-
Der Gegenstand betrifft ein Elektroschweißgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Elektroschweißgerätes.
-
Elektroschweißgeräte werden in der Regel mit Hilfe von Transformatoren betrieben. Mit Hilfe der Transformatoren wird die Eingangsspannung, die vorzugsweise bei 360 Volt oder höher liegt, auf eine Spannung zwischen 15 und 35 Volt herunter transformiert. Gleichzeitig stellen die Transformatoren sehr hohe Stromstärken zur Verfügung, die einige 100 Ampere betragen können. Die zum Schweißen benötigte Energie wird durch den Transformator zur Verfügung gestellt. Jedoch kann der Transformator nur eine solche maximale Leistung zur Verfügung stellen, die er primärseitig über den Energieversorgungsanschluss beziehen kann. Da beim Schweißen kurzzeitig sehr hohe Leistungen abgefragt werden, muss der Energieversorgungsanschluss für das zur Verfügung Stellen solch hoher Leistungen ausgelegt sein.
-
Aus diesem Grund sind Elektroschweißgeräte häufig an 360 Volt Anschlüssen angeschlossen. Solche Hochspannungsanschlüsse sind in der Regel Drehstromanschlüsse, die dreiphasig betrieben werden. Somit ist es notwendig, das Elektroschweißgerät im Bereich eines solchen Drehstromanschlusses zu betreiben.
-
Zwar gibt es auch Elektroschweißgeräte, die am 230 Volt Netz betrieben werden können, diese eignen sich jedoch nur zum Schweißen mit geringer Leistung und sind in der Regel im industriellen Einsatz nicht verwendbar.
-
Aus diesem Grund lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, ein Elektroschweißgerät zur Verfügung zu stellen, das für den mobilen Einsatz geeignet ist und auch hohe Leistungen beim Schweißen zur Verfügung stellt, ohne diese hohen Leistungen jedoch vom Energieversorgungsanschluss abzurufen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Elektroschweißgerät nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.
-
Gegenständlich wird vorgeschlagen, dass das Elektroschweißgerät über einen Energieversorgungsanschluss verfügt, über den eine erste maximale Leistung zur Verfügung gestellt werden kann. Ferner weist das Elektroschweißgerät einen Energiespeicher zum Speichern von über den Energieversorgungsanschluss bezogene Energie auf. Mit Hilfe dieses Energiespeichers ist es möglich, die zum Schweißen benötigte Energie zwischenzuspeichern. Da beim Schweißen nicht ständig Leistung abgerufen wird, ist es möglich, über den Energiespeicher kurzfristig mehr Leistung abzugeben, als die maximal am Energieversorgungsanschluss zur Verfügung stehende Leistung. Aus diesem Grund ist der Energiespeicher zum Abgeben einer zweiten Leistung gebildet, die größer ist, als die erste maximale Leistung. Die zweite Leistung wird von dem Energiespeicher an die Elektroschweißeinrichtung abgegeben. Hierbei können kurzfristige Leistungen von mehreren 10 oder mehreren 100 kW abgegeben werden. Um dies zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Energiespeicher ein kinetischer Energiespeicher ist.
-
Mit Hilfe des kinetischen Energiespeichers ist es möglich, große Energiemengen zwischenzuspeichern. Insbesondere kann der kinetische Energiespeicher dazu ausgelegt sein, bis zu eine kWh Energie zu speichern. Diese Energie kann vorzugsweise kurzfristig abgegeben werden, wobei Entladeleistungen von mehreren kW, beispielsweise 50 bis 150 kW möglich sind.
-
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Energiespeicher ein Schwungmassenspeicher ist. Ein solcher Schwungmassenspeicher kann beispielsweise, wie gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, ein Schwungrad aufweisen. Ein Schwungrad kann hierbei beispielsweise bei der Energieaufnahme beschleunigt werden und bei der Energieabgabe abgebremst werden. So ist es beispielsweise möglich, dass das Schwungrad beim Aufladen auf bis zu 1000 U/min beschleunigt wird. Vorzugsweise wird das Schwungrad auf Umdrehungsgeschwindigkeiten zwischen 40.000 und 80.000 U/min beschleunigt.
-
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Energieversorgungsanschluss zum Anschluss an ein Niederspannungsnetz ausgelegt ist. Vorzugsweise ist das Niederspannungsnetz ein 230/240 Volt, 50 Hz bzw. 110 V, 60 Hz Netz. Ein solches Einphasennetz ist in der Regel auf eine maximale Stromstärke von 16 Ampere begrenzt. Dies bedeutet, dass die zur Verfügung stehende Leistung an einem solchen Energieversorgungsanschluss bei ca. 3,6 kW liegt. Diese Leistung ist häufig nicht ausreichend für Elektroschweißanlagen. Insbesondere Elektroschweißanlagen, die höhere Leistungen benötigen, sind an solchen Anschlüssen nicht betreibbar. Mit Hilfe des gegenständlichen Energiespeichers ist es möglich, Elektroschweißanlagen zu betreiben, die kurzfristig höhere Leistungen als 4 kW benötigen. Dies wird dadurch erreicht, dass die an dem Energieversorgungsanschluss zur Verfügung stehende Energie zwischengespeichert wird und somit kurzfristig eine höhere Leistung abgegeben werden kann als am Energieversorgungsanschluss momentan zur Verfügung steht. Durch die Verwendung eines kinetischen Energiespeichers ist es möglich, kurzfristig sehr hohe Leistungen abzugeben. Dies wird dadurch erreicht, dass der Innenwiderstand des kinetischen Energiespeichers erheblich geringer ist, als der eines herkömmlichen Akkumulators. Hierdurch wird erreicht, dass die kurzfristig zur Verfügung stehenden Ströme erheblich höher sein können, als es bei Batterien der Fall ist.
-
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Energieversorgungsanschluss für eine maximale erste Leistung von weniger als 10 kW, vorzugsweise weniger als 4 kW, ausgelegt ist. Insbesondere Einphasennetze sind zum Anschluss an einen solchen Energieversorgungsanschluss geeignet.
-
Auch wird vorgeschlagen, dass der Energiespeicher zum Abgeben der zweiten Leistung von mehr als 10 kW, vorzugsweise mehr als 20 kW, besonders bevorzugt mehr als 30 kW ausgelegt ist. Diese Leistung kann durch den Energiespeicher kurzfristig zur Verfügung gestellt werden. Da beim Schweißen nicht dauerhaft hohe Leistungen abgerufen werden, sondern lediglich während des Schweißvorgangs und während Ruhezeiten der Energiespeicher aufgeladen werden kann, ist es möglich, höhere Leistungen abzugeben, als die, die von dem Energieversorgungsanschluss aufgenommen werden können.
-
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Elektroschweißeinrichtung eine Lichtbogenschweißeinrichtung oder eine Widerstandsschweißeinrichtung ist. Beim Lichtbogenschweißen wird durch das Berühren der Elektrode mit dem Werkstück ein Lichtbogen gezündet. Der entstehende Lichtbogen dient als Wärmequelle zum Schweißen. Die Elektrode schmilzt ab und fügt einen Zusatzstoff der Schweißnaht hinzu. Durch die hohen Temperaturen des Lichtbogens werden Werkstücke an der Schweißstelle aufgeschmolzen und es entsteht eine stoffschlüssige, intermetallische Verbindung zwischen den zu verschweißenden Werkstücken. Beim Lichtbogenschweißen kann entweder Wechselstrom oder Gleichstrom zum Einsatz kommen.
-
Auch wird vorgeschlagen, dass das Elektroschweißgerät als mobiles Gerät gebildet ist. Durch die Verwendung des Energiespeichers ist es möglich, das mobile Gerät an nahezu beliebigen Orten einzusetzen, da nahezu überall Niederspannungsanschlüsse zur Verfügung stehen, über die z. B. Spannungen von 230/240 Volt bei Strömen von 16 Ampere abgegriffen werden können, mit denen der Energiespeicher aufgeladen werden kann. Die zum Schweißen benötigte höhere Leistung kann dann von dem Energiespeicher kurzfristig zur Verfügung gestellt werden.
-
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 ein System mit einem Werkstück und einem gegenständlichen Elektroschweißgerät.
-
1 zeigt einen Aufbau eines Elektroschweißgerätes 2 in schematischer Weise.
-
Das Elektroschweißgerät 2 ist an einer herkömmlichen Niederspannungssteckdose 4 angeschlossen. Das Elektroschweißgerät 2 ist an der Steckdose 4 über einen Energieversorgungsanschluss 6 angeschlossen. Das Elektroschweißgerät 2 verfügt über eine Steuerelektronik 8, die mit dem Energieversorgungsanschluss 6 und einem kinetischen Energiespeicher 10 verbunden ist.
-
Die Steuerelektronik 8 steuert die Leistungsaufnahme über den Energieversorgungsanschluss 6 in den Energiespeicher 10.
-
Der Energiespeicher 10 verfügt über ein Schwungrad, welches nicht dargestellt ist. Das Schwungrad wird durch die über den Energieversorgungsanschluss 6 aufgenommene Leistung beschleunigt und speichert somit Energie.
-
Ausgangsseitig des Energiespeichers 10 ist eine Leistungselektronik 12 vorgesehen. Mit Hilfe der Leistungselektronik 12 ist es möglich, Leistungen aus dem Energiespeicher 10 abzurufen. Hierbei können Leistungen von mehreren 10 kW kurzfristig abgerufen werden. Ausgangsseitig der Leistungselektronik 12 ist die Schweißelektrode 14 sowie das Werkstück 16 angeschlossen.
-
Zunächst ist die Schweißelektrode 14 entfernt von dem Werkstück 16 und es ist kein Lichtbogen 18 vorhanden. Während dieser Zeit bezieht das Elektroschweißgerät 2 Energie aus der Steckdose 4, und speichert diese in dem Energiespeicher 10. In dem Energiespeicher 10 speicherbare Energie ist abhängig von der Masse des Schwungrads sowie der Drehzahl des Schwungrads. Das Schwungrad wird elektromechanisch angetrieben. Während der Energieaufnahme wird das Schwungrad auf bis zu 80.000 U/min beschleunigt.
-
In dem Moment, in dem Werkstück 16 in Verbindung gebracht wird, wird über die Leistungselektronik 12 eine hohe Leistung zur Verfügung gestellt, sodass ein Lichtbogen 18 entsteht. Hierzu wird das Schwungrad stark abgebremst und die dabei freiwerdende Energie als elektrische Energie ausgegeben. Der Lichtbogen dient zum Schweißen. Hierbei sind Leistungen von mehreren 10 kW notwendig, sodass die Energie des Lichtbogens 18 ausreicht, das Werkstück 16 zu schweißen. Mit Hilfe der Leistungselektronik ist es möglich, bei Spannungen zwischen 10 und 100 Volt Ströme zwischen 20 und 1000 Ampere zur Verfügung zu stellen.
-
Die Leistungselektronik 12 dient ferner dazu, entweder Gleichstrom oder Wechselstrom am Ausgang zur Verfügung zu stellen, je nachdem, ob mit Gleichstrom oder Wechselstrom geschweißt werden soll.
-
Mit Hilfe des gegenständlichen Elektroschweißgeräts 2 ist es möglich, hohe Leistungen ausgangsseitig zur Verfügung zu stellen, ohne einen Hochspannungsanschluss zur Verfügung zu haben.
