Fig. 4 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Schweissgerätes nach Fig. 1 und 3 mit einer zusätzlichen erfindungsgemässen Schutzschaltung zeigt, Fig. 5a bis 5c Strom-Zeitdiagramme zur Erläuterung der Schutzschaltung nach Fig. 4 zeigen, Fig. 6 ein Blockschaltbild eines modifizierten Schweissgerätes gemäss der Erfindung nach Fig. 1 zeigt, welches zur pulsed-arc-Schweissung vorgesehen ist, und Fig. 7 ein Strom-Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schweissgerätes nach Fig. 6 zeigt. Die in den Figuren dargestellten gleichen Bauteile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 1 bezeichnet 1 den Netzanschluss (z.B. 3x380Y Drehstrom, oder 220V Lichtstrom), und 2 einen Netzgleichrichter, welcher auch ein Netzfilter (nicht dargestellt) enthalten kann. An den Gleichrichter 2 ist der Wandler oder die Schaltstufe 3 des Schaltnetzgerätes angeschlossen, wobei die gleichgerichtete Spannung durch Siebmittel, z.B. Kondensatoren (nicht dargestellt), geglättet werden kann. Die Schaltstufe 3 enthält Schalttransistoren (bipolare Leistungstransistoren, Feldeffekt-Leistungstransistoren) oder ein- und aus schaltbare Thyristoren, welche von einem Pulsbreitenmodulator über Treiberstufen angesteuert werden, wie später anhand der Fig. 2 und 3 erläutert wird. Die Schalttransistoren der Schaltstufe'# zerhacken die vom Gleichrichter 2 gelieferte Gleichspannung, und der zerhackte Gleichstrom wird durch die Primärwicklung eines Transformators 4 geschickt. An der Sekundärwicklung des Transformators 4 ist ein Sekundärgleichrichter 5 angeschlossen, welcher den gewünschten Schweissstrom, bzw. Schweissspannung abgibt, wobei gegebenenfalls eine Siebdrossel (nicht dargestellt) vorgesehen ist, Der Pulsbreitenmodulator in der Schaltstufe 3 wird durch ein Fehlersignal von einem Analogregler 6 angesteuert, welchem die Sollund Istwerte des Schweissstroms und der Schweissspannung zugeführt werden. Zu diesem Zwecke ist am Ausgang des Gleichrichters 5 ein StromlSpannungswandler (z.B. ein Hallwandler) 7 für die Erfassung des Istwertes des Schweissstroms vorgesehen, während der Istwert der Schweissspannung direkt abgegriffen wird. Eine vom Strom/Spannungswandler 7 ausgehende Klemme 8 sowie eine vom Sekundärgleichrichter 5 ausgehende Klemme 9 dienen zum Anschluss des Schweisskabels, wobei die Klemme 9 mit Masse verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Mikroprozessorsteuerung 10 vorgesehen, welche eine Mehrzahl von Steuer- und Regelaufgaben erfüllt. Uber eine Eingabetastatur 11 können die Sollwerte des Schweissstroms oder der Schweissspannung in einen Speicher der Mikroprozessorsteuerung 10 eingegeben werden, welche dann ausgelesen und über einen Digital/Analogwandler 12 dem Analogregler 6 zugeführt werden. Eine vorzugsweise alphanumerische Anzeige 13 zeigt die eingegebenen Sollwerte an. Ueber die Differenz zwischen Ist- und Sollwert gibt der Analogreg ler ein Fehlersignal an den Pulsbreitenmodulator ab und regelt die Schaltstufe 3 so aus, dass ein im wesentlichen konstanter Schweissstrom oder wahlweise eine konstante Schweissspannung am Ausgang des Schaltnetzgerätes auftritt. Der Aufbau des Analogreglers 6 ist dem Fachmann geläufig, so dass darauf nicht näher eingegangen wird. Des weiteren ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Werte des Schweissstroms und der Schweissspannung der Mikroprozessorsteuerung über Analog/Digitalwandler 14 und 15 zugeführt werden, um über die Produktblldung von Strom und Spannung einen Leistungswert zu errechnen, welcher als Istwert dem Analogregler 6 zugeführt wird. Diese Art von Istwert als punktion der Leistung ist für manche Schweissverfahren von Vorteil. Zum Zwecke der galvanischen Trennung ist ein Optokoppler 16 zwischen der ¯Mj##prozesscrsteuerunrr 10 und dem Analog/Digitalwandler 15 vorgesehen. Der Mikroprozessorsteuerung 10 werden auch die Signale zweier Druckaufnehmer 17 und 18 zugeführt, welche in der Leitung für das Schutzgas bzw. im Wasser-Kühlkreis angeordnet sind, wodurch der Druck überwacht, bzw. der Schweissvorgang freigegeben wird. Die Druckwerte können auch über die Anzeige 13 angezeigt werden. Die Uberwachung und Regelung eines Drahtvorschubmotors 19 erfolgt ebenfalls durch die Mikroprozessorsteuerung 10, wobei die Drehzahl mit einem z.B. optoelektroni- schen Drehimpulsgeber 20 erfasst und an die Mikroprozessorsteuerung als Istwert weitergegeben wird. Die Eingabe der gewünschten Werte für Drahtvorschubgeschwindigkeit, Drahtstärke, Gasart usw. erfolgt ebenfalls über die Eingabetastatur ll, wobei z.B. der Zusammenhang zwischen Schweissspannung einerseits und Drahtvorschubgeschwindigkeit, Drahtstärke und Gasart anderseits als Programm in einem Speicher (z.B. Schreib/-Lesespeicher) der Mikroprozessorsteuerung 10 abgespeichert ist. Dadurch ist es möglich, beliebige Schweisseinstellungen abzuspeichern und bei Bedarf wieder abzurufen (z.B. für Roboterschweissen). Bei diesem Beispiel der Erfindung ist ein Analogreg ler 6 zur Ansteuerung des Schaltteils 3 vorgesehen, aber es ist auch möglich, dass die Mikroprozessorsteuerung 10 erweitert wird und an die Stelle des Analogreglers 6 tritt, bzw. dessen punktion ausübt. Das erfindungsgemässe Schweissgerät eignet sich vorzüglich für das MIG-MAG, Pulsed-Arc-, WIG- und Hand- Zelektroden-Schweissverfahren. Anstelle der alphanumerischen Anzeige 13 kann nach Bedarf auch ein Datensichtgerät, ein Drucker- oder eine Sprachausgabeeinheit treten. Durch den Einsatz mehrerer parallelgeschalteter spannungsfester Leistungsschalttransistoren als Schalter in der Schaltstufe 3 können Schweissgeräte der erfindungsgemässen Art von 13 kVA bis 5D kVA Nennleistung hergestellt werden. Fig. 2 zeigt eine Schaltstufe 3, welche als Eintakt Durchflusswandler mit asymmetrischer HalbbrUckenschal- tung bekannt ist. Zwei Schalttransistoren 21, 22 sind über in Serie liegende Dioden 23, 24 parallelgeschaltet und liegen an der vom Netzgleichrichter 2 (Fig. 1) gelieferten Gleichspannung. Die Primärwicklung des Transformators 4 ist zwischen den entsprechenden Verbindungspunkten der Transistoren 21, 22 mit den- Dioden 23, 24 angeschlossen. Die Transistoren 21, 22 werden über Treiberstufen 25, 26 gleichzeitig vom Pulsbreitenmodulator 27 ein- und ausgeschaltet, dessen Eingangsanschluss 28 mit dem Ausgang des Analogreglers 6 (Fig. 1) verbunden ist. Der Pulsbreitenmodulator 27 kann beispielsweise einen Sägezahn- oder Dreieckspannungsgenerator enthalten, der über das vom Analogreg ler gelieferte Fehlersignal über einen Komparator die Impulsbreite der Ströme in den Transistoren 21, 22 bestimmt. Wenn die Transistoren 21, 22 ausgeschaltet sind, so fliesst der von der Primärwicklun6 des Trans formators 4 gelieferte Induktionsstrom über die Dioden 23, 24 ab. Fig.3 zeigt eine Schaltstufe 3, welche als Gegentakt Vollbrücke bekannt ist. Jeweils zwei in Serie liegende Schalttransistoren 29,30 und 31,32 sind parallelgeschaltet und liegen an der vom Netzgleichrichter 2 (Fig.1) gelieferten Gleichspannung. Zu jeder Kollektor-Emitterstrecke der Transistoren 29,30 und 31,32 sind Dioden 33,311 und 35,36 parallelqeschaltet, welche wie im vorhergehenden Beispiel im auszeschaRteten Zustand der Transistoren den Induktionsstrom der Primärwicklung des Transformators 4 ableiten. Die Primärwicklung des Transformators 4 ist zwischen den entsprechenden Verbindungspunkten der in Serie liegenden Schalttransistoren 29, 30 und 31,32 angeschlossen. Die Transistoren 29,32 einerseits, und die Transistoren 30,31 werden über Treiberstufen 37 > 38 und 39,40 abwechselnd vom Pulsbreitenmodulator 27 ein- und ausgeschaltet, dessen Eingangsanschluss 28 wieder mit dem Ausgang des Analogreglers 6 (Fig. 1) verbunden ist. Beim Beispiel einer Schaltstufe 3 nach Fig 2 q:der 3 ist es erfindungsgemäss auch möglich, dass ohne Sekundärgleichrichter 5 gearbeitet wird, d.h. dass die Sekundärwicklung) direkt mit den Ausgangsanschlüssen 9 und 10 verbunden ist. Für das Schweissen steht dann ein Wechselstrom zur Verfügung, welcher insbesondere für das Argon-arc-, bzw. WIG(TIG)#Schweissen von Aluminium oder Buntmetallen geeignet ist. Die direkte Verbindung kann beispielsweise durch Uberbrückung der Sekundärgleichrichter 5 mittels Schalter erfolgen. wie bereits beim 4usführungsbeispiel nach Figt 1 erwähnt wurde, kann die gewünschte Ausgangsleistung des Schaltnetzgerätes durch Parallelschaltung mehrerer Schalttransistoren erzielt werden. In der Einleitung wurde bereits erwähnt, dass die zulässigen Transistorparameter, insbesondere die Sättigungsspannung UCEsat und der maximale Kollektorstrom 1Cmax nicht überschritten werden dürfen, um eine Zerstörung der Transistoren zu vermeiden. Beim praktischen Schweissbetrieb treten jedoch ständige Lastschwankuneen, sowie dynamische und statische Kurzschlüsse auf, wodurch zwei zueinander konträre Forderungen resultieren: a) Um einerseits die Transistoren wirkungsvoll zu schützen, ist es notwendig, sie unmittelbar nach dem Auftreten eines Uberstroms im Kurzschlussfall abzuschalten, wobei Verzögerungszeiten von ca. 200 bis 300ns zwischen Eintreten des Kurzschlusses und Abschalten des Transistors die obere Grenze sind. b) um anderseits den während des Schweissvor4ans stattfindenden Kurzschluss durch den kontinuierlichen Vorgang des Tropfenablösens so ablaufen zu lassen, dass befriedigende Schweissergebnisse erzielt werden, benötigt man relativ hohe Kurzschlussströme, bzw. hohe Leistungen. Um diese beiden Forderungen zu erfüllen, ist erfindungsgemäss eine Schutzschaltung vorgesehen, welche erstens den Sättigungszustand der Transistoren überwacht, zweitens den Kollektorstrom begrenzt, und drittens die Stromanstiegsgeschwindigkeit im Kurzschluss-. fall begrenzt. Die Schutz.schaltung für ein elektronisches Schweissgerät gemäss der Erfindung besteht darin, dass zur Uberwachung der Sättigungsspannung der Transistoren erste Komparatoren vorgesehen sind, dass zur Begrenzung des Kollektorstromes der Transistoren zweite Komparatoren vorgesehen sind, wobei die Ausgänge der ersten und zweiten Komparatoren dem Setz Eingang zweier Kippglieder zugeführt sind, deren Ausgänge gegebenenfalls über Verstärker den Treiberstufen der Transistoren zugeführt sind, um diese beim Auftreten einer zu hohen Sättigungsspannung und/oder eines zu hohen Kollektorstromes abzuschalten, und dass zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit der Kollektorströme der Transistoren im Sekundärkreis des Schalttransformators ein zusätzlicher Ubertrager vorgesehen ist, dessen Primär- und Sekundärwicklung in Serie liegend, gegensinnig gewickelt sind, so dass durch die Gegenspannung der Sekundärwicklung der Stromanstieg in Abhängigkeit von der Last und damit vom Schweissstrom begrenzt wird. Bei der in Fig. 4 dargestellten Schutzschaltung bezeichnet 2 den Netzgleichrichter und 3 die Schaltstufe (strichpunktiert). Die Schaltstufe 3 enthält wie beim Beispiel nach wig. 2 zwei Schalttransistoren 21 und 22, welche an die Primärwicklung des Schalttransformators 4 angeschlossen sind. Es versteht sich wiederum, aass mehrere Schalttransistoren je nach erforderlicher Leistung parallelgeschaltet werden können. Die Schalttransistoren 21 und 22 werden über entspre-. chende Treiberstufen 25 und 26 angesteuert, welche ihrerseits vom Pulsbreitenmodulator 27 angesteuert werden. Der Eingang des Pulsbreitenmodulators 27 ist mit dem Ausgang des Analogreglers 6 verbunden, welchem die Soll- und Istwertsignale für die Schweissspannung U und dem Schweissstrom 1 zugeführt werden. Anschliessend wird die erfindungsgemässe Schutzschaltung erläutert. Im Stromzweig jedes Transistors 21 und 22 ist jeweils ein Stromwandler 41 und 42 vorgesehen, welcher jeweils ein Signal an einen zugehörigen Strom-Kom- parator 113 und 44 abgibt. Uberschreitet dieses Signal einen vorbestimmten einstellbaren Pegel, so tritt am Ausgang des jeweiligen Komparators 113, 44 ein Signal auf, welches jeweils dem Setz-Eingang S eines Kippglieds (RS-Kippglied) 45,46, zugeführt wird, und dieses beispielsweise in den Ein-Zustand bringt. Dieses Ein-Zustandssignal wird jeweils gegebenenfalls über einen Verstärker 117, 48 der jeweiligen Treiberstufe 25, 26 zugeführt, um diese, und damit auch die Transistoren 21, 22 auszuschalten. In analoger Weise wird die Kollektor-Emitterspannung der Transistoren 21 und 22 zu Spannungs-Komparatoren 49, 50 geleitet, deren Ausgang wiederum mit dem Setz Eingang S des jeweiligen Kippglieds 45, 46 verbunden ist, so dass beim Auftreten einer Sättigungsspannun# oberhalb eines vorbestimmten einstellbaren Pegels ebenra ] .ls eine Abschaltung der Treiberstufen 25, 26 und der Transitoren 21 und 22 erfolgt, wie oben beschrieben wurde. Die Rücksetzung der beiden Kippglieder 45 und 46 erfolgt in der Weise, dass am Ende des Kurzschlusses von der jeweiligen Treiberstufe 25, 26 ein Rücksetzsignal zum Rücksetz-Eingang R des jeweiligen Kippglieds 45,46 geleitet wird. Beispielsweise wird das Rücksetzsignal jeweils von einem in der Treiberstufe vorhandenen Transistor (nicht dargestellt) abgenommen und über ein Widerstand- und Entkopplungsnetzwerk (nicht dargestellt) dem Rücksetz-Eingang R zugeführt. Das Rücksetzsignal führt beispielsweise während der Einschaltdauer der Transistoren 21, 22 positives Potential und ist damit für die Kippstufen 45 46 unwirksam, während es wahrend der Sperrdauer der Transistoren 21, 22 nezati- ves Potential annimmt und dadurch die Kippstufen 45, 46 rücksetzt. Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Ansprechen eines der Strom-Komparatoren 43, 44 oder Spannungskomparatoren 49, 50 beide Transistoren 21 und 22 synchron abgeschaltet werden. Dies erfolgt in der Weise, dass z.B. der Ausgang des Kippgliedes 46, gegebenenfalls über einen Verstärker 51, dem Setz-Eingangs S des Kippgliedes 45 zugeführt wird. Desgleichen wird der Ausgang des Kippgliedes 45 gegebenenfalls über einen Verstärker 52, dem Setz Eingang S des Kippgliedes 46 zugeführt. Durch diese gegenseitige Koppelung der Kippglieder 45, 86 wird erreicht, dass beim Auftreten eines Fehlers beide Transistoren 21 und 22 innerhalb von ca 200ns abgeschaltet werden. Zur Uberwachung des Kollektorstromes der Transistoren 21 und 22 würde prinzipiell ein Stromwandler und ein Strom-Komparator genügen, da der Strom des Schalttransformators durch beide Transistoren fliesst. Aus Sicherheitsgründen sind jedoch zwei Stromwandler 41, 42 und zwei Strom-Komparatoren 43, 44 vorgesehen. Zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit di dt im Kurzschlussfall ist erfindungsgemäss im Sekundärkreis des Schalttransformators 4 ein zusätzlicher Ubertrager 53 vorgesehen, dessen Primär- und Sekundärwicklungen in Serie liegend, gegensinnig gewickelt sind. Der Sekundärstrom (Schweissstrom) des Ubertragers 53 induziert dadurch in dessen Primärwicklung eine Gegen-EMK, welche umso grösser ist, je grösser die Stromänderung im Lastkreis, d.h. in der Lichtbogenstrecke ist. Dies bedeutet, dass der Stroman stieg di des Schweiss stromes umso stärker verringert dt wird, je stärker der Schweissstrom ist. Diese Stromanstiegsbegrenzung wirkt sich über die induktive Kopplung des Schalttransformators 4 auch auf den Stromanstieg des Kollektorstroms der Transistoren 21 und 22 aus und begrenzt diesen. In Fig. 5a ist der zeitliche Verlauf des Kollektorstromes IC bei Normalbetrieb unter Verwendung des #bertra di gers 53 zur dt Begrenzung dargestellt, wobei ta die Einschaltdauer der Transistoren bezeichnet. Aus der ansteigenden Flanke ist der rasche Stromanstieg bei Normallast erkennbar. In Fig. 5b ist der Kurzsch#uss- fall unter gleichen Bedingungen d.h. mit di - Begren dt zung dargestellt, wobei der Abschaltpegel durch den Strom-Komparator bei ca. llOA liegt. Trotz des Kurzschlusses ist die schraffiert dargestellte Strom-Zeitfläche gross genug, um eine einwandfreie Tropfenablösung zu gewährleisten. Die Fig. 5c zeigt einen Kurz schlussfall ohne di - Begrenzung. Es ist ersichtlich, dt dass die wesentlich geringere Strom-Zeitfläche für eine einwandfreie Tropfenablösung nicht ausreicht, wodurch die Qualität der Schweissung vermindert wird. Durch die erfindungsgemässe Schutzschaltung werden somit folgende Vorteile erzielt: 1. Durch die Strom- und -Spannungs-Komparatoren wird eine rasche Abschaltung im Kurzschlussfall erzielt. 2. Durch die dt - Begrenzung wird der Abschaltpegel wesentlich später erreicht, wodurch genügend Lei stung für die Tropfenablösung zur Verfügung steht. 3. Die Stromanstiegsgeschwindigkeit di sinkt mit steidt gender Belastung. 4. Es werden keine zusätzlichen Verluste verursacht, welche z.B. bei Entlastungsnetzwerken auftreten. Ein weiteres erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel betrifft die Anwendung der Erfindung auf das pulsedarc-Schweissverfahren. Bisher wurde das pulsed-arc-Schweissverfahren in der Weise realisiert, dass einem gleichgerichteten Grundstrom von einem Drehstromtransformator Stromimpulse eines Zweiphasen-Transformatcrs höherer Spannung überlagert wurden, d.h., es waren zwei voluminöse Stromquellen notwendig. Durch Einschalten einer oder beider Halbwellen des Uberlagerungstransformators konnte dabei nur eine Uberlagerungsfrequenz von 50 oder 100 Hz erzeugt werden. Durch die Erfindung wird ein Zusatzgerät zur pulsed arc-Schweissung für ein elektronisches Schweissgerät geschaffen, welches nur eine Stromquelle aufweist und einen grossen Uberlagerungsfrequenzbereich der Schweiss stromimpul#e ermöglicht. Dies wird beim Zusatzgerät für das elektronische Schweissgerät gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass ein Kurvenformgenerator mit wahlweise einstellbarer Kurvenform, Frequenz, Amplitude und Tastverhältnis vorgesehen ist, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines Verstärkers verbunden ist, wobei an den. zweiten Eingang des Verstärkers eine wahlweise einstellbare Gleichspannung angelegt ist, so dass am Ausgang des Verstärkers ein Uberlagerungssignal auftritt, welches aus der Gleichspannung und dem überlagerten Ausgangssignal des Kurvenformgenerators besteht und einem Steuereingang des Analogreglers des geregelten Schaltnetzgerätes zugeführt ist. Der Aufbau des Zu satzgerätes wird nachfolgend anhand der Fig. 6 beschrieben. In Fig. 6 bezeichnet 1 den Netzanschluss und 2 den Netzgleichrichter des Schaltnetzgerätes, welches vorzugsweise primärseitig geregelt. ist. An den Gleichrichter 2 ist die Schaltstufe 3 des Schaltnetzgerätes angeschlossen, welche mit dem Transformator 4 verbunden ist. Am Ausgang des Transformators 4 ist der Sekundärgleichrichter 5 angeschlossen. Die Schaltstufe 3 bzw. deren Pulsbreitenmodulator wird wieder vom Analogreg ler 6 angesteuert, welchem die Istwerte des Schweissstromes und der Schweissspannung über die Anschlüsse 54 und 55 zugeführt werden. Die vom Sekundärgleichrichter 5 ausgehenden Klemmen 8 und 9 dienen wiederum zum Anschluss des Schweisskabels. Ein Kurvenformgenerator 56 (z.B. Type XR 2206) erzeugt wahlweise Sinus-, Dreieck-, oder Rechtecksignale, deren Frequenz, Amplitude und Tastverhältnis einstellbar ist. Diese Signale gelangen über einen Umschalter 57 und gegebenenfalls über einen Verstärker 58 zu einem Verstärker 59, welcher beispielsweise als Operationsverstärker ausgebildet ist. Dem Verstärker 59 wird zusätzlich eine Gleichspannung zugeführt, die von einem an konstanter Spannung Ugl liegenden Potentiometer 60 abgegriffen und gegebenenfalls über einen Verstärker 61 dem Verstär- ker 59 zugeführt wird. Der Ausgang des Verstärkers 59 gibt somit eine Gleichspannung ab, welcher das Signal des Kurvenformgenerators 56 überlagert ist, wobei die Gleichspannung der Grundstrom-Einstellung, und das Kurvenformsignal den Schweissstromimpulsen entspricht. Der Ausgang des Verstärkers 58 kann über einen Schalter 62 gegen Masse kurzgeschlossen werden, so dass nur das Grundstromsignal zum Verstärker gelangt. Das vom Verstärker 59 abgegebene Uberlagerungssignal kann einem Steuereingang 63 des Analogreglers 6 zugeführt werden, wenn die Bauteile 56 bis 62 im Gehäuse des elektronischen Schweissgerätes untergebracht sind. Zweckmässigerweise sind jedoch diese Bauteile 56 bis 62 erfindungsgemäss in einem separaten Gehäuse untergebrac-ht, welches in der Nähe der Schweissstelle verwendet werden kann, wodurch eine FernsteuerUfl# des elektronischen Schweissgerätes ermöglicht wird. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäss am Ausgang des Verstärkers 59 ein Spannungs/Frequenzumsetzer 64 angeschlossen, welcher das Uberla#erungs- signal in eine Impulsfolge variabler Frequenz umsetzt, die über eine Fernsteuerleitung 65 zu einem im Gehäuse des elektronischen Schweissgerätes untergebrachten Optokoppler 66 zur galvanischen Trennung der Stromkreise geleitet werden. Das Ausgangssignal des Optokopplers 66 wird einem Frequenz/S-pannungs- wandler 67 zugeführt, welcher die Impulsfolge wieder in das ursprüngliche Uberlagerungssignal umsetzt. Durch die Tmpulsfolgeübertragung über die Fernsteuer- leitung wird eine weitgehende Störungsfreiheit erzielt. Das auf diese Weise wiedergewonnene Uberlagerungssignal wird dem bereits erwähnten Steuereingang 63 des Analogreglers 6 gegebenenfalls über einen Verstärker 68 zugeleitet. Durch die hohe Schaltfrequenz von 25 KHz des Schaltnetzgerätes ist es möglich, dass dem über das Potentio meter 56 eingestellten Grund strom 1G von ca. 30 bis 40A, Schweissstromimpulse Ip von ca. 350A mit einer Folgefrequenz von 25 bis 1000 Hz, vorzugsweise 100Hz überlagert werden, welche z.B. eine einstellbare Impulsdauer tp von ca. 2 bis 40ms aufweisen (Fig. 7). Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, fällt die fallende Flanke des Schweissstromimpulses Ip zunächst rasch ab und klingt dann langsamer ab. Dieser langsame Abfall wirkt dem Erlöschen des Lichtbogens während der Impulspause entgegen und kann beispielsweise durch ein Integrierglied (nicht dargestellt) am Ausgang des Kurvenformgenerators 56 erzielt werden.

Claims: Patentansprüche 1. Elektronisches Schweissgerät zur Regelung zumindest eines Schweissparameters, wie Schweissstrom oder Schweissspannung, mittels Stellglied, dadurch ge kennzeichnet, dass als Stellglied ein geregeltes Schaltnetzgerät vorgesehen ist. 2. Elektronisches Schweissgerät nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzgerät pri märseitig durch einen Analogregler (6) geregelt ist, welchem die Istwerte des Schweissstroms und der Schweissspannung zugeführt sind, und dass am Ausgang des Schaltnetzgerätes ein Strom/Spannungs wandler (7) für den Istwert des Schweissstromes vorgesehen ist, wobei der Istwert der Schweissspan nung direkt am Ausgang des Schaltnetzgerätes abge nommen wird, und dass die Eingabe des Sollwerts für den Schweissstrom und/oder die Schweissspannung über eine Mikroprozessorsteuerung (10) zum Analogregler (6) des Schaltnetzgerätes erfolgt und die Mikro prozessorsteuerung (10) mit einer Eingabetastatur (11) und einer, vorzugsweise alphanumerischen An zeige (13) verbunden ist, und wobei die Schalt stufe (3) des Schaltnetzgerätes Transistoren (21, 22, 33 bis 35) oder ein- und ausschaltbare Thyristoren als Schalter enthältt..die über Treiberstufen (25, 26; 37 bis 40) von einem Pulsbreitenmodulator (27) an gesteuert werden, welcher am Ausgang des Analog reglers (6) angeschlossen ist. 3. Elektronisches SchweiBgeriät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennmeichnet, dass die Schaltstufe (3) als Eintakt-Durchflu#wandler mit asymmetrischer Halbbrückenschaltung ausgebildet ist, bestehend aus zwei Schalttransistoren (21, 22) die über in Serie liegende Dioden (23, 24) parallelgeschaltet sind und an der vom Netzgleichrichter (2) gelie ferten Gleichspannung liegen, wobei die Primär wicklung des Transformators (4) des Schaltnetzge rätes zwischen den entsprechenden Verbindungspunk ten der Transistoren (21, 22) mit den Dioden (23, 24) angeschlossen ist, und die Transistoren (21, 22) über Treiberstufen (25, 26) gleichzeitig vom Pulsbreitenmodulator (27) des Schaltnetzgerätes ein- und ausgeschaltet werden, dessen Eingangsan schluss (28) mit dem Ausgang des Analogreglers (6) verbunden ist, und wobei gegebenenfalls die Sekun därwicklung des Transformators (4) direkt mit den Anschlussklemmen (9, 10) am Ausgang des Schaltnetz gerätes verbunden ist, wobei die direkte Verbin dung gegebenenfalls durch Uberbrückung des Sekun därgleichrichters (5) des Schaltnetzgerätes mit tels Schalter erfolgt. 4. Elektronisches Schweissgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstufe (3) als Gegentakt-Vollbrücke ausgebildet ist, beste hend aus jeweils zwei in Serie liegenden Schalt transistoren (29, 30; 31, 32) die an der vom Netz gleichrichter (2) gelieferten Gleichspannung lie gen, wobei die Primärwicklung des Transformators (4) des Schaltnetzgerätes zwischen den entspre chenden Verbindungspunkten der in Serie liegenden Transistoren (29, 30; 31, 32) angeschlossen ist und zu jeder Emitter-Kollektorstrecke der Transi storen (29, 30; 31, 32) Dioden (33, 34; 35, 36) parallelgeschaltet sind, wobei die Transistoren (29, 32) einerseits, und die Transistoren (30, 31) anderseits über Treiberstufen (37, 38; 39, 40) ab wechselnd vom Pulsbreitenmodulator (27) des Schalt netzgerätes ein- und ausgeschaltet werden, dessen Eingangsanschluss (28) mit dem Ausgang des Analog reglers (6) verbunden ist, und wobei gegebenen falls die Sekundärwicklung des Transformators (a) direkt mit den Anschlussklemmen 49, 10) am Ausgang des Schaltnetzgerätes verbunden ist, wobei die di rekte Verbindung gegebenenfalls durch Uberbrückung des Sekundärgleichrichters (5) des Schaltnetzge rätes mittels Schalter erfolgt. 5. Elektronisches Schweissgerät nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessorsteue rung (10) die Istwerte des Schweissstroms und der Schweissspannung über Analog/Digitalwandler (14,15) zur Produktbildung zugeführt sind, wobei das Pro dukt dem Analogregler (6) über einen Digital/Ana logwandler (12) als Sollwert zugeführt ist, und dass zwischen der Mikroprozessorsteuerung (10) und dem Analog/Digitalwandler (15) für die Schweiss spannung ein OptDRoppler (16) zur galvanischen Trennung geschaltet ist. 6. Elektronisches Schweissgerät nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikropro zessorsteuerung (10) einerseits einen Drahtvor schubmotor (19) regelt, wobei der Istwert der Drahtvorschubgeschwindigkeit über einen Drehimpuls geber (20) der Mikroprozessorsteuerung (10) zuge führt ist, und dass die Mikroprozessorsteuerung (10) anderseits über Druckaufnehmer (17, 18) den Wasser druck im Kühlkreislauf sowie den Druck in der Schutzgasleitung überwacht, bzw. den Schweissvor gang freigibt. 7. Elektronisches Schweissgerät nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikropro zessorsteuerung (10) an die Stelle des Analogrech ners (6) tritt und dessen Funktion ausübt. 8. Schutzschaltung für ein elektronisches Schweissge rät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Uberwachung der Sättigungsspan nung der Transistoren (21, 22) erste Komparatoren (49, 50) vorgesehen sind, dass zur Begrenzung des Kollektorstromes der Transistoren (21, 22) zweite Komparatoren (43, 44) vorgesehen sind, wobei die Ausgänge der ersten und der zweiten Komparatoren (49, 50, 43, 44) dem Setz-Eingang (S) zweier Kipp glieder (45, 46) zugeführt sind, deren Ausgänge gegebenenfalls über Verstärker (47, 48) den Trei berstufen (25, 26) der Transistoren (21, 22) zuge führt sind, um diese beim Auftreten einer zu hohen Sättigungsspannung oder eines zu hohen Kollektor stromes abzuschalten, und dass zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit der Kollektorströme der Transistoren (21, 22) im Sekundärkreis des Transformators (4) ein zusätzlicher Ubertrager (53) vorgesehen ist, dessen Primär- und Sekundär wicklung in Serie liegend, gegensinnig gewickelt sind, so dass durch die Gegenspannung der Sekundär wicklung der Stromanstieg in Abhängigkeit von der Last und damit vom Schweissstrom begrenzt wird, wo bei vorlugsweise jeweils der Ausgang eines der Kippglieder (45, 46 gegebenenfalls über Verstär ker (51, 52) mit dem Setz-Eingang (S) des anderen Kippgliedes (45, 46) verbunden ist, so dass beim Setzen eines Kippgliedes gleichzeitig auch das andere Kippglied gesetzt wird. 9. Pulsed-Arc-Zusatzgerät für ein elektronisches Schweissgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurvenformgenerator (56) mit wahlweise einstellbarer Kurvenform, Frequenz, Amplitude und Tastverhältnis vorgesehen ist, des sen Ausgang mit einem ersten Eingang eines Ver stärkers (59) verbunden ist, wobei an den zweiten Eingang des Verstärkers (59) eine wahlweise ein stellbare Gleichspannung angelegt ist, so dass am Ausgang des Verstärkers (59) ein Uberlagerungs signal auftritt, welches aus der Gleichspannung und dem überlagerten Ausgangssignal des Kurven formgenerators (56) besteht und einem Steuerein gang (63) des Analogreglers (6) des geregelten ¯Schaltnetzgerätes zugeführt ist, und dass gegebe nenfalls am Ausgang des Verstärkers (59) ein Span nungs/Frequenzumsetzer (64) angeschlossen ist, dessen Ausgang über eine Fernsteuerleitung (65) mit dem Eingang eines Frequenz/Spannungsumset zers (67) verbunden ist, wobei der Ausgang des Frequenz/Spannungsumsetzers (67) an den Steuer eingang (63) des Analogreglers (6) angeschlossen ist. 10. Zusatzgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich -net, dass zwischen dem Eingang des Frequenz/Span nungsumsetzers (67) und-der Fernsteuerleitung (65) ein Optokoppler (66) vorgesehen ist.

Inventors: FRONIUS, KLAUS
Applicants: FRONIUS SCHWEISSMASCHINEN KG AUSTRIA
Application year: 1982
Main classification: B23K9
IPC codes: B23K9