DE10064725A1

DE10064725A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Lichtbogenschweißen

Info

Publication number: DE10064725A1
Application number: DE2000164725
Authority: DE
Inventors: Michael Szczesny
Original assignee: EWM Hightec Welding GmbH
Current assignee: EWM Hightec Welding GmbH
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-07-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen, bestehend aus einem netzspannungsgespeisten, von einer Reglereinrichtung angesteuerten Leistungsteil, an dessen Ausgangsklemmen eine Anschlußleitung zum Schweißprozeß angeschlossen ist, wobei der Reglereinrichtung ein Istwert für den Ist-Strom (I¶ist¶) des Schweißprozesses und ein Istwert für die Ist-Spannung (U¶ist¶) des Schweißprozesses zugeführt werden sowie einer Bedienungseinrichtung, über die mittelbar oder unmittelbar Sollwerte für die Soll-Spannung und/oder den Soll-Strom von der Bedienungsperson vorgegeben werden. Um eine optimierte Regelung für ein Schweißgerät zu erhalten, ohne den Nachteil einer zusätzlichen Sensorleitung in Kauf zu nehmen, ist vorgesehen, daß der Reglereinrichtung eine Korrektureinrichtung zugeordnet ist, wobei die an den Ausgangsklemmen des Leistungsteils gemessene Ist-Spannung (U¶ist¶) um einen die Leitungsparameter (R¶L¶, L¶L¶) der Anschlußleitung zum Schweißprozeß berücksichtigenden Korrekturwert derart modifiziert wird, daß der an die Reglereinrichtung abgegebene modifizierte Spannungswert (U¶mod¶) dem tatsächlichen am Schweißprozeß anliegenden Spannungswert entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Lichtbogenschweißen bestehend aus einem netzspannungsgespeisten, von einer Reglereinrichtung angesteuerten Leistungsteil, an dessen Ausgangsklemmen eine Anschlußleitung zum Schweißprozeß angeschlossen ist, wobei der Reglereinrichtung ein Istwert für den Ist-Strom (I_ist) des Schweißprozesses und ein Istwert für die Ist- Spannung (U_ist) des Schweißprozesses zugeführt werden sowie einer Bedienungseinrichtung, über die mittelbar oder unmittelbar Sollwerte für die Soll-Spannung und/oder den Soll-Strom von der Bedienungsperson vorgegeben werden.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus DE 32 00 086, bekannt. Bei Lichtbogenschweißenergiequellen dieser Art wird die an den Ausgangsklemmen des Leistungsteils und damit der Schweißenergiequelle gemessene Ist-Spannung U_ist direkt auf den Regler gegeben.

In der Praxis wird beim Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode an die eine Ausgangsklemme ein Schweißbrenner über ein Stromkabel und die zu verschweißenden Werkstücke an die andere Klemme des Schweißgerätes angeschlossen.

Aus der DE 198 39 719 ist eine Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen bekannt, welche von der Erkenntnis ausgeht, daß das Schweißergebnis durch zahlreiche Parameter, wie beispielsweise die eingeschleusten Verbindungen, wie Zwischenschlauchpaket zum Drahtvorschub, Brenneradapter, Brennerschlauchpaket, Kontaktrohr und Kontaktrohreigenschaften sowie das Massekabel zum Werkstück beeinträchtigt wird, so daß im Ergebnis zahlreiche Parameter eines bereits optimierten Schweißprogramms auf die momentane Situation angepaßt werden müssen. Die aus der DE 198 39 719 bekannte Lösung sieht nun vor, daß zur Erfassung des Ist-Spannungswertes in der Nähe des Schweißprozesses möglichst nahe am Stromübergangspunkt innerhalb des Kontaktrohres eine Rückführung geschaffen wird, die das Potential an dieser Stelle führt. In der Praxis erfolgt dies über Sensorleitungen, die an geeigneten Stellen die momentanen Spannungswerte des Schweißprozesses zur Regelung rückführen.

Die Messung der Potentialwerte direkt am Schweißprozeß stellt jedoch einen sehr hohen technischen Aufwand dar, da hierfür separate Sensorleitungen ausgeführt sein müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optimierte Regelung für ein Schweißgerät der eingangs genannten Art zu erhalten, ohne den Nachteil einer zusätzlichen Sensorleitung in Kauf zu nehmen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Reglereinrichtung eine Korrektureinrichtung zugeordnet ist, wobei die an den Ausgangsklemmen des Leistungsteils gemessene Ist-Spannung (U_ist) um einen die Leitungsparameter (R_L, L_L) der Anschlußleitung zum Schweißprozeß berücksichtigenden Korrekturwert derart modifiziert wird, daß der an die Reglereinrichtung abgegebene modifizierte Spannungswert dem tatsächlichen am Schweißprozeß anliegenden Spannungswert entspricht.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der gewünschte Effekt erreicht, daß nicht die an den Ausgangsklemmen der Schweißenergiequelle anliegende Ist-Spannung für die Regelung herangezogen wird, sondern der tatsächliche am Schweißprozeß anliegende Spannungswert. Zur Erzeugung desselben ist aber im Unterschied zum Stand der Technik der DE 198 39 719 kein zusätzlicher apparativer Aufwand erforderlich. Vielmehr erfolgt eine Berechnung dieses Wertes aufgrund der berücksichtigten Leitungsparameter und Hinzuziehung der ohnehin für die Steuerung bereits insbesondere in digitaler Form vorhandenen Werte zur Berechnung des korrigierten modifizierten Spannungswertes.

Als bevorzugte Leitungsparameter kommen dabei der Leitungswiderstand R_L und die Leitungsinduktivität L_L in Frage.

Die Berücksichtigung der genannten Leitungsparameter erfolgt durch additive Verknüpfung derart, daß gilt:

Aus den jeweils in der Regelung vorhandenen Momentanwerten für den Ist-Strom werden unter Berücksichtigung der einmal vorgegebenen Leitungsparamenter R_L und L_L und aus der Messung der Ist- Spannung an den Ausgangsklemmen der modifizierte zeitabhängige Sollwert erzeugt. Mit dieser Gleichung ist eine genaue Abbildung des momentan am Schweißprozeß anliegenden Spannungswertes möglich.

Je nach verwendeter Anschlußleitung weichen die Leitungsparameter voneinander ab. Deshalb können in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestimmten Leitungslängen zugeordnete Leitungsparameter aus der Bedienungseinrichtung übernommen werden, indem von der Bedienungsperson allein die Länge des Schlauchpaketes vorgegeben wird und daraus der Widerstand bzw. die Leitungsinduktivität berechnet werden und an die Kompensationsschaltung weitergegeben werden.

Als Variante hierzu ist es möglich, feste Einstellungen in der Bedienungseinrichtung vorzusehen, die den Anschlußleitungen bestimmter Hersteller zugeordnet sind.

Durch diese beschriebenen Maßnahmen läßt sich die Bedienung einfach halten und gleichwohl der Effekt erzielen, daß für die Regelung des Schweißprozesses die am Schweißort vorhandene Ist-Spannung verwendet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Hierzu zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In einem Gehäuse 1 ist eine elektronische Lichtbogenschweißvorrichtung untergebracht, welche zum einen aus einem elektronisch steuerbaren Leistungsteil 2 besteht. Das Leistungssteil 2 wird von einem elektrischen Netz gespeist und gibt an den Ausgangsklemmen der Schweißenergiequelle einen bestimmten Spannungswert ab. An die Ausgangsklemmen 7 ist eine Anschlußleitung angeschlossen, die von den Ausgangsklemmen 7 zum Schweißprozeß 5 führt. Die Ausgangsleitung ist durch den Leitungswiderstand R_Leit 3 und die Leitungsinduktivität L_Leit 4 elektrisch gekennzeichnet.

Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich auch eine Regeleinrichtung 10 und eine Bedienungseinrichtung 12, die für eine Bedienungsperson zugänglich ist. Der Regeleinrichtung 10 vorgeordnet ist eine Korrektureinrichtung 11, welche als Eingangsgröße eine Meßeinrichtung 9 für die an den Ausgangsklemmen 7 der Schweißenergiequelle anliegende Ist-Spannung U_ist enthält. Der in den Schweißprozeß fließende Strom wird an einer Stromerfassungseinrichtung 8 erfaßt. Die Bedienungseinrichtung 12 steht sowohl mit der Regeleinrichtung 10 als auch der Korrektureinrichtung 11 in Wirkverbindung.

Die Korrektureinrichtung 11 bildet aus den von den Meßeinrichtungen 8 und 9 erfaßten Istgrößen für den Ist- Strom und die Ist-Spannung sowie die von der Bedienungseinrichtung erhaltenen Werte für die Leitungsparameter R_L und L_L eine modifizierte Ist-Spannung nach folgender Gleichung:

Der modifizierte Spannungswert wird auf den Regler gegeben und dient als eine Führungsgröße für die Regelung.

Die Erzeugung der Leitungsparameter R_L und L_L erfolgt entweder dadurch, daß diese Größen als feste Speicherwerte eingegeben werden, beispielsweise für ein Schweißen mit einer unveränderten Anschlußleitung.

Wenn in einer anderen Variante mit unterschiedlichen Leitungslängen gearbeitet wird, wird die entsprechende Leitungslänge in die Bedienungseinrichtung 12 eingegeben, in der dann durch Berücksichtigung der entsprechenden physikalischen Zusammenhänge aus der Länge der Anschlußleitung deren Leitungswiderstand und deren Leitungsinduktivität berechnet werden und an die Korrektureinrichtung 11 weitergegeben werden.

Eine weitere Variante sieht vor, daß bestimmte Wertepaare für den Leitungswiderstand und die Leitungsinduktivität in der Bedienungseinrichtung vorgegeben werden und zwar zugeordnet den Anschlußleitungen unterschiedlicher Hersteller. In diesem Fall muß die Bedienungsperson dann nur die entsprechende angeschlossene Leitung auf der Frontplatte einstellen, so daß die dann ihr zugeordneten Leitungsparameter an die Korrektureinrichtung 11 weitergegeben werden.

Die Berechnung für den korrigierten Spannungsistwert U_mod wird nach dem Ausführungsbeispiel mit dem Stromistwert I_ist durchgeführt. Da es sich hier aber um eine Stromquelle mit elektronischer Regelung handelt und deshalb der Stromsollwert dem Stromistwert entspricht, kann in der Berechnung auch der Stromsollwert I_soll anstatt des Stromistwertes I_ist verwendet werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen bestehend aus einem netzspannungsgespeisten, von einer Reglereinrichtung (10) angesteuerten Leistungsteil (2), an dessen Ausgangsklemmen (7) eine Anschlußleitung zum Schweißprozeß (5) angeschlossen ist, wobei der Reglereinrichtung (10) ein Istwert für den Ist-Strom (I_ist) des Schweißprozesses und ein Istwert für die Ist-Spannung (U_ist) des Schweißprozesses zugeführt werden sowie einer Bedienungseinrichtung (12), über die mittelbar oder unmittelbar Sollwerte für die Soll-Spannung (U_soll) und/oder den Soll-Strom (I_soll) von der Bedienungsperson vorgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglereinrichtung (10) eine Korrektureinrichtung (11) zugeordnet ist, wobei die an den Ausgangsklemmen (7) des Leistungsteils gemessene Ist-Spannung (U_ist) um einen die Leitungsparameter (R_L, L_L) der Anschlußleitung zum Schweißprozeß (5) berücksichtigenden Korrekturwert derart modifiziert wird, daß der an die Reglereinrichtung (10) abgegebene modifizierte Spannungswert (U_mod) dem tatsächlichen am Schweißprozeß (5) anliegenden Spannungswert entspricht.

2. Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsparameter der Anschlußleitung ihr Leitungswiderstand R_L und ihre Leitungsinduktivität L_L sind.

3. Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der modifizierte Spannungswert nach folgender Gleichung aus den Leitungsparametern gebildet wird:

4. Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsparameter R_L und L_L arithmetisch aus dem von der Bedienungsperson in die Bedienungseinheit eingegebenen Wert für die Länge der Anschlußleitung zum Schweißprozeß (5) berechnet werden.

5. Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bedienungseinrichtung von der Bedienungsperson aufrufbare Parametersätze vorgespeichert sind, die unterschiedlichen Leitungslängen einer vorgegebenen Anschlußleitung zugeordnet sind.

6. Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bedienungseinrichtung von der Bedienungsperson aufrufbare Parametersätze vorgespeichert sind, die unterschiedlichen Leitungslängen verschiedener Anschlußleitungen, z. B. verschiedener Hersteller, zugeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Ist-Stromes i_ist(t) der Sollwert des Stromes i_soll zur Berechnung des modifizierten Spannungswertes U_mod herangezogen wird.

8. Verfahren zum Lichtbogenschweißen, bei dem an die Ausgangsklemmen eines netzspannungsgespeisten von einer Reglereinrichtung gesteuerten Leistungsteils (2) eine Anschlußleitung zum Schweißprozeß (5) angeschlossen ist, wobei die an den Ausgangsklemmen vorliegende Ist-Spannung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Ausgangsklemmen des Leistungsteils gemessene Ist- Spannung um einen Korrekturwert korrigiert als modifizierte Ist-Spannung auf die Reglereinrichtung gegeben wird, wobei die Korrektur die Leitungsparameter der Anschlußleitung zum Schweißprozeß derart berücksichtigt, daß der modifizierte Spannungswert dem tatsächlichen am Schweißprozeß anliegenden Spannungswert entspricht.