DE10049284A1 - Converter used for a welding energy source in TIG welding comprises a current regulating unit connected to the power output of a welding energy source, a current sensor, a current control switch and a high frequency ignition device - Google Patents

Converter used for a welding energy source in TIG welding comprises a current regulating unit connected to the power output of a welding energy source, a current sensor, a current control switch and a high frequency ignition device

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Abstract

Converter comprises a current regulating unit (2) connected to the power output of a welding energy source and having a switching component (3); a current sensor (4); a current control switch and a high frequency ignition device (5) for producing an ignition voltage for an electric arc. Preferred Features: A valve (7) is arranged in the welding current circuit and a diode (8) is arranged between current feeding lines of the circuit and connected between the switching component and the valve.

Description

Die Erfindung betrifft einen Konverter für Schweißenergiequellen, insbesondere zur Anwendung des WIG-Schweißverfahrens (WIG = Wolfram Inert Gas) unter Verwendung einer geeigneten Schweißenergiequelle, z. B. zum MIG/MAG- oder zum Elektrodeschweißen (MIG/MAG = Metall Inert Gas/Metall Aktiv Gas).The invention relates to a converter for Welding energy sources, especially for the application of the TIG welding process (TIG = tungsten inert gas) under Use a suitable source of welding energy, e.g. B. to MIG / MAG or for electrode welding (MIG / MAG = metal Inert gas / metal active gas).

MIG/MAG-Schweißgeräte sind mittlerweile in allen technischen Bereichen sehr weit verbreitet. Demgegenüber findet der WIG-Schweißprozeß nur langsam Eingang insbesondere in Handwerksbetriebe, zumal die Kosten für WIG-Schweißgeräte deutlich höher sind. Da jedoch immer häufiger Edelstähle und vergleichbar andere Metalle im Handwerk und in der Industrie zum Einsatz kommen, gewinnt das WIG-Schweißverfahren immer mehr an Bedeutung.MIG / MAG welding machines are now in all technical areas very widespread. In contrast, the TIG welding process finds its way slowly especially in craft businesses, especially since the cost of TIG welding machines are significantly higher. However, there always more often stainless steels and comparable other metals in the Craftsmanship and industrial use win the TIG welding process is becoming increasingly important.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Konverter zu schaffen, der bei Vorhandensein einer MIG/MAG-Schweißenergiequelle auf preisgünstige Weise und ohne Qualitätseinbußen ein vollwertiges WIG-Schweißverfahren zu ermöglichen.The invention has for its object a converter to create the presence of a MIG / MAG welding energy source in an inexpensive way A full-fledged without loss of quality To enable TIG welding processes.

Ein diese Aufgabe lösender Konverter ist gekennzeichnet durch eine an den Leistungsausgang der Schweißenergiequelle angeschlossene Stromregeleinheit mit einem im Schweißstromkreis angeordneten Schaltglied und einem Stromsensor sowie mit einer Stromsteuerschaltung für das Schaltglied zur Regelung des Schweißstroms, ferner durch ein HF-Zündgerät zur Erzeugung einer Zündspannung für den Lichtbogen.A converter that solves this problem is identified through a to the power output of the Current control unit connected to the welding energy source a switching element arranged in the welding circuit and a current sensor and with a current control circuit for the switching element for regulating the welding current, further by an HF ignition device for generating an ignition voltage for the arc.

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im wesentlichen darin, daß ein vorhandenes MIG/MAG-Schweißgerät auf einfache Weise und kostengünstig erweitert werden kann auf ein WIG-Schweißverfahren, wodurch dann alternativ beide Schweißverfahren zur Verfügung stehen.The advantage achieved by the invention is essential in that an existing MIG / MAG welding machine in a simple and inexpensive way can be expanded to a TIG welding process, which then alternatively both welding processes for To be available.

Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn - entsprechend dem Schaltreglerprinzip - im Schweißstromkreis eine Speicherdrossel angeordnet ist, die dem Schaltglied nachgeordnet ist, wobei zwischen den beiden stromführenden Leitungen des Schweißstromkreises eine in Sperrichtung geschaltete Freilaufdiode angeordnet ist, die zwischen dem Schaltglied und der Speicherdrossel angeschlossen ist. Dadurch wird eine Glättung des Ausgangsstroms erreicht. It is particularly advantageous if - accordingly the switching regulator principle - one in the welding circuit Storage choke is arranged, the switching element is subordinate, being between the two current-carrying Lines of the welding circuit one in the reverse direction switched freewheeling diode is arranged between the Switching element and the storage choke is connected. As a result, the output current is smoothed.  

Ferner wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, daß eine Steuereinheit zur Erzeugung der für das WIG-Schweißverfahren erforderlichen Signale und Funktionen, insbesondere der Ansteuerung der Stromregeleinheit und der Schutzgasspeisung, sowie zur Überwachung der Schutzfunktionen vorgesehen ist.Furthermore, it is proposed within the scope of the invention that a control unit for generating the for TIG welding process required signals and Functions, especially the control of the Current control unit and the inert gas supply, as well as Monitoring of the protective functions is provided.

Zur Spannungsversorgung der einzelnen Komponenten ist vorteilhafterweise eine Hilfsstromversorgung für die Steuereinheit und die Stromregeleinheit vorgesehen.For the power supply of the individual components advantageously an auxiliary power supply for the Control unit and the current control unit provided.

Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn an wenigstens einer Anschlußleitung des Schweißstromkreises eine HF-Sperrdrossel zur Entkoppelung der benötigten HF-Zündspannung vorgesehen ist. Hierdurch erfolgt eine Entkoppelung des HF-Zündimpulses in Richtung zur Stromquelle hin, ohne die eine sehr hohe HF-Leistung zum Zünden des Lichtbogens erforderlich wäre. Außerdem wäre eine sehr aufwendige und und teure Schutzbeschaltung der sekundärseitigen Leistungshalbleiter notwendig.Furthermore, it has proven to be advantageous if at at least one connecting line of the welding circuit an RF blocking choke to decouple the required HF ignition voltage is provided. This results in a Decoupling the HF ignition pulse in the direction of Current source without which a very high RF power for Ignition of the arc would be required. Besides that would be a very complex and expensive protective circuit of the secondary-side power semiconductors necessary.

Um auch Aluminium und andere Leichtmetalle nach dem WIG-Verfahren verschweißen zu können, ist im Rahmen der Erfindung ein Wechselrichter vorgesehen, der zwischen dem Gleichstromausgang und dem HF-Zündgerät angeordnet ist. Dabei ist auch die Wechselstromfrequenz und die Wechselstrombalance einstellbar, so daß Schweißbadoxydationen während des Prozesses vermieden werden.To also aluminum and other light metals after the Being able to weld TIG processes is part of the Invention provided an inverter between the DC output and the HF ignitor is arranged. It also includes the AC frequency and the AC balance adjustable so that Sweat oxidation avoided during the process become.

Zweckmäßigerweise ist der Wechselrichter dazu von einer aus Schalttransistoren bestehenden Brückenschaltung gebildet, die von einer Steuerschaltung zur Erzeugung einer trapez- bzw. steilflankigen Rechteckstromform angesteuert werden.The inverter is expediently one of them bridge circuit consisting of switching transistors formed by a control circuit for generation  a trapezoidal or steep-sided rectangular current shape can be controlled.

Weiter besteht hierbei dann auch die Möglichkeit, daß für einen Gleichstrombetrieb die beiden eine der zwei Stromflußrichtungen öffnenden Schalttransistoren statisch leitend geschaltet sind. Somit ist ein schneller und einfacher Wechsel der Betriebsweise möglich.Then there is also the possibility that for a DC operation the two one of the two Switching transistors opening current flow directions statically are switched on. So is a faster and simple change of operating mode possible.

Schließlich ist im Rahmen der Erfindung noch vorgesehen, daß der HF-Generator eine Sychronisationseinheit aufweist, die für eine der Polarisation des Schweißstroms entsprechende HF-Impulspolarität sorgt.Finally, the invention also provides that the HF generator has a synchronization unit, that for one of the polarization of the welding current appropriate RF pulse polarity.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:In the following the invention on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail; it demonstrate:

Fig. 1 den Konverter nach der Erfindung in einem Blockschaltbild, Fig. 1 the converter according to the invention in a block diagram,

Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1, jedoch ohne HF-Zündgerät zur Erweiterung durch einen Wechselrichter, Fig. 2 shows the object of Fig. 1, but without HF ignition device to expand by an inverter,

Fig. 3 den Wechselrichter mit nachgeschaltetem Zündgerät als Ergänzung zur Schaltung gemäß Fig. 2. Fig. 3 shows the inverter with a downstream ignitor as a supplement to the circuit of FIG. 2.

Der in der Zeichnung dargestellte Konverter ist dazu vorgesehen, um vorhandende Schweißenergiequellen, die z. B. mit einer MIG/MAG-Schweißenergiequelle arbeiten, zur Anwendung des WIG-Schweißverfahrens zu erweitern. Dazu weist der Konverter eine mit Anschlußleitungen 1 an den Spannungsausgang der MIG/MAG-Schweißenergiequelle anzuschließende Stromregeleinheit 2 auf, die im einzelnen ein im Schweißstromkreis angeordnetes Schaltglied 3 sowie einen Stromsensor 4 aufweist und darüber hinaus mit einer Stromsteuerschaltung versehen ist, die zur Regelung des Schweißstromes das Schaltglied 3 ansteuert.The converter shown in the drawing is intended to existing welding energy sources, the z. B. work with a MIG / MAG welding energy source to extend the application of the TIG welding process. For this purpose, the converter has a current control unit 2 to be connected to the voltage output of the MIG / MAG welding energy source with connection lines 1 , which has in detail a switching element 3 arranged in the welding circuit and a current sensor 4 and is also provided with a current control circuit which regulates the welding current controls the switching element 3 .

Da die üblichen MIG/MAG-Spannungspegel nicht ausreichen, um das berührungslose Zünden eines WIG-Lichtbogens zu ermöglichen, ist darüber hinaus ein HF-Zündgerät 5 vorgesehen, das zur Erzeugung einer Zündspannung für den Lichtbogen dient. Dieses HF-Zündgerät 5 ist so aufgebaut, daß beim Anliegen einer Spannung an den WIG-Elektroden 6 in der Größenordnung von etwa 90 Volt Gleichspannung selbsttätig hochfrequente Hochspannungsimpulse mit einem Scheitelwert von bis zu 7000 Volt generiert werden. Diese hochfrequenten Hochspannungsimpulse ionisieren das Argongas zwischen Elektrode und Werkstück und zünden zuverlässig einen Lichtbogen. Beim Gleichspannungs-Schweißen ist lediglich beim Start des Lichtbogens eine Ionisierung des Schutzgases notwendig, so daß nach erfolgter Lichtbogenzündung das Zündgerät 5 abgeschaltet bleibt.Since the usual MIG / MAG voltage levels are not sufficient to enable a TIG arc to be ignited without contact, an HF ignition device 5 is also provided, which is used to generate an ignition voltage for the arc. This HF ignition device 5 is constructed in such a way that when a voltage is applied to the TIG electrodes 6 of the order of approximately 90 volts DC, high-frequency high-voltage pulses with a peak value of up to 7000 volts are automatically generated. These high-frequency high-voltage pulses ionize the argon gas between the electrode and the workpiece and reliably ignite an arc. In DC welding, ionization of the protective gas is only necessary at the start of the arc, so that the ignition device 5 remains switched off after the arc has been ignited.

Wird dagegen - worauf später noch einzugehen ist - ein Wechselspannungs-Schweißverfahren angewandt, so wird nach jedem Lichtbogenpolaritätswechsel bei Bedarf ein HF-Impuls in der richtigen Polarität zwischen Elektrode und Werkstück abgegeben. Damit wird ein stabiler Lichtbogen beim Verschweißen von Leichtmetallen und deren Legierungen erreicht. Against - what will be discussed later - a AC welding process is used, so after an RF pulse every time the arcing polarity changes in the correct polarity between the electrode and Workpiece delivered. This creates a stable arc when welding light metals and their alloys reached.  

Das Zünden des Lichtbogens wird im System detektiert und damit die Leistungsstromquelle aktiviert. Diese liefert dann je nach vorgesehenem Stromsollwert einen sehr präzisen Schweißstrom, welcher je nach Leistungsgröße des Konverters mehrere hundert Ampere erreichen kann. Dadurch ist das Verschweißen auch von sehr großen Werkstücken möglich.The ignition of the arc is detected in the system and so that the power source is activated. This delivers then a very depending on the intended current setpoint precise welding current, which depends on the size of the output Converter can reach several hundred amperes. Thereby is the welding of very large workpieces possible.

Wie sich aus den Zeichnungen ergibt, ist im Schweißstromkreis eine Speicherdrossel 7 angeordnet, die dem Schaltglied 3 nachgeordnet ist, wobei zwischen den beiden stromführenden Leitungen des Schweißstromkreises eine in Sperrichtung geschaltete Freilaufdiode 8 angeordnet ist, die zwischen dem Schaltglied 3 und der Speicherdrossel 7 angeschlossen ist. Dies entspricht einem üblichen Schaltreglerbetrieb, bei welchem eine Glättung des Ausgangsstromes erreicht wird.As is apparent from the drawings, the welding current circuit a storage inductor 7 is arranged, which is arranged downstream of the switching element 3, a reverse biased freewheeling diode 8 is arranged between the two conductive lines of the welding circuit, which is connected between the switching member 3 and the storage inductor 7 , This corresponds to a conventional switching regulator operation, in which smoothing of the output current is achieved.

Weiter ist eine Steuereinheit 9 zur Erzeugung der für das WIG-Schweißverfahren erforderlichen Signale und Funktionen vorgesehen, die insbesondere der Ansteuerung der Stromregeleinheit und der Schutzgasspeisung sowie der Überwachung der Schutzfunktionen dienen. Diese Signale sind durch entsprechende Anschlüsse am linken Rand der Zeichnung symbolisiert.Furthermore, a control unit 9 is provided for generating the signals and functions required for the TIG welding process, which serve in particular to control the current control unit and the inert gas supply and to monitor the protective functions. These signals are symbolized by corresponding connections on the left edge of the drawing.

Weiter ist zur Versorgung der Steuereinheit 9 sowie der Stromregeleinheit 2 eine getrennte Hilfsstromversorgung 10 vorgesehen.Furthermore, a separate auxiliary power supply 10 is provided for supplying the control unit 9 and the current control unit 2 .

Wie sich aus den Fig. 1 und 3 ergibt, ist in einer Anschlußleitung des Schweißstromkreises eine HF-Sperrdrossel 11 für die HF-Zündspannung vorgesehen, die einer hochfrequenten Entkopplung des HF-Zündimpulses in Richtung zur Stromquelle hin dient. Dadurch wird einerseits die erforderliche HF-Leistung zum Zünden des Lichtbogens verringert, andererseits erübrigen sich hierdurch aufwendige und teure Schutzbeschaltungen der sekundärseitigen Leistungshalbleiter.As is apparent from FIGS. 1 and 3, is provided in a connecting line of the welding circuit a high-frequency blocking choke 11 for the HF-ignition voltage which is a high-frequency decoupling of the HF ignition pulse in the direction of the current source. On the one hand, this reduces the RF power required to ignite the arc, on the other hand, this eliminates the need for complex and expensive protective circuits for the secondary-side power semiconductors.

Für den Wechselstrombetrieb ist ein Wechselrichter 14 gemäß Fig. 3 vorgesehen, der dem Gleichstromausgang des Konverters gemäß Fig. 2 nachgeschaltet wird. Auch dieser Wechselrichter ist ausgangsseitig - wie schon angesprochen - mit einem Zündgenerator 5 versehen.An inverter 14 according to FIG. 3 is provided for AC operation, which is connected downstream of the DC output of the converter according to FIG. 2. As already mentioned, this inverter is also provided with an ignition generator 5 on the output side.

Der Wechselrichter 14 ist von einer aus Schalttransistoren 12, 13 bestehenden Brückenschaltung gebildet, die von einer Steuerschaltung zur Erzeugung einer trapez- bzw. steilflankigen Rechteckstromform angesteuert werden kann. Um den Konverter dennoch im Gleichstrombetrieb betreiben zu können, ohne aufwendige Umbaumaßnahmen treffen zu müssen, besteht die Möglichkeit, die beiden für eine der Stromflußrichtungen zu öffnenden Schalttransistoren 12 statisch in einen leitenden Zustand zu schalten.The inverter 14 is formed by a bridge circuit consisting of switching transistors 12 , 13 , which can be controlled by a control circuit for generating a trapezoidal or steep-edged rectangular current waveform. In order to still be able to operate the converter in direct current operation without having to take expensive conversion measures, it is possible to statically switch the two switching transistors 12 that open for one of the current flow directions into a conductive state.

Schließlich weist der HF-Generator noch eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Synchronisationseinheit auf, die für eine der Polarisation des Schweißstroms entsprechende HF-Impulspolarität sorgt.Finally, the HF generator has one in the Drawing not shown synchronization unit on that for one of the polarization of the welding current appropriate RF pulse polarity.

Claims (9)

1. Konverter für Schweißenergiequellen, insbesondere zur Anwendung des WIG-Schweißverfahrens (WIG = Wolfram Inert Gas) unter Verwendung einer geeigneten Schweißenergiequelle, z. B. MIG/MAG- oder zum Elektrodeschweißen (MIG/MAG = Metall Inert Gas/Metall Aktiv Gas), gekennzeichnet durch eine an den Leistungsausgang der Schweißenergiequelle angeschlossene Stromregeleinheit (2) mit einem im Schweißstromkreis angeordneten Schaltglied (3) und einem Stromsensor (4) sowie mit einer Stromsteuerschaltung für das Schaltglied (3) zur Regelung des Schweißstroms, ferner durch ein HF-Zündgerät (5) zur Erzeugung einer Zündspannung für den Lichtbogen.1. Converter for welding energy sources, in particular for the application of the TIG welding process (TIG = tungsten inert gas) using a suitable welding energy source, e.g. B. MIG / MAG or for electrode welding (MIG / MAG = metal inert gas / metal active gas), characterized by a current control unit ( 2 ) connected to the power output of the welding energy source with a switching element ( 3 ) arranged in the welding circuit and a current sensor ( 4 ) and with a current control circuit for the switching element ( 3 ) for regulating the welding current, furthermore by an HF ignition device ( 5 ) for generating an ignition voltage for the arc. 2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schweißstromkreis eine Speicherdrossel (7) angeordnet ist, die dem Schaltglied (3) nachgeordnet ist, wobei zwischen den beiden stromführenden Leitungen des Schweißstromkreises eine in Sperrichtung geschaltete Freilaufdiode (8) angeordnet ist, die zwischen dem Schaltglied (3) und der Speicherdrossel (7) angeschlossen ist.2. Converter according to claim 1, characterized in that a storage inductor ( 7 ) is arranged in the welding circuit, which is arranged downstream of the switching element ( 3 ), a freewheeling diode ( 8 ) connected in the reverse direction being arranged between the two current-carrying lines of the welding circuit, the is connected between the switching element ( 3 ) and the storage inductor ( 7 ). 3. Konverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (9) zur Erzeugung der für das WIG-Schweißverfahren erforderlichen Signale und Funktionen, insbesondere der Ansteuerung der Stromregeleinheit und der Schutzgasspeisung, sowie zur Überwachung der Schutzfunktionen vorgesehen ist.3. Converter according to claim 1 or 2, characterized in that a control unit ( 9 ) for generating the signals and functions required for the TIG welding process, in particular the control of the current control unit and the inert gas supply, and for monitoring the protective functions is provided. 4. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsstromversorgung (10) für die Steuereinheit (9) und die Stromregeleinheit (2) vorgesehen ist.4. Converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that an auxiliary power supply ( 10 ) for the control unit ( 9 ) and the current control unit ( 2 ) is provided. 5. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Anschlußleitung (6) des Schweißstromkreises eine HF-Sperrdrossel (11) zur Entkoppelung der benötigten HF-Zündspannung vorgesehen ist.5. Converter according to one of claims 1 to 4, characterized in that an RF blocking inductor ( 11 ) is provided on at least one connecting line ( 6 ) of the welding circuit for decoupling the required HF ignition voltage. 6. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselrichter (14) vorgesehen ist, der zwischen dem Gleichstromausgang und dem HF-Zündgerät (5) angeordnet ist.6. Converter according to one of claims 1 to 5, characterized in that an inverter ( 14 ) is provided, which is arranged between the DC output and the HF ignition device ( 5 ). 7. Konverter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (14) von einer aus Schalttransistoren (12, 13) bestehenden Brückenschaltung gebildet ist, die von einer Steuerschaltung zur Erzeugung einer trapez- bzw. steilflankigen Rechteckstromform angesteuert werden kann.7. Converter according to claim 6, characterized in that the inverter ( 14 ) is formed by a switching transistor ( 12 , 13 ) consisting of a bridge circuit which can be controlled by a control circuit for generating a trapezoidal or steep-edged rectangular current waveform. 8. Konverter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Gleichstrombetrieb die beiden eine der zwei Stromflußrichtungen öffnenden Schalttransistoren (12) statisch leitend geschaltet sind. 8. Converter according to claim 6 or 7, characterized in that for a direct current operation, the two one of the two current flow directions opening switching transistors ( 12 ) are switched to be statically conductive. 9. Konverter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der HF-Generator (5) eine Sychronisationseinheit aufweist, die für eine der Polarisation des Schweißstroms entsprechende HF-Impulspolarität sorgt.9. Converter according to one of claims 6 to 8, characterized in that the RF generator ( 5 ) has a synchronization unit which ensures an RF pulse polarity corresponding to the polarization of the welding current.
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