AT397446B - Anordnung zur gewinnung einer hilfsspannung aus einer schweissstromquelle - Google Patents

Description

AT 397 446 B

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gewinnung einer Hilfsspannung aus einer Schweißstromquelle zum Betreiben von Elektiohandwerkzeugen, Hilfsantrieben, Beleuchtungskörpern u. ä., wobei die Spannung von der positiven und der negativen Schweißstromanschlußklemme eines Schweißgenerators entnommen ist

Auf Baustellen ohne eigenen Netzanschluß für die Speisung von Schweißaggregaten und Elektrohand-werkzeugen, also beispielsweise in unbewohnten Gebieten bei der Errichtung von Kraftwerken, Hochspannungsleitungen, Pipelines und dgl., werden üblicherweise Schweißaggregate mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsmaschine eingesetzt Diese Art von Antriebsmaschinen verwendet man aber auch fallweise in bewohnten Gebieten, und zwar dann, wenn ein vorhandenes Stromnetz nicht im Eigentum des Baustellenbetreibers ist und eine Anschlußbewilligung einen unwirtschaftlichen Aufwand an Bewilligungsund Verwaltungsverfahren erfordert

Bisher wurde die elektrische Energie für den Betrieb von Elektrohandwerkzeugen, welche für Nebenarbeiten im Zuge des Schweißens notwendig sind, einer Hilfsstromquelle des Schweißaggregates entnommen. Dieselschweißaggregate besitzen üblicherweise zusätzlich zur Schweißstromquelle eine Hilfsstromquelle mit 220 Volt Einphasenwechselstrom oder mit 380 Volt Drehstrom.

Es sind Schweißaggregate bekannt, bei denen diese Hilfsstromquelle von einem Hilfsstromgenerator gespeist wird, der mit dem Schweißstromgenerator eine konstruktive Einheit bildet. Dabei sind die Ausgänge der beiden Maschinen in ihrem Belastungsverhalten voneinander unabhängig.

Weiters werden Schweißaggregate verwendet, bei denen ein Verbrennungsmotor auf seiner Hauptabtriebsseite einen Schweißgenerator, und auf seiner Nebenabtriebsseite einen Hilfsgenerator antreibt. Auch diese Anordnung gestattet ein voneinander völlig unabhängiges Arbeiten mit beiden Stromquellen.

Nachteilig bei diesen beiden Ausführungen von Schweißaggregaten ist der große maschinenbauliche Aufwand. Solche Maschinensätze sind deshalb vergleichsweise teuer.

Bei einer anderen bekannten Konstruktion eines Schweißaggregates werden auf ein und demselben Generator mehrere Wicklungsteile angebracht, die sowohl für die Schweißleistung als auch für eine Hilfsstromabnahme bemessen sind.

Der Nachteil dieses Schweißaggregates besteht darin, daß es unmöglich ist, die Maschine gleichzeitig zum Schweißen und zur Speisung von Elektrohandwerkzeugen zu verwenden. Die Ursache hierfür liegt in den unterschiedlichen Anforderungen der beiden Verbraucherkreise an die Belastnngskennlinie. Während für das Schweißen eine stark fallende Kennlinie erforderlich ist, benötigt man für den Betrieb von Elektrohandwerkzeugen oder auch Beleuchtungskörpern eine nahezu konstante Spannung. Es kann nur jeweils eine dieser beiden Forderungen erfüllt werden; das bedeutet, es kann jeweils entweder nur geschweißt oder nur ein Elektrohandwerkzeug betrieben werden.

In der DE-OS 2 017 711 ist eine beim Elektroschweißen verwendbare, elektromagnetisch gesteuerte, Lichtschutzblende beschrieben, welche parallel zum Schweißstromkreis eines Schweißgenerators angeschaltet ist Eine elektrische Steuerung weist einen Ansprechschwellwert auf, der oberhalb der maximalen, im Betriebszustand auftretenden, Generatorspannung liegt. Zur automatischen Anpassung an Schweißanlagen mit unterschiedlicher Leerlaufspannung wird ein belastungsunabhängiger Widerstand, beispielsweise ein Kaltleiter, verwendet. Dieser Widerstand regelt den Magnetstrom für die Steuerung, unabhängig von der Speisespannung, auf einen konstanten Wert

Nachteilig bei der Schaltung lt DE-OS 2 017 711 ist die relativ große Verlustleistung, als deren Folge auch entsprechende Kühlungsprobleme im Elektronikteil auftreten.

Die WO 81/00799 beschreibt eine Schaltung, mit welcher Hochstrom-Impulse zum Elektroschweißen erzeugt werden. Dabei ist die Plus-Klemme eines konventionellen Schweißaggregates mit dem zu schweißenden Werkstück verbunden; die Minusklemme liegt, und zwar in Serie mit der besagten Schaltung, an der Schweißelektrode. Die Schaltung benötigt sodann noch eine Wechselstromanspeisung, um zu verhindern, daß der Lichtbogen beim Schweißvorgang abreißt.

Bei der in der WO 81/00799 vorgestellten Erfindung handelt es sich somit lediglich um einen Generator zur Erzeugung von Hochstromimpulsen. Zusätzliche elektrische Leistung kann hierbei nicht entnommen werden.

Gegenstand der in der DE-OS 2 025 847 vorgelegten Erfindung ist ein Schutzhelm für Elektroschweißer, an dem eine Lampe befestigt ist, die von einer Schweißstromquelle gespeist wird. Dabei liegt diese Lampe im selben Stromkreis wie das Schweißgerät und ist parallel zu diesem geschaltet

Mit der in der Publikation DE-OS 2 025 847 vorgeschlagenen Art der elektrischen Leistungsversorgung kann keine Spannung mit definierter Größe abgenommen werden. Es ist deshalb nicht möglich, Elektrogeräte, welche eine definierte Betriebsspannung benötigen, auf diese Weise zu betreiben.

Die DE-OS 31 42 304 beschreibt einen Gleichspannungswandler, dessen Primärwicklungen über zwei elektronische Schalter periodisch in abwechselnder Richtung an eine Gleichspannung gelegt werden. Mittels einer entsprechend eingestellten Lückzeit schwingt das System von selbst mit der ihm eigenen Resonanzfrequenz auf die jeweils entgegengesetzte Polarität um.

Der Nachteil des in der Publikation DE-OS 2 025 847 beschriebenen Gleichspannungswandlers besteht darin, daß er an eine konstante Gleichspannungsquelle gelegt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, die es ermöglicht, mit geringem wirtschaftlichen Aufwand einem reinen Schweißgenerator, vorzugsweise während des Schweißbetriebes, zusätzlich elektrische -2-

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Leistung mit einer für den Betrieb von Elektrohandwerkzeugen, Hilfsantrieben, Beleuchtungskörpern u. ä. passenden Spannung zu entnehmen.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst Diese ist dadurch gekennzeichnet daß die Spannung von den Schweißstromanschlußklemmen einem Schaltnetzteil zugeführt ist, wobei ein Leistungswandler des 5 Schaltnetzteiles als Hochfirequenzkreis mit Schalttransistoren ausgeführt ist und wobei der Eingangskreis und der Ausgangskreis des Leistungswandlers galvanisch getrennt sind*

Daraus ergibt sich der Vorteil, daß für den Betrieb von Elektrohandwerkzeugen, Hilfsantrieben, Beleuchtungskörpern u. ä. keine eigene Spannungsquelle erforderlich ist Somit ist gewährleistet daß eine Elektroschweißanlage einschließlich aller Hilfsbetriebe mit einem Schweißaggregat allein vollkommen 10 autark betriebsfähig ist

An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Fig. zeigt ein aus einem Dieselmotor (1) und einem Schweißgenerator (3) bestehendes Schweißaggregat mit primärgetaktetem Schaltnetzteil (6) zur Abnahme einer Hilfsspannung 220 V DC.

Dar Dieselmotor (1) treibt über eine Welle (2) den Schweißgenerator (3) an. Von zwei zu verschweißenden 15 Werkstücken (4, 5) ist das linke Werkstück (4) - mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Anschlußklemme oder Anschlußzange - über ein einpoliges Kabel (20) mit einer posidven Schweißstromanschlußklemme (8) des Schweißgenerators (3) verbunden. Eine weitere Verbindung führt über ein Handkabel (21) von einer negadven Schweißstromanschlußklemme (8) zu einer Elektrode (18). Die posidve und die negative Schweißstromanschlußklemme (8, 9) sind auch, über eine Anschlußleitung (10), mit den 20 Eingangsklemmen (11) des Schaltnetzteiles (6) verbunden.

Beim Lichtbogenschweißverfahren, um das es sich im vorliegenden Fall handelt, wird an der Verbindungsstelle (19) der beiden zu verschweißenden Werkstücke (4,5) ein Lichtbogen erzeugt, unter dessen hoher Temparatur der Werkstoff schmilzt. Der Lichtbogen wird zwischen Elektrode (18) und den beiden zu verschweißenden Werkstücken (4, 5) gezogen. Die Elektrode (18) ist in einem - in der Zeichnung nicht 25 dargestellten · Elektrodenhalter eingesetzt. Der Lichtbogen entsteht durch kurzes Auftupfen und langsames Abheben der Elektrode (18) von den zu verschweißenden Werkstücken (4, 5). Der Lichtbogen mit seiner Temperatur von über 3500 °C bewirkt, daß die zu verschweißenden Werkstücke (4,5) aufgeschmolzen werden. Gleichzeitig wird ein Zusatzwerkstoff eingeschmolzen oder aufgetragen, den im vorliegenden Fall die Elektrode (18) liefert. 30 Von den Eingangsklemmen (11) des Schaltnetzteiles (6) führt eine Verbindung zu einem Leistungswandler (13). Die vom Schweißgenerator (3) gelieferte Gleichspannung wird über einen aus zwei Schalttransistoren bestehenden Wechselrichter in eine Wechselspannung umgewandelt und der Primärwicklung des Leistungswandlers (13) zugeführt.

Entsprechend der fallenden Kennlinie des Schweißgenerators (3) wird die Eingangsspannung für den 35 Leistungswandler (13) mit zunehmender Schweißstrombelastung sinken. Um sicherzustellen, daß den Ausgangsklemmen (12) hohe Ausgangsleistungen bei lastunabhängiger Ausgangsspannung entnommen werden können, ist der Leistungswandlar (13) als Gegentaktwandler mit zwei Schalttransistoren ausgeführt. Die Wahl von hochfrequenztauglichem Kemmaterial ermöglicht die Anwendung einer hohen Taktfireguenz. Dadurch ergibt sich ein kleines Bauvolumen des Leistungswandlers (13), dessen galvanische Trennung von 40 Primärwicklung und Sekundärwicklung überdies die Netztrennung zwischen Eingangs- und Ausgangskreis gewährleistet.

Da es sich im vorliegenden Fall um ein primärgetaktetes Schalmetzteil (6) handelt, haben die Schalttransistoren die Aufgabe, die primäre Leistungsaufnahme des Leistungswandlers (13) zu steuern. Diese Leistungsaufnahme wird vom Ansteuertastverhältnis der Schalttransistoren bestimmt 45 Vom Ausgang des Leistungswandlers (13) wird die transformierte Wechselspannung über einen Gleichrichter (14) den Ausgangsklemmen (12) des Schalmetzteiles (6) zugeleitet Die für Elektrohand-werkzeuge üblicherweise verwendeten Universalmotoren können nicht nur ohne Schwierigkeiten mit Gleichstrom betrieben werden, sie erbringen zudem bei Gleichstrombetrieb eine etwas höhere Leistung als bei Wechselstrombetrieb. Bei sehr leistungsstarken Elektrowerkzeugen könnte es allerdings zu Problemen mit 50 dem Schalter kommen, da Gleichstrom schlechter zu unterbrechen ist als Wechselstrom. Aus diesem Grund wird im Gleichrichter (14) der vom Leistungswandler (13) gelieferte Wechselstrom in einen lockenden Gleichstrom umgewandelt, der problemlos schaltbar ist.

Die den Ausgangsklemmen (12) zugeführte Gleichspannung liegt auch am Eingang eines Regelverstäikers (15), welcher aus der Referenzspannung und dem Spannungsistwert die Regelabweichung bildet 55 Diese Regelabweichung wird vom Ausgang des Regelverstärkers (15) über einen Optokoppler (16) dem Eingang eines Controllers (17) zugeführt Der Optokoppler (16) gewährleistet die Aufrechteihaltung der galvanischen Trennung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite des Schalmetzteiles (6). Diese galvanische Trennung könnte statt mit dem Optokoppler (16) selbstverständlich auch mit einem kleinen Femtkemtrafo durchgeführt weiden. 60 Der Controller (17) ist die Steuer- und Regeleinheit des Schalmetzteiles (6), welcher die Umsetzung der Regelabweichung als Eingriff in den Eingangskreis der Schalttransistoren des Leistungswandlers (13) durchführt. Im Zusammenwirken mit anderen Schaltgliedem legt ein Zeitbasisgenerator des Controllers (17) -3-

Claims (1)

1. 5 AT 397 446 B die Schaltfrequenz des Netzteiles (6) fest und sichert somit eine konstante Spannung an den Ausgangsklemmen (12). PATENTANSPRUCH 10 Anordnung zur Gewinnung einer Hilfsspannung aus einer Schweißstromquelle zum Betreiben von Elektrohandweikzeugen, Hilfsantrieben, Beleuchtungskörpern u. ä., wobei die Spannung von der positiven und der negativen Schweißstromanschlußklemme eines Schweißgenerators entnommen ist, dadurch 15 gekennzeichnet, daß die Spannung von den Schweißstromanschlußklemmen (8,9) einem Schaltnetzteil (6) zugeführt ist, wobei ein Leistungswandler (13) des Schaltnetzteiles (6) als Hochfrequenzkreis mit Schalttransistoren ausgeführt ist, und wobei der Eingangskreis und der Ausgangskreis des Leistungswandlers (13) galvanisch getrennt sind. 20 Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-