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Die Erfindung betrifft einen Sekundärteil fur einen Transformator, einen Leistungsteil sowie ein Verfahren für einen Leistungsteil, wie diese in den Oberbegriffen der Ansprüche 1,2 und 7 beschrieben sind
Aus der DE 43 02 443 C 1 ist ein Leistungsteil für ein Lichtbogenschweissgerät beschrieben.
Das Leistungsteil weist auf der Primärseite eines Transformators eine Primärwicklung auf, die über eine Halbbrücke, bestehend aus einer Schaltvorrichtung und jeweils einer Diode, gesteuert wird
Die Primärwicklung ist über Leitungen mit einer Stromquelle verbunden Sekundärseitig weist das
Leistungsteil zwei unabhängig voneinander angeordnete Sekundärwicklungen auf Die Sekundär-A 8023/97 wicklungen sind jeweils über eine Gleichrichterschaltung mit dem Verbraucher verbunden, wobei jeder Sekundärwicklung eine Schaltvorrichtung zugeordnet ist. Der positive Ausgang der einen Sekundärspule ist mit den negativen Potential der weiteren Sekundärspule und umgekehrt unter Zwischenschaltung der Gleichrichterschaltung und der Schaltvorrichtung verbunden.
Durch ein derartiges Zusammenschalten der beiden Sekundärspulen wird erreicht, dass der Verbraucher von jeweils einer der beiden Sekundärspulen mit Energie versorgt wird, das heisst, dass der Verbraucher einmal von der einen Sekundärspule und anschliessend von der weiteren Sekundärspule unabhängig voneinander mit Energie versorgt wird, wobei die Steuerung, welche der beiden Sekundarspulen den Verbraucher mit Energie versorgt, über die in Serie zu einem Ausgang der Sekundärspule angeordnete Schaltvorrichtung erfolgt Nachteilig ist hierbei, dass in den Schaltpausen also beim Umschalten von einer Sekundärspule auf die weitere Sekundärspule sowie beim wechselweisen Ansteuern der Primärspule der Verbraucher nicht mit Energie versorgt werden kann, sodass ein Erlöschen des Lichtbogens zustande kommen kann Dies deshalb,
da nach Auftreten eines Kurzschlusses zwischen der Elektrode und dem Werkstück eine Widerstandserhöhung eintritt, wodurch beim Umschaltvorgang der Stromfluss abreissen kann, was zur Folge hat, dass der Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Werkstück erlischt
Weiters ist auch aus der EP 0 704 957 A2 eine Stromquelle für die Energieversorgung eines Verbrauchers bekannt, bei der eine Primärspule eines Transformartors über eine Vollbrucke mit einer Stromquelle verbunden ist Ein Verbraucher wird auf der Sekundärseite des Transformators über eine Sekundärspule, die in Form einer aus dem Stand der Technik bekannten Mittelpunktschaltung mit dem Verbraucher verbunden ist, mit Energie versorgt Weiters weist die Stromquelle jeweils zwei Entlastungsschaltkreise auf,
wobei die beiden Entlastungsschaltkreise im Mittelpunkt der paarweise angeordneten Schaltvorrichtungen und dem positiven Potential sowie dem negativen Potential angeordnet sind, wodurch beim paarweisen Umschalten der Schaltvorrichtungen zum Umpolen der Primärwicklung des Transformators der Schaltvorgang stromlos erfolgt, da aufgrund der beiden Entlastungsschaltkreise die Energie über die zusätzlichen Schaltvorrichtungen der Entlastungsschaltkreise vorbeigeführt wird, sodass ein stromloses Umpolen des Transformators möglich ist.
Nachteilig ist hier wiederum, dass in den Schaltpausen in denen der Transformator uber die einzelnen Schaltvorrichtungen umgepolt wird, der Verbraucher nicht mit Energie versorgt werden kann, sodass ein Erlöschen des Lichtbogens möglich ist
Es ist bereits ein Leistungsteil für einen Schweissprozess bekannt, bei dem zur Versorgung des Verbrauchers, insbesondere eines Lichtbogens, bzw. zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens dieser über eine Halbbrücke mit Energie versorgt wird Die Halbbrücke wird dabei aus zwei gegenüberliegenden Schaltvorrichtungen und jeweils eine in Serie geschaltete Diode gebildet Die Halbbrücke wird von einer Spannungsquelle mit Energie versorgt. Im Mittelpunkt jeder Schaltvorrichtung und der Dioden ist eine Primärspule eines Transformators angeschlossen.
Die SekundÅarspule des Transformators ist mit dem Verbraucher, insbesondere der Elektrode, und dem Werkstuck unter Zwischenschaltung einer Gleichrichterschaltung und einer Ausgangsdrossel verbunden Die Versorgung des Verbrauchers mit Energie, insbesondere mit Strom und Spannung, wird durch taktweises Ansteuern der Steuervorrichtungen erreicht, wobei in den Pausen, in denen die Schaltvorrichtungen geöffnet sind, die im Transformator gespeicherte Energie über die Primärspule und die Dioden an die Spannungsquelle zurückgeliefert wird.
Nachteilig ist hierbei, dass je hochohmiger der Verbraucher wird, der Strom am Verbraucher bis zu Null sinkt, wodurch der Lichtbogen erlischt und die Spannung am Verbraucher steigt
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sekundärteil, einen Leistungsteil sowie ein Verfahren zur Erweiterung von Ausgangsspannung bzw. -strom zu schaffen, bei welchem ein grösserer Ausgangsbereich der Energieversorgung für einen Verbraucher geschaffen
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wird.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruches 1 gelöst. Der überraschende Vorteil dieser scheinbar einfachen Lösung liegt dann, dass in den Pausen, in denen die Schaltvorrichtungen geöffnet sind, die im Transformator gespeicherte Energie über die Primärspule an die Spannungsquelle und teilweise über die Zusatzdrossel an den Verbraucher abgegeben wird, sodass bei einem Anstieg des Widerstandes am Verbraucher, z B. wie dies beim Auftrennen eines Kurzschlusses bei einem Lichtbogenschweissverfahren der Fall ist, der Strom am Verbraucher sinkt, wobei durch Zuführung von zusätzlicher Energie an den Verbraucher ein einfaches Wiederzünden bzw. Aufrechterhalten des Lichtbogens erreicht wird.
Die Erfindung umfasst weiters auch einen Leistungsteil, wie er im Oberbegriff des Anspruches 2 beschrieben ist.
Die Aufgabe wird bei dem Leistungsteil durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Anspruches 2 gelöst Vorteilhaft ist hierbei, dass durch das teilweise Entmagnetisieren der gespeicherten Energie des Transformators uber die Sekundärseite eine Strom- und Spannungserhöhung am Ausgang erreicht wird, wodurch ein einfaches Aufrechterhalten des Lichtbogens bzw eine einfache Wiederzündung des Lichtbogens nach einem Kurzschluss möglich ist
Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 3, da dadurch auch bei Nichtbenötigung der Energie am Verbraucher eine Entmagnetisierung über die Sekundärseite des Transformators erfolgt, sodass eine effektive Vergrösserung der Pulsweite gegeben ist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die Anordnung des Kondensators auf der Sekundarseite des Transformators die Dioden zum Entmagnetisieren des Transformators auf der Primärseite, also die in Serie zu den Schaltvomchtungen angeordneten Dioden und auf der Sekundärseite die Zusatzdrossel entfallen kann, da eine vollständige Entmagnetisierung des Transformators auf die Sekundärseite des Transformators durchgeführt werden kann, wobei die Energie im Kondensator gespeichert wird
Von Vorteil ist auch eine Ausgestaltung nach den Ansprüchen 4 bis 6, da dadurch das Einsetzen des Energieflusses vom Transformator zu dem Verbraucher über die Ausgangsdrossel festgelegt werden kann,
wodurch eine einfache Anpassung an die unterschiedlichsten Gegebenheiten des Leistungsteil möglich ist
Weiters umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Erweiterung der Ausgangsspannung bzw des Ausgangsstroms, wie es im Oberbegriff des Anspruches 7 beschrieben ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem Verfahren durch die Massnahmen im Kennzeichenteil des Anspruches 7 gelöst. Vorteilhaft ist bei diesem Verfahren, dass durch die Entmagnetisierung des Transformators teilweise über die Primärseite und die Sekundärseite eine effektive Vergrösserung der Pulsweite erreicht wird, sodass dem Verbraucher mehr Leistung zugefuhrt werden kann
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen :
Fig 1 ein Schaltschema eines zum Stand der Technik zählenden Leistungsteil in vereinfachter, schematischer Darstellung ;
Fig 2 ein Diagramm der Leistungsform des zum Stand der Technik zählenden
Leistungsteil in vereinfachter, schematischer Darstellung ;
Fig. 3 ein Schaltschema des erfindungsgemässen Leistungsteil in vereinfachter, schematischer Darstellung ;
Fig 4 ein Diagramm der Leistungsform des erfindungsgemässen Leistungsteil in vereinfachter, schematischer Darstellung
In Fig. 1 ist ein zum Stand der Technik zählender Leistungsteil 1, beispielsweise bei einer Anwendung ats Schweissstromquette für ein Lichtbogenschweissgerät mit abschmelzbarem Schweissdraht, gezeigt.
Der Leistungsteil 1 wird dabei an eine Spannungsquelle 2 angeschlossen Die Spannungsquelle 2 kann aus einem Spannungsversorgungsnetz unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters bzw durch eine Batterie gebildet werden. An den Ausgängen der Spannungsquelle 2 ist jeweils eine Versorgungsleitung 3,4 angeordnet, wobei die Versorgungsleitung 3 das Leistungsteil 1 mit dem positiven Potential und die Versorgungsleitung 4 das Leistungsteil 1 mit
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dem negativen Potential versorgt
Parallel zur Spannungsquelle 2 wird eine Halbbrücke 5 mit den Versorgungsleitungen 3,4 verbunden. Die Halbbrücke 5 besteht dabei aus zwei Schaltvorrichtungen 6,7 und zwei Dioden 8, 9.
Jeweils eine Schaltvorrichtung 6, 7 und eine Diode 8,9 werden uber eine Verbindungsleitung
10, 11 mit den Versorgungsleitungen 3,4 verbunden, sodass diese parallel zur Spannungsquelle 2 angeordnet sind Die Schaltvorrichtungen 6,7 werden gegengleich angeordnet, d. h, dass die Schaltvorrichtung 6 mit der Versorgungsleitung 3 und die Schaltvorrichtung 7 mit der Versorgungsleitung 4 über die Verbindungsleitungen 10,11 verbunden sind Die dazugehörigen Dioden 8,9 sind in Durchlassrichtung zu der Versorgungsleitung 3 angeordnet.
Im Mittelpunkt 12,13 der Schaltvorrichtungen 6,7 und der Dioden 8,9 ist über eine Leitung 14 ein Transformator 15 mit einer Primärspule 16 angeordnet.
An einer Sekundärseite 17 des Transformators 15 ist ein Verbraucher 18, insbesondere ein Schweissbrenner 19, angeschlossen, d h, dass an einer SekundÅarspule 20 der Schweissbrenner 19 unter Zwischenschaltung einer Gleichrichterschaltung 21, die durch eine Gleichrichterdiode 22 und eine Freilaufdiode 23 gebildet wird, über Versorgungsleitungen 24,25 an Ausgängen 26, 27 des Leistungsteil 1 angeschlossen ist.
Die Gleichrichterdiode 22 in der Versorgungsleitung 24 wird in Durchlassnchtung zu dem Ausgang 26 angeordnet Die weitere Freilaufdiode 23 wird parallel zur Sekundärspule 20 zwischen der Gleichnchterdlode 22 und dem Ausgang 26 mit den Versorgungsleitungen 24,25 verbunden Weiters ist eine Ausgangsdrossel 28 zwischen der Gleichrichterdiode 22, sowie der Freilaufdiode 23 und dem Ausgang 26 angeordnet. Der weitere Ausgang 27 des Leistungsteil 1 ist mit einem Werkstück 29 verbunden.
Wird der Leistungsteil 1 in Betrieb genommen, d h, dass von der Spannungsquelle 2 der Leistungsteil 1 mit Strom und Spannung versorgt wird, so wird das positive Potential der Spannungsquelle 2 an die Versorgungsleitung 3 und das negative Potential der Spannungsquelle 2 an die Versorgungsleitung 4 angelegt.
Anschliessend werden die Schaltvorrichtungen 6,7 von einer Steuervorrichtung 30 über Steuerleitungen 31,32 periodisch mit voreinstellbarer Zeitdauer angesteuert, d. h., dass beide Schaltvomchtungen 6,7 von der Steuervorrichtung 30 gleichzeitig angesteuert werden, sodass diese von ihrem Ruhezustand in einen geschlossenen Zustand über eine voreinstellbare Zeitdauer geschaltet werden Durch das Schliessen der Schaltvorrichtungen 6, 7 wird ein Stromkreis von der Versorgungsleitung 3 zur Versorgungsleitung 4 aufgebaut, d h., dass von der Versorgungsleitung 3 über die Schaltvorrichtung 6 an die Primärspule 16 und von dieser über die Schaltvorrichtung 7 ein Stromfluss in Richtung zum negativen Potential, also an die Versorgungsleitung 4, aufgebaut wird.
Durch das Durchströmen der Primärspule 16 wird im Transformator 15 die Energie in einem bestimmten Verhältnis von der Primärspule 16 zur SekundÅarspule 20 übertragen und versorgt über die Gleichrichterschaltung 21 und die Ausgangsdrossel 28 den Verbraucher 18 und das Werkstück 29 mit Energie, insbesonders mit Strom und Spannung
Bei dem dargestellten Transformator 15 ist der Wicklungssinn durch zwei Punkte 33,34 dargestellt, d. h., dass bei gleichem Wicklungssinn der Primärspule 16 und der SekundÅarspule 20, wie durch die Punkte 33,34 dargestellt, auf die Sekundärseite 17 das positive Potential an der Versorgungsleitung 24 und das negative Potential an der Versorgungsleitung 25 anliegt und somit der Schweissbrenner 19 am positiven Potential und das Werkstück 29 am negativen Potential angeschlossen ist.
Um den Stromkreis auf der Sekundärseite 17 des Transformators 15 zu schliessen, kann ein Benutzer mit einer in dem Schweissbrenner 19 angeordneten Elektrode 35 einen Lichtbogen 36 zwischen dieser und dem Werkstück 29 aufbauen Dazu berührt der Benutzer mit der Elektrode 35 das Werkstück 29, sodass ein Kurzschluss zwischen der Elektrode 35 und dem Werkstück 29 entsteht. Anschliessend hebt der Benutzer die Elektrode 35 vom Werkstück 29 ab, sodass zwischen dem Werkstück 29 und der Elektrode 35 des Schweissbrenners 19 der Lichtbogen 36 aufgebaut wird.
Durch das Zünden des Lichtbogens 36 wird der Stromkreis auf der Sekundärseite 17 des Transformators 15 geschlossen, sodass die von der Primärspule 16 auf die Sekundärspule 20 übertragene Energie den Verbraucher 18 zugeführt wird und somit ein Schweissprozess von einem Benutzer durchgeführt werden kann
Nach einer voreinstellbaren Zeitdauer deaktiviert die Steuervorrichtung 30 die
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Schaltvorrichtungen 6,7, sodass der Stromkreis über die Primärspule 16 unterbrochen wird.
Aufgrund der angeordneten Dioden 8,9 kann die im Transformator 15 gespeicherte Energie über die Primärspule 16 an die Spannungsquelle 2 zurückgeführt werden. Der Stromfluss wird dabei in entgegengesetzter Richtung des Wickelsinns, also des Punktes 33 der Primärspule 16, aufgebaut, d h, dass von der Primärspule 16 über die Leitung 14 die Diode 9 an die Spannungsquelle 2 und von der Spannungsquelle 2 über die Diode 8 an die Primärspule 16 ein Stromkreis aufgebaut wird Durch den Aufbau dieses Stromflusses ist es möglich, dass der Transformator 15 entmagnetisiert wird, sodass die im Transformator 15 gespeicherte Energie an die Spannungsquelle 2 zurückgespeichert werden kann Dieser Vorgang ist deshalb notwendig,
da aufgrund einer Anordnung einer Halbbrücke 5 der Stromfluss durch die Primärspule 16 nur in eine Richtung erfolgen kann, sodass bei vollständiger Magnetisierung des Transformators 15 keine Energieübertragung mehr an die Sekundarspule 20 gewahrleistet ist, wodurch eine ständige Entmagnetisierung der Pnmarspule 16 in den Schaltpausen der Schaltvorrichtungen 6,7 durchgeführt werden muss
Bei dieser Ausführungsform des Leistungsteil 1 fur ein Schweissgerät bzw. für eine Schweissstromquelle ist es erforderlich, dass beim erstmaligen Zünden des Lichtbogens 36 die Elektrode 35 mit dem Werkstück 29 kontaktiert werden muss, um den Lichtbogen 36 beim Entfernen der Elektrode 35 vom Werkstück 29 zu zünden.
Bel Stromumkehrung bzw in den Schaltpausen der Schaltvorrichtungen 6,7 bleibt der Lichtbogen 36 zwischen der Elektrode 35 und dem Werkstuck 29 aufrecht, da aufgrund der kurzen Umschaltzeit bzw. der kurzen Zeitdauer für die Entmagnetisierung der Primärspule 16 in der Ausgangsdrossel 28 ebenfalls Energie gespeichert wurde, die dem Verbraucher 18, insbesondere dem Lichtbogen 36, in den Schaltpausen zugefuhrt wird
Entsteht jedoch zwischen der Elektrode 35 und dem Schweissbad, insbesondere dem Werkstück 29, ein Kurzschluss, so erlischt der Lichtbogen 36 Aufgrund des Kurzschlusses wird von der Spannungsquelle 2 eine Erhöhung des Stromes an der Elektrode 35 auf einen maximalen Ausgangsstrom durchgeführt, sodass der Tropfen, der den Kurzschluss verursacht hat, abgeschmolzen und ein neuer Lichtbogen 36 aufgebaut werden kann.
Es kann jedoch aufgrund der niedrigen Spannung, die durch die Dimensionierung des Transformators 15, z B von ca 40 Volt, festgelegt ist, zu Problemen beim neuerlichen Aufbau des Lichtbogens 36 kommen, da für eine Wiederzündung des Lichtbogens 36 nach dem Auftrennen des Kurzschlusses sich der Widerstand an der Elektrode 35 erhöht, sodass ein starker Stromabfall am Verbraucher 18 zustande kommt. Dabei ist es möglich, dass die Erhöhung des Widerstandes an der Elektrode 35 so gross ist, dass der Stromfluss unterbrochen wird und somit eine selbständige Zündung des Lichtbogens 36 nicht mehr möglich ist
In Fig. 2 ist ein Diagramm fur die Ausgangsleistung des Leistungsteil 1, wie es in Fig 1 beschrieben ist, gezeigt, wobei die Ausgangsleistung zwischen den Ausgängen 26,27 des Sekundärteils 17 des Transformators 15 gemessen wird.
In dem dargestellten Diagramm ist auf der Ordinate die Spannung U und auf der Abszisse der Strom 1 dargestellt
Aus dem Diagramm Ist eine StromlSpannungskennlinie 37 des Energiebedarfs am Verbraucher 18 gezeigt, wobei der Schnittpunkt des Stromwertes mit dem Spannungswert die entsprechende Ausgangsleistung des Leistungsteil 1 definiert. Dabei ist es möglich, dass für einen Schweissprozess die verschiedenen Parameter, wie z. B. der Schweissstrom, vom Benutzer voreingestellt werden kann.
Der Transformator 15 wird dabei so dimensioniert, dass die maximale Ausgangsspannung also die Schweissspannung von z. B. 40 V und ein maximaler Ausgangsstrom vom z. B. 200 A festgelegt wird. Durch das Festlegen der maximalen Ausgangsspannung und des maximalen Ausgangsstrom ist es möglich, dass bei einem Schweissvorgang der Lichtbogen 36 nach einmaliger Zündung aufrecht erhalten bleibt bzw. nach einem Kurzschluss eine selbständige Zündung möglich ist, d. h., dass aufgrund eines zu grossen Tropfens der Elektrode 35 ein Kurzschluss zwischen dem Werkstück 29 und der Elektrode 35 entsteht und somit der Lichtbogen 36 erlischt Nachdem der Kurzschluss nach Abbrennen des Tropfens beseitigt wurde, erfolgt eine selbständige Zündung des Lichtbogens 36.
Um einen Schweissprozess durchführen zu können, ist es möglich, dass der Benutzer an der
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den Lichtbogen 36 gezündet hat, kann eine entsprechende Schweissraupe am Werkstück 29 hergestellt werden Tritt jedoch zwischen dem Werkstück 29 und der Elektrode 35 ein Kurzschluss auf, so erlischt der Lichtbogen 36 Gleichzeitig wird von der Spannungsquelle 2 ein höherer Stromwert 38 - wie strichliert dargestellt - an die Elektrode 35 angelegt, sodass der Tropfen bzw der Kurzschluss zwischen dem Werkstück 29 und der Elektrode 35 aufgetrennt werden kann, d. h, dass die Spannungsquelle 2 den Stromwert 38 von 100 A auf z.
B 190 A - wie strichliert dargestellt - erhöht, sodass durch Aufschmelzen der Elektrode 35 der Kurzschluss zwischen dem Werkstück 39 und der Elektrode 35 aufgrund des hohen Stromwertes 38 behoben wird. Nachdem der Kurzschluss aufgetrennt wurde, wird der Lichtbogen 36 automatisch gezündet, wobei sich jedoch der Widerstand an der Elektrode 35 wesentlich vergrossert, sodass ein Stromrückgang am Verbraucher 18 eintritt Durch die Erhöhung des Widerstandes an der Elektrode 35, sinkt der Stromwert 38 am Verbraucher 18 bis der Stromfluss unterbrochen ist Durch das Absinken des Stromwertes 38 - wie strichpunktiert dargestellt - auf den Wert 0 bzw durch das Unterbrechen des Stromflusses erlischt der Lichtbogen 36 abermals.
Da nunmehr keine Belastung an den Ausgängen 26,27 des Leistungsteil 1 vorhanden ist, tntt eine Spannungserhöhung an den Ausgängen 26, 27 ein, wie dies durch den Stromwert 38 mit strichpunktierten Linien dargestellt 1St. Durch die Erhohung der Spannung wird ein leichteres Zünden des Lichtbogens 36 mit einer Zündvorrichtung, beispielsweise einen Hochfrequenzgenerator, erreicht.
Aufgrund des Stromrückganges durch die Erhöhung des Widerstandes an der Elektrode 35 ist es bei dem zum Stand der Technik zählenden Leistungsteil 1 nicht sichergestellt, dass nach Auftrennen eines Kurzschlusses zwischen der Elektrode 35 und dem Werkstück 29 der Lichtbogen 36 aufrecht erhalten bleibt, da der Stromwert 38 von der maximalen Stromleitung auf eine Minimalleistung sinken kann bzw. dass nach sofortiger Zündung des Lichtbogens 36 nach einem Kurzschluss und aufgrund der Erhöhung des Widerstandes an der Elektrode 35 dieser Lichtbogen 36 aufgrund des Unterbrechens des Stromflusses erlischt.
Durch das Abreissen des Lichtbogens 36 bzw durch das Erlöschen des Lichtbogens 36 nach einem Kurzschluss, kann es mit dem zum Stand der Technik zählenden Leistungsteil 1 zu Verlusten der Schweissqualität kommen
In den Fig 3 und 4 ist das erfindungsgemässe Leistungsteil 1 sowie ein Diagramm für die Ausgangsleistung des erfindungsgemässen Leistungsteil 1 gezeigt, wobei für dieselben Teile des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispieles dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
In dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm ist wiederum auf der Ordinate die Spannung U und auf der Abszisse der Strom I dargestellt.
Das erfindungsgemasse Leistungsteil 1 entspricht dabei dem in Fig 1 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel des zum Stand der Technik zählenden Leistungsteil 1 Das erfindungsgemässe Leistungsteil 1 wurde auf der Sekundärseite 17 des Transformators 15 durch eine Zusatzwicklung 39, eine Zusatzdrossel40 und einer Diode 41 ergänzt. Die Zusatzwicklung 39 ist dabei im Transformator 15 auf der Sekundärseite 17 angeordnet, wobei wiederum der Wicklungssinn durch einen Punkt 42 dargestellt ist.
Ein Ausgang 43 der Zusatzwicklung 39, der dem positiven Potential entspricht, also jener Teil, in dem der Punkt 42 angeordnet ist, wird über eine Leitung 44 mit einem Ausgang 45 der SekundÅarspule 20 verbunden, d. h., dass das positive Potential der Zusatzwicklung 39 mit dem negativen Potential der Sekundärspule 20 und somit mit der Versorgungsleitung 25 zusammengeschaltet ist
Ein Ausgang 46 der Zusatzwicklung 39, also das negative Potential der Zusatzwicklung 39, ist über eine Leitung 47 unter Zwischenschaltung der Zusatzdrossel 40 und der Diode 41 mit dem positiven Potential der SekundÅarspule 20, also mit der Versorgungsleitung 24, verbunden Die Diode 41 ist dabei in Durchlassrichtung zur Versorgungsleitung 24 angeordnet.
Das Verbinden der Leitung 47 mit der Versorgungsleitung 24 erfolgt dabei zwischen der Gleichrichterschaltung 21 und der Ausgangsdrossel 28
Wird nunmehr das erfindungsgemässe Leistungsteil 1 in Betrieb genommen, so werden wiederum von der Steuervorrichtung 30 die Schaltvorrichtungen 6,7 über eine voreinstellbare Zeitdauer angesteuert Durch das Ansteuern der Schaltvorrichtungen 6,7 wird, wie zuvor beschrieben, der Stromkreis durch die Primärspule 16 aufgebaut, sodass an der Sekundärseite 17 des Transformators 15 der Verbraucher 18 mit Strom und Spannung versorgt werden kann.
Der
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Energiefluss auf der Sekundärseite 17 des Transformators 15 erfolgt dabei wie in Fig 1 beschrieben Durch die Anordnung der Zusatzwlcklung 39 mit dem positiven Potential zum negativen Potential der Sekundärspule 20 entsteht kein Einfluss auf den zwischen der Sekundärspule 20 und dem Verbraucher 18 aufgebauten Stromkreis.
Öffnet nunmehr die Steuervorrichtung 30 die Schaltvorrichtung 6,7, so tritt die Entmagnetisierung des Transformators 15 ein, d h dass der Transformator 15, wie in Fig 1 beschrieben, die gespeicherte, magnetische Energie teilweise über die Dioden 8,9 an die Spannungsquelle 2 und über die Zusatzwicklung 39 an den Verbraucher 18 abgibt Die im Transformator 15 gespeicherte Energie wird nunmehr über die Zusatzdrossel 40 und über die Diode 41 an den Verbraucher 18 angelegt, d.
h., dass ein Stromfluss von der Zusatzwicklung 39 über den Verbraucher 18 und über die Versorgungsleitung 25 entsteht Vorteilhaft ist dabei, dass durch die primärseitige und durch die sekundärseitige Entmagnetisierung des Transformators 15 ein Teil der gespeicherten Energie dem Verbraucher 18 zur Verfügung gestellt wird Durch die Abgabe der gespeicherten Energie über die Zusatzwicklung 39 wird nunmehr erreicht, dass die Pulsdauer der Schaltvorrichtungen 6,7 erweitert wird, d. h., dass trotz Abschaltung der Schaltvorrichtungen 6,7 noch Energie an den Verbraucher 18 weitergeleitet wird und somit eine simulierte Vergrösserung der Zeitdauer, in der die Schaltvorrichtungen 6,7 geschlossen sind, erreicht wird.
Die Zusatzdrossel40 hat dabei die Aufgabe, den Stromfluss an den Verbraucher 18 zu regeln, d. h, dass je nach Dimensionierung der Zusatzdrossel 40 erst bei Abfall des Stromwertes 38 auf einen bestimmten Wert zusätzliche Energie an den Verbraucher 18 zugeführt wird
Der Vorteil der Entmagnetisierung des Transformators 15 über die Sekundärseite 17 liegt darin, dass ein Abreissen des Lichtbogens 36 nach hochohmig werdender Elektrode 35 verhindert wird, da zusätzliche Energie zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens 36 zur Verfügung gestellt wird und somit der Stromfluss nach dem Auftrennen des Kurzschlusses nicht unterbrochen wird
Aus Fig 4 ist ein Diagramm für die Ausgangsleistung des Leistungsteil 1, wie es In Fig 3 beschrieben ist, gezeigt, wobei die Ausgangsleistung zwischen den Ausgängen 26,27 des Sekundärteils 17 des Transformators 15 gemessen wird.
In dem Diagramm ist wieder die Strom/Spannungskennlinie 37 für den Verbraucher 18 dargestellt, wobei der Schnittpunkt des Stromwertes und dem Spannungswert die entsprechende Ausgangsleistung des erfindungsgemässen Leistungsteil 1 definiert Die mit strichlierten Linien dargestellte Strom/Spannungskennlinie 37 zeigt dabei die gesamte Leistungskurve des Leistungsteil 1, wogegen die in vollen Linien dargestellte Strom/Spannungskennlinie 37 das Regelverhalten des erfindungsgemässen Leistungsteil 1 zeigt.
Um einen Schweissprozess mit dem erfindungsgemässen Leistungstell 1 durchführen zu können,
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Lichtbogens 36 kann der Benutzer einen entsprechenden Schweissprozess durchführen.
Tritt jedoch ein Kurzschluss zwischen dem Werkstück 29 und der Elektrode 35 auf, so wird wiederum von der Spannungsquelle 2 mehr Energie an den Verbraucher 18 geliefert, d. h., dass der Stromwert 38 von 100 A auf z. B. 190 A hinaufgesetzt wird, wie dies mit dem strichliert dargestellten Stromwert 38 gezeigt ist. Dadurch wird erreicht, dass der Kurzschluss zwischen der Elektrode 35 und dem Werkstück 29 durch Aufschmelzen der Elektrode 35 unterbrochen wird
Anschliessend erfolgt eine automatische Zündung des Lichtbogens 36, wobei sich jedoch der Widerstand der Elektrode 35 erhöht, sodass dies einen Stromrückgang am Verbraucher 18 bewirkt.
Um den Lichtbogen 36 leichter aufrecht erhalten zu können, müsste eine höhere Spannung an die Elektrode 35 angelegt werden. Da jedoch das Leistungsteil 1 beim Schweissprozess so ausgelegt ist, dass eine konstante Schweissspannung von z. B 40 V an die Elektrode 35 angelegt wird, ist es bei einem zum Stand der Technik zählenden Leistungsteil 1 nicht möglich, dass eine SpannungserhÏhung durchgeführt werden kann, wodurch der Stromwert 38 soweit sinken kann, dass eine Stromflussunterbrechung eintreten kann.
Durch die Anordnung der Zusatzwicklung 39 wird jedoch Energie in den Schaltpausen, in denen die Schaltvorrichtungen 6,7 geöffnet sind, an den Verbraucher 18, also an die Elektrode 35, zugeführt, sodass beim Absinken des Stromwertes 38, z B auf 8 A, durch die zusätzliche Energie eine Spannungserhöhung beispielsweise von 40 V auf 50 V erfolgt. Durch diese Spannungserhöhung und gleichzeitige Lieferung von Strom an die Elektrode 35 wird der Lichtbogen 36 stabilisiert. Gleichzeitig bleibt jedoch der Lichtbogen 36
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zwischen der Elektrode 35 und dem Werkstück 29 aufrecht, da nunmehr ein Stromfluss von z.
B 8 A mit einer Spannungshöhe von beispielsweise 50 V an die Elektrode 35 erfolgt, sodass ein Erloschen des Lichtbogens 36 verhindert werden kann Würde der Widerstand an der Elektrode 35 weiter steigen, so würde der Stromwert 38 entsprechend der strichpunktierten Linien sich variieren, wodurch eine weitere Spannungserhöhung mit einem gleichzeitigen Stromfluss an den Verbraucher 18 erfolgt Durch das Variieren des Stromwertes 38 entsprechend der strichpunktierten Linie wird ein Erlöschen des Lichtbogens 36 verhindert.
Nachdem der Lichtbogen 36 stabilisiert wurde, fällt der Widerstand an der Elektrode 35, sodass eine Stromerhöhung auf den eingestellten Stromwert 38 durchgeführt wird und somit ein einwandfreier Schweissprozess vom Benutzer durchgeführt werden kann.
Aufgrund der Erhöhung der Spannung und des Stromes durch die Zusatzwicklung 39 kann nunmehr gesagt werden, dass ein Erloschen des Lichtbogens 36 nach einem Kurzschluss verhindert wird Das Eintreten der Spannungserhöhung mit gleichzeitiger Stromlieferung an den Verbraucher 18 kann durch die Zusatzdrossel 40 eingestellt werden, d. h., dass je nach Auslegung der Zusatzdrossel 40 ab einem bestimmten Stromwert 38, beispielsweise von ca. 22 A, ein Energiefluss von der Zusatzwicklung 39 eintritt. Gleichzeitig kann gesagt werden, dass durch die Lieferung der im Transformator 15 gespeicherten Energie an den Verbraucher 18 eine effektive Erhöhung der Pulsweite, also der Zeitdauer, in der die Schaltvorrichtungen 6,7 geschlossen sind, erreicht wird.
Weiters ist aus Fig 3 eine weitere Ausführungsform der Beschaltung der Sekundärseite 17 des Transformators 15 mit strichlierten Linien gezeigt Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Leitung 47 für die Zusatzwicklung 39 nicht - wie mit vollen Linien gezeigt-zwischen der Ausgangsdrossel 28 und der Gleichrichterdiode 22 mit der Versorgungsleitung 24 verbunden, sondern wird zwischen der Ausgangsdrossel 28 und dem Ausgang 26 mit der Versorgungsleitung 24 verbunden. Dazu Ist es möglich, dass zwischen dem Verbinden der Leitung 47 und dem Ausgang 26 ein Kondensator 48 parallel zu den Ausgängen 26 und 27 angeordnet wird
Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsvariante, dass bei Nichtbenötigung der gesamten Energie, die den Verbraucher 18 bei der Entmagnetisierung des Transformators 15 zur Verfügung gestellt wird, diese in den Kondensator 48 zwischengespeichert werden kann.
Diese Ausführungsvariante wird hauptsächlich für reine Spannungsquellen - beispielsweise fur Batterieladegeräte - eingesetzt
Durch die Anordnung des Kondensators 48 ist es auch möglich, dass eine vollständige Entmagnetisierung des Transformators 15 nur auf die Sekundärseite 17 erfolgen kann, wobei die überschüssige Energie im Kondensator 48 gespeichert wird. Bei einer vollständigen Entmagnetisierung des Transformators 15 auf die Sekundärseite 17 können auf der Primärseite des Transformators 15 die Dioden 8,9 sowie auf der Sekundärseite 17 die Zusatzdrossel 40 entfallen, wobei trotzdem die Funktion des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispieles beibehalten wird.
Selbstverständlich ist es möglich, dass die Zusatzdrossel 40 und die Diode 41 in der Versorgungsleitung 25 angeordnet sein können und somit in der Leitung 47 entfallen können Es ist auch möglich, dass sowohl in der Versorgungsleitung 25 und in der Leitung 47 jeweils eine Zusatzdrossel40 und eine Diode 41 angeordnet sein können.
Weiters Ist es auch möglich, dass anstelle einer Halbbrücke 5 des Leistungsteil 1 jedes andere Leistungsteil 1, insbesondere bei dem eine Entmagnetisierung des Transformators 15 auf die Primärseite und auf die Sekundärseite 17 möglich ist, eingesetzt werden kann.
Es sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in den Zeichnungen einzelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unproportional und massstäblich verzerrt dargestellt sind
Es können auch einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele mit anderen Einzelmerkmalen von anderen Ausführungsbeispielen oder jeweils für sich allein den Gegenstand von eigenständigen Erfindungen bilden.
Desweiteren wird darauf hingewiesen, dass es sich bei dem dargestellten Schaltbild um ein schematisch vereinfachtes Schaltbild handelt, in welchem einzelne Schaltdetails, wie z. B.
Stabilisierung der Spannung bzw zur Vermeidung von Kurzschlüssen, nicht dargestellt sind.
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Bezugszeichenaufstellung 1 Leistungsteil 2 Spannungsquelle 3 Versorgungsleitung 4 Versorgungsleitung 5 Halbbrücke 6 Schaltvorrichtung 7 Schaltvorrichtung 8 Diode 9 Diode 10 Verbindungsleitung 11 Verbindungsleitung 12 Mittelpunkt 13 Mittelpunkt 14 Leitung 15 Transformator 16 Primärspule 17 Sekundärseite 18 Verbraucher 19 Schweissbrenner 20 Sekundärspule 21 Gleichrichterschaltung 22 Gleichrichterdiode 23 Freilaufdiode 24 Versorgungsleitung 25 Versorgungsleitung 26 Ausgang 27 Ausgang 28 Ausgangsdrossel 29 Werkstück 30 Steuervorrichtung 31 Steuerleitung 32 Steuerleitung 33 Punkt 34 Punkt 35 Elektrode 36 Lichtbogen 37 Strom/Spannungskennlinie 38 Stromwert 39 Zusatzwicklung 40 Zusatzdrossel 41 Diode 42 Punkt 43 Ausgang 44 Leitung 45 Ausgang 46 Ausgang 47 Leitung 48 Kondensator
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