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Die Erfindung betrifft ein geregeltes Schweiss-Schaltnetzgerät zum Lichtbogenschweissen, das einen Netzgleichrichter, eine von einem Analogregler gesteuerte Halbleiter-Schaltstufe, einen
Wechselrichtertransformator, einen Sekundärgleichrichter und eine Glättungsdrossel enthält, wobei der Analogregler mit einem Sollwertgeber verbunden ist, und eine Schweissstrommesseinrichtung vorgesehen ist, welche beim Fliessen eines Schweissstroms ein Stromflusssignal erzeugt.
Durch die GB-PS Nr. 2, 019, 135 ist ein Gleichstrom-Lichtbogenschweissgerät bekanntgeworden, welches zwar die wesentlichen Merkmale eines Schaltnetzteils aufweist, aber mit einer relativ geringen variablen Schaltfrequenz im Bereich von 0, 1 bis 10 kHz arbeitet. Als Schalter werden gewöhnliche Thyristoren verwendet, wobei ein Regler Steuerimpulse für die Thyristoren erzeugt, deren Länge und Zeitpunkt in Abhängigkeit von den Istwerten des Schweissstroms und der Schweiss- spannung variiert wird, um die gewünschten Strom- und Spannungswerte zu erhalten. Der Nachteil von gewöhnlichen Thyristoren liegt bekanntlich darin, dass sie als Schalter zur Stromunterbrechung nicht geeignet sind, d. h. die anliegende Spannung muss den Nullwert durchlaufen.
Zu diesem
Zweck ist ein Schwingkreis vorgesehen, welcher durch zwei zusätzliche Kondensatoren und durch die Primärwicklung des Wechselrichtertransformators gebildet ist. Bei üblichen Schaltnetzteilen, wie sie in einschlägigen Literaturstellen beschrieben werden, ist hingegen durch den Einsatz von Transistoren als Schalter kein Schwingkreis erforderlich. Diese Schaltnetzteile arbeiten mit Schaltfrequenzen von 20 bis 100 kHz und darüber, so dass der Wechselrichtertransformator, sowie eventuell vorhandene Siebglieder, wie Glättungsdrosseln und Siebkondensatoren, ein geringes
Gewicht und Volumen aufweisen. Diese Bauteile sind beim Schweissgerät gemäss der GB-PS Nr. 2, 019, 135 wegen der niedrigen Schaltfrequenz im Bereich von 0, 1 bis 10 kHz noch relativ voluminös und schwer.
Da diese Frequenzen noch im Hörbereich liegen, treten zusätzlich unangenehme Stör- geräusche auf.
Wenn bei einem Schweissgerät der eingangs genannten Art der Schweissvorgang unterbrochen wird, so treten trotz Unterbrechung des Schweissstroms noch erhebliche elektrische Verluste und damit unerwünschte Wärmeentwicklungen in der Halbleiter-Schaltstufe und im Wechselrichtertransformator auf, da die Halbleiter-Schaltstufe durch den über den Sollwertgeber angesteuerten Analogregler entsprechend dem eingestellten Sollwert ganz oder teilweise ausgesteuert ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltung, mit welcher die elektrischen Verluste in den Schweisspausen reduziert werden können, ohne dass eine Veränderung der Sollwertenstellung für den Schweissstrom vorgenommen werden muss.
Das geregelte Schweissgerät der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Stromflusssignal der Schweissstrommesseinrichtung einem beim Auftreten des Stromflusssignals ausgeschalteten Impulsgenerator mit zwei gegenphasigen Ausgängen zugeführt ist, von welchem Impulsgenerator bei Abwesenheit des Stromflusssignals Rechteckimpulse an mindestens einen Schalter legbar sind, der im Wege der Zuleitung zwischen Ausgang des Sollwertgebers und Steuereingang des Analogreglers angeordnet ist, wobei in dieser Zuleitung ein erster, beim Auftreten des Stromflusssignals geschlossener Schalter und/oder zwischen dieser Zuleitung und Masse, u. zw. beim Steuereingang des Analogreglers und/oder beim Ausgang des Sollwertgebers, mindestens ein zweiter, beim Auftreten des Stromflusssignals geöffneter Schalter vorgesehen ist.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemässen Schaltung, Fig. 2 ein Detail der Schaltung nach Fig. 1 und Fig. 3 Diagramme zur Erläuterung der Erfindung.
In Fig. l bezeichnet-l-den Netzanschluss und --2-- den Netzgleichrichter eines Schweiss-Schaltnetzgerätes, welches vorzugsweise primärseitig geregelt ist. An den Netzgleichrichter --2-- ist die Halbleiter-Schaltstufe --3-- angeschlossen, welche mit dem Wechselrichtertransformator --4-- verbunden ist. Am Ausgang des Wechselrichtertransformators --4-- ist der Sekundärgleichrichter --5-- und eine Glättungsdrossel --6-- angeschlossen. Die Halbleiter-Schaltstufe --3-- besteht in üblicher Weise aus Schalttransistoren od. dgl., die über Treiberstufen von einem Pulsbreitenmodulator angesteuert werden, der seinerseits von einem Analogregler --7-angesteuert wird, welchem die Istwerte des Schweissstroms und der Schweissspannung über die Anschlüsse-8 und 9-zugeführt werden.
Der von der Glättungsdrossel --6-- ausgehende Anschluss --10-- und der vom Sekundärgleichrichter --5-- ausgehende und mit Masse verbundene
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Anschluss --11-- dienen zum Anschluss des Schweisskabels. Dem Steuereingang --12-- des Analog- reglers --7-- wird ein Sollwertsignal für den Schweissstrom vom Ausgang --13-- eines Sollwert- gebers --14-- über eine Leitung --15-- zugeführt. Der Sollwertgeber --14-- besteht beispielsweise aus einem an einer konstanten Spannung Ugl liegenden Potentiometer --16--, dessen Abgriff zu einem Gleichspannungsverstärker --17-- führt, dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines Summierverstärkers --18-- verbunden ist.
Ein Kurvenformgenerator --19-- erzeugt wahlweise
Sinus-, Dreieck- oder Rechtecksignale, deren Frequenz, Amplitude und Tastverhältnis einstellbar ist. Diese Signale gelangen über einen Umschalter --20-- und einen Signalverstärker --21-- zum zweiten Eingang des Summierverstärkers --18--. Der Ausgang des Summierverstärkers --18-- gibt somit als Sollwertsignal eine Gleichspannung ab, welcher das Generatorsignal des Kurvenform- generators --19-- überlagert ist, wobei die Gleichspannung einer Grundstrom-Einstellung und das Kurvenformsignal Schweissstromimpulsen entspricht, die für bestimmte Schweissungen erforderlich sind.
Der Ausgang des Signalverstärkers --21-- kann über einen Schalter --22-- gegen Masse kurzgeschlossen werden, so dass nur das Grundstromsignal zum Summierverstärker --18-- gelangt.
Anschliessend wird die erfindungsgemässe Schaltung zur Verringerung der Leerlaufverlustleistung für das geregelte Schweiss-Schaltnetzgerät beschrieben.
Ein ein- und ausschaltbarer Impulsgenerator --23--, z.B. ein astabiler Multivibrator mit gegenphasigen Ausgänge --A, B--, erzeugt periodische Rechteckimpulse SAS S8 von beispielsweise 20 bis 100 Hz, vorzugsweise 40 Hz, mit einer Impulsbreite von beispielsweise 0, 02 bis 0, 4 ms, vorzugsweise 0, 2 ms, die zur Ansteuerung von Schaltern --24, 25 und 26-- dienen. Der Schalter --24-- wird vom Ausgang --A-- angesteuert und liegt in der Leitung --15--, die den Ausgang --13-- des Sollwertgebers --14-- mit dem Eingang --12-- des Analogreglers --7-- verbin- det.
Der Schalter --25-- wird vom Ausgang --B-- angesteuert und verbindet den Ausgang --13-des Sollwertgebers --14-- mit Masse, während der ebenfalls vom Ausgang --B-- angesteuerte Schalter --26-- den Eingang --12-- des Analogreglers --7-- mit Masse verbindet. Der Impulsgenerator --23-- wird in Abhängigkeit von einem Stromflusssignal S ein-bzw. ausgeschaltet. Das Stromflusssignal S wird von einer Schweissstrommesseinrichtung --30-- erzeugt, die das Fliessen eines Schweissstroms bzw. dessen Unterbrechung feststellt.
Zu diesem Zweck ist beispielsweise die Glättungsdrossel --6-- mit einer Sekundärwicklung --27-- versehen, deren Ausgangsspannung gegebenenfalls über einen Verstärker --28-- verstärkt und über einen Gleichrichter --29-gleichgerichtet wird und dann als Stromflusssignal S zur Verfügung steht, welches dem Impulsgene-
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wird die Funktion der Schaltung mit Hilfe der Fig. 3 erläutert.
Fliesst ein Schweissstrom Is, so wird durch die erwähnte Schweissstrommesseinrichtung --30-- ein Stromflusssignal S erzeugt, welches den Impulsgenerator --23-- ausschaltet, wodurch die
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--24,Analogregler --7-- gelangt.
Wird der Schweissstrom zum Zeitpunkt t l, bedingt durch eine Schweisspause, unterbrochen, so wird kein Stromflusssignal mehr erzeugt und der Impulsgenerator --23-- wird eingeschaltet, wodurch der Schalter --24-- durch das Signal S A periodisch auf die Dauer von zirka 0, 2 ms eingeschaltet und auf die Dauer von zirka 25 ms ausgeschaltet wird, während die Schalter --25 und 26-- durch das Signal SB periodisch auf die Dauer von zirka 0, 2 ms ausgeschaltet und auf die Dauer von zirka 25 ms eingeschaltet werden. Das heisst, der Schalter --24-- bewirkt eine periodische Unterbrechung der Zufuhr des Sollwertsignals zum Analogregler --7--, während die Schalter --25 und 26-- das Sollwertsignal gegen Masse periodisch kurzschliessen, wobei das Tastverhältnis des Sollwertsignals nur etwa 0, 8% beträgt.
Dementsprechend werden die Schalttransistoren der Halbleiter-Schaltstufe --3-- während einer Schweisspause über den Analog- regler-7-- nur getaktet mit obigen Tastverhältnis betrieben, so dass die Verlustleistung wesentlich reduziert wird.
Wird der Schweissbetrieb zum Zeitpunkt t, (Elektrode berührt Schweissstück) wieder aufge-
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nommen, so fliesst zum Zeitpunkt t, während der kurzen periodischen Zufuhr des Sollwertsignals zum Analogregler bereits ein Schweissstrom, der von der erwähnten Schweissstrommesseinrichtung --30-- unmittelbar festgestellt wird, worauf gleichzeitig das Stromflusssignal erzeugt und der Impulsgenerator --23-- ausgeschaltet wird, so dass die Schalter --24, 25 und 26-- wieder die in Fig. 1 gezeigte Ruhestellung einnehmen und der normale Schweissbetrieb fortgesetzt werden kann.
Beim dargestellten Beispiel sind drei Schalter --24, 25 und 26-- in Verwendung. Es versteht sich, dass auch nur einer der Schalter --24, 25 oder 26-zum Einsatz gelangen kann, um den gleichen gewünschten Effekt mit verringertem Aufwand zu erzielen. Auch ein Einsatz von zwei Schaltern, z. B. die Schalter --24 und 25-- oder die Schalter --24 und 26--, wäre möglich.
Als Schalter --24, 25 und 26-werden vorzugsweise Transistoren eingesetzt.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Impulsgenerators --23-- in Form eines bekannten
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signal S zugeführt wird. Ist kein Stromflusssignal vorhanden, so läuft der Multivibrator frei und an den Ausgängen --A bzw. B-- können die Signale zur Ansteuerung der Schalter --24, 25 und 26-- abgenommen werden. Beim Vorhandensein eines Stromflusssignals S wird der Transi- stor-T,-eingeschaltet, so dass die Basis-Emitterstrecke des Transistors --T2 -- kurzgeschlossen wird und der Transistor --T2 -- sperrt, während der Transistor --Tl-- in den leitenden Zustand übergeht.
Dementsprechend geht der Ausgang --A-- auf einen hohen und der Ausgang --B-auf einen niedrigen Pegel, wodurch die Schalter --24, 25 und 26-- entsprechend geöffnet bzw. geschlossen werden. Verwendet man z. B. npn-Transistoren als Schalter --24, 25 und 26--, so können die den Schaltern --25 und 26-- entsprechenden Transistoren über Vorwiderstände an den Ausgang --B-- angeschlossen werden, während der dem Schalter --24-- entsprechende Transi-
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B.Glättungsdrossel --6-- ausreicht, um ein durch die Restwelligkeit des Ausgangsstroms erzeugtes Wechselspannungssignal zu liefern, welches verstärkt und gleichgerichtet wird, um das Stromflusssignal S zu ergeben.
Es versteht sich, dass die Schalter --24, 25 und 26-- auch innerhalb der Schaltung des Sollwertgebers --14-- angeordnet werden können. Beispielsweise könnte der Schalter --22-durch den Impulsgenerator --23-- angesteuert werden. Der astabile Multivibrator kann auch als Operationsverstärker mit RC-Rückkopplung ausgebildet sein, dessen Ausgangsimpulse einem Verstärker zugeführt werden, der gleichzeitig das Stromflusssignal an seinem Eingang empfängt.
Am Ausgang des Verstärkers kann ein Transistor als Schalter zum periodischen Kurzschliessen des Sollwertsignals gegen Masse angeschlossen sein. Bei genügend grossem Stromflusssignal S geht der Transistor in Sättigung und sperrt die Weiterleitung der Impulse.
Bei der Wahl eines andern Impulsgenerators ist natürlich zu beachten, dass die Ausgänge desselben in ausgeschaltetem Zustand, d. h. bei Anwesenheit eines Stromsignals S einen entsprechenden Pegel aufweisen, damit die Schalter --24, 25 und 26-- die in Fig. 1 gezeigte Stellung einnehmen.
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