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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Widerstandsschweißvorrichtung. Derartige Verfahren für Widerstandsschweißvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Das Widerstandsschweißen dient üblicherweise zur Herstellung einer Verbindung zwischen mindestens zwei Blechen bzw. Metallteilen. Dabei kann es sich bei den zu verbindenden Teilen sowohl um Bleche gleicher Metallart als auch um Bleche unterschiedlicher Metallart handeln.
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Der aus dem Stand der Technik bekannte Widerstandsschweißprozess besteht im Wesentlichen aus drei Phasen. Diese drei Phasen werden üblicherweise als Vorhaltezeit, Stromflussphase und Nachhaltezeit oder Abkühlphase bezeichnet. In der ersten Phase, der sogenannten Vorhaltezeit, drücken zwei Schweißelektroden die zu verbindenden Bleche bzw. Metallteile unter Einwirkung einer Kraft, welche durch ein Krafterzeugungssystem bereitgestellt wird, zusammen. Dabei fließt in dieser Phase noch kein Strom zwischen den Schweißelektroden. In der zweiten Phase, der Stromflussphase, werden die Bleche durch einen Stromfluss zwischen den Schweißelektroden aufgeheizt und es bildet sich an den Verbindungsstellen durch die vom Strom erzeugte Wärme eine Schmelze aus. Die dritte und letzte Phase des Widerstandsschweißprozesses ist die Nachhaltezeit bzw. Abkühlphase. In dieser Phase kühlt die Schmelze ab und erstarrt, so dass sich eine unlösbare Verbindung zwischen den verbundenen Blechen bzw. Metallteilen bildet. Erst nachdem die Schmelze vollständig abgekühlt bzw. erstarrt ist, werden die Schweißelektroden wieder geöffnet und die verbundenen Bleche können aus der Schweißvorrichtung entnommen werden.
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Dabei ist aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
WO 2004/054749 bekannt, dass die Widerstandsschweißvorrichtung durch eine mehrphasige Spannung versorgt wird, welche zuerst gleichgerichtet und anschließend geglättet wird. Die Höhe der Ausgangsspannung einer gleichgerichteten Netzspannung ist, bei einer Gleichrichtung der mehrphasigen Spannung mittels einer halbgesteuerten Brückenschaltung, welche jeweils drei Thyristoren und drei Dioden beinhaltet, über einen Zündwinkel der kathodenseitig angesteuerten Thyristoren steuerbar. Durch das Gleichrichten wird aus einer ursprünglichen Wellenform der mehrphasigen Spannung eine periodisch schwankende Netzspannung erzeugt. Für einen obig beschriebenen Schweißvorgang, insbesondere einen beschriebenen Widerstandsschweißvorgang ist es allerdings vorteilhaft, wenn eine möglichst konstante Gleichspannung zur Verfügung steht. Daher wird die ungeglättete gleichgerichtete Netzspannung anschließend an die Gleichrichtung geglättet. Unter einer Glättung wird dabei das Ausgleichen der Wellentäler der periodisch schwankenden gleichgerichteten Netzspannung verstanden. Durchgeführt wird die Glättung üblicherweise mit Hilfe mindestens eines Kondensators, welcher parallel zu der Schweißvorrichtung, angeordnet ist.
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Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, dass ein Schweißstrom und/oder eine Schweißspannung unter Berücksichtigung einer Referenzschweißung geregelt werden. Dabei bezeichnet Schweißstrom den zwischen den beiden Schweißelektroden bzw. durch die Schweißelektroden fließenden Strom und analog hierzu gibt die Schweißspannung die Spannung zwischen den beiden Schweißelektroden an. Unter einer Referenzschweißung wird in der vorliegenden Patentanmeldung ein Schweißvorgang verstanden, welcher zeitlich vor der eigentlichen bzw. aktuellen Schweißung liegt.
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Aus der Patentanmeldung
DE 10 2006 038 786 A1 , welche von der Anmelderin stammt, ist bekannt, dass von der besagten Referenzschweißung eine Referenzkurve aufgenommen wird, in welcher charakteristische Größen der Referenzschweißung, insbesondere ein Schweißstrom und/oder eine Schweißspannung der Referenzschweißung festgehalten und grafisch dargestellt werden. Dabei wird über einen Regler auf die entsprechende Referenzkurve zugegriffen, welche charakteristisch für die Art der durchzuführenden aktuellen Schweißung sein kann. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche eine elektrische Bezugsgröße, z.B. Schweißstrom und/oder Schweißspannung unter Berücksichtigung der Referenzkurve steuert, wobei die Referenzkurve für die Art des durchzuführenden aktuellen Schweißvorgangs charakteristisch ist. Die Daten der Referenzschweißung werden mit den Daten der aktuellen Schweißung verglichen, um festzustellen, ob die aktuelle Schweißung und insbesondere die Daten der aktuellen Schweißung innerhalb eines zuvor festgelegten Streubandes der Referenzkurve liegen und die aktuelle Schweißung somit ordnungsgemäß ist. Es ist weiterhin eine Regeleinrichtung vorgesehen, welche die elektrische Bezugsgröße regelt und den aktuellen Schweißvorgang überwacht, wobei über die Regeleinrichtung auch verschiedene Referenzkurven gespeichert und ausgewählt werden können.
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Die Problematik bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren liegt allerdings darin, dass Messungenauigkeiten zwischen der Referenzschweißung und der Spannungs-Messung der jeweils aktuellen Schweißung entstehen. Diese Messungenauigkeiten treten vor allem dadurch auf, dass eine gleichgerichtete Wechselspannung auch nach ihrer Glättung eine gewisse Welligkeit aufweist. Auch tritt bei den bekannten Verfahren ein hoher Störabstand bei der Messung des Schweißstroms und/oder der Schweißspannung zwischen der Referenzschweißung und der aktuellen Schweißung auf.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Widerstandsschweißvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches eine Schweißstrom- und/oder Schweißspannungs-Regelung dadurch verbessert, dass ein geringerer Störabstand zwischen der Referenzschweißung und der aktuellen Schweißung besteht. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen erreicht.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Widerstandsschweißvorrichtung, wobei diese von einer mehrphasigen Netzspannung versorgt wird, welche gleichgerichtet wird, umfasst die Regelung eines Schweißstroms und/oder einer Schweißspannung eines Schweißvorgangs unter Berücksichtigung einer Referenzschweißung. Dabei ist erfindungsgemäß eine Frequenz der gleichgerichteten Netzspannung ein Ein- oder Mehrfaches der Frequenz der Netzspannung, wobei die gleichgerichtete Netzspannung geglättet wird. Erfindungsgemäß wird ein Schweißstart für den Schweißvorgang auf eine für die Netzspannung charakteristische Größe synchronisiert.
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Unter einem Schweißvorgang wird dabei insbesondere die Stromflussphase eines Schweißprozesses verstanden. Es wird damit ein Verfahren vorgeschlagen, in dem der Zeitpunkt, in dem der Schweißstrom beginnt, zwischen den beiden Schweißelektroden durch das dazwischenliegende zu verbindende Material zu fließen, auf wenigstens eine für die Netzspannung charakteristische Größe synchronisiert wird.
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Die Referenzschweißung, die zur Regelung des Schweißstroms und/oder der Schweißspannung eines Schweißvorgangs verwendet wird, kann sowohl während eines vorherigen Schweißvorgangs aufgenommen und abgespeichert sein als auch ein idealer Kurvenverlauf eines angestrebten Schweißvorgangs sein.
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Insbesondere folgt aus dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass zwei nacheinander durchgeführte Schweißvorgänge denselben Schweißstart im Hinblick auf die für die Netzspannung charakteristische Größe aufweisen. Wird nun beispielsweise eine Referenzkurve (wie der zeitliche Schweißstromverlauf und/oder der zeitliche Schweißspannungsverlauf) des ersten Schweißvorgangs als Referenzschweißung zur Regelung des Schweißstroms und/oder der Schweißspannung des zweiten Schweißvorgangs verwendet, so weisen damit die Referenzkurve und der zu regelnde aktuelle Schweißvorgang eine gleiche Synchronizität mit der Netzspannung auf. Dies ermöglicht eine schnellere und präzisere Regelung, da etwa gewisse auftretende Welligkeiten der Schweißspannung, die durch die Gleichrichtung der Netzspannung entstehen und auch nach einer Glättung der gleichgerichteten Netzspannung verbleiben, bei dem aktuellen Schweißvorgang und der Referenzschweißung immer zur selben Zeit nach dem jeweiligen Schweißstart auftreten und somit nicht etwa erst herausgerechnet werden müssen.
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Bevorzugt handelt es sich bei jeder Phase der mehrphasigen Netzspannung um eine Wechselspannung. Vorteilhaft handelt es sich bei der mehrphasigen Netzspannung um eine Dreiphasenwechselspannung. Bevorzugt weist diese eine Frequenz von 50 oder 60 Hz auf.
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Als charakteristische Größe für die Netzspannung kann dabei ein vorgegebener Phasenwinkel bzw. ein vorgegebener Spannungswert einer vorgegebenen Phase der Netzspannung herangezogen werden. Dann wird der Schweißstart auf denjenigen Zeitpunkt abgestimmt bzw. synchronisiert, an dem die vorgegebene Phase der Netzspannung den vorgegebenen Phasenwinkel bzw. den vorgegebenen Spannungswert annimmt. Als Bezugspunkt für die Synchronisation kann beispielsweise der Nulldurchgang des Spannungsverlaufs einer Phase verwendet werden. Bevorzugt wird bezüglich demjenigen Phasenwinkel einer Phase synchronisiert, an dem der Spannungsverlauf dieser Phase einen Scheitelwert annimmt (Scheitelphasenwinkel), besonders bevorzugt wird damit auf den Scheitelphasenwinkel einer positiven Halbwelle und auf den Scheitelphasenwinkel einer negativen Halbwelle der Phase synchronisiert. Es ist aber auch denkbar, dass lediglich auf einen einzigen Phasenwinkel der positiven Halbwelle oder aber lediglich auf einen einzigen Phasenwinkel der negativen Halbwelle, besonders bevorzugt auf jeweils den Scheitelphasenwinkel, synchronisiert wird.
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Es ist auch denkbar, dass als Bezugspunkt für die Synchronisation des Schweißstarts einer oder mehrere vorgegebene Phasenwinkel von zwei Phasen und bevorzugt von allen Phasen der mehrphasigen Netzspannung dienen. Damit wird beispielsweise der Schweißstart auf den nächsten erreichten Scheitelwert des Spannungsverlaufs oder den nächsten erreichten maximalen Spannungswert, der von einer der Phasen angenommen wird, synchronisiert.
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Vorteilhaft sind zur Festlegung der charakteristischen Größe zur Synchronisation lediglich zwei Phasen relevant. Dann kann als charakteristische Größe beispielsweise ein Phasenwinkel (oder auch alle Phasenwinkel) einer Phase gewählt werden, an dem die beiden Phasen den gleichen Spannungswert aufweisen.
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Damit wird in dem vorgeschlagenen Verfahren zunächst abgewartet bis ein vorgegebenes Synchronisationsereignis eintritt. Wie bereits beschrieben, kann ein solches Synchronisationsereignis das Überschreiten oder das Erreichen eines definierten Schwellwerts sein. Bevorzugt findet dann der Schweißstart erst nach Ablauf einer festgelegten Zeitspanne nach dem Synchronisationszeitpunkt statt. Diese festgelegte Zeitspanne kann an eine Periodizität der Netzspannung angepasst sein.
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Vorteilhaft erfolgt der Schweißstart innerhalb einer halben Periode der Netzspannung, bevorzugt innerhalb einer drittel, einer viertel, einer sechstel Periode und besonders bevorzugt innerhalb einer zwölftel Periode der Netzspannung nach dem Synchronisationszeitpunkt. Es ist auch denkbar, dass der Schweißstart genau nach einer halben Periode, bevorzugt genau nach einer drittel, einer viertel, einer sechstel Periode und besonders bevorzugt genau nach einer zwölftel Periode der Netzspannung nach dem Synchronisationszeitpunkt erfolgt. Zudem kann eine derartige Synchronisation so gewählt sein, dass der Schweißstart im Wesentlichen gleichzeitig mit bzw. unmittelbar nach dem Synchronisationszeitpunkt erfolgt.
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Bei einem vorteilhaften Verfahren wird der Schweißstart für den Schweißvorgang auf eine für die gleichgerichtete Netzspannung charakteristische Größe synchronisiert. Bevorzugt wird die Netzspannung unter der Verwendung steuerbarer Bauelemente, besonders bevorzugt mittels Thyristoren, gleichgeschaltet. Vorteilhaft ist mindestens ein Synchronisationszeitpunkt, bevorzugt sind alle Synchronisationszeitpunkte an die Zeitpunkte gekoppelt, an denen eine Steuerung der steuerbaren Bauelemente erfolgt. So kann der Schweißstart auf die Zündung eines Thyristors synchronisiert werden. Bevorzugt eignen sich die Zündungszeitpunkte aller Thyristoren als charakteristische Größen zur Synchronisation. Besonders bevorzugt erfolgt ein Schweißstart unmittelbar nach der Zündung eines Thyristors.
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Bei einer Versorgung der Widerstandsschweißvorrichtung mit einer Dreiphasenwechselspannung wird bevorzugt die Netzspannung mittels einer Drehstrombrückenschaltung und besonders bevorzugt mittels einer halbgesteuerten Brückenschaltung aufweisend drei Thyristoren und drei Dioden gleichgerichtet und dadurch eine pulsierende Gleichspannung mit sechsfacher Frequenz (bei Zündwinkeln von Null Grad) erzeugt. Die Zündzeitpunkte der Thyristoren liegen bevorzugt (bei jeweils einem Zündwinkel von Null Grad) 120 Grad auseinander. Der Einschaltzeitpunkt jedes Thyristors kann über eine sogenannte Phasenanschnittsteuerung mittels eines Zündimpulses gesteuert werden. Da an diesen Zeitpunkten ein Phasenwechsel (nur jeweils beispielsweise zwischen den positiven Halbwellen der Phasen) stattfindet, ist es nun vorteilhaft, diese Phasenwechsel als charakteristische Größen zur Synchronisierung des Schweißstarts zu verwenden. Dabei dienen bevorzugt die Zündimpulse zugleich auch als Synchronisationsimpulse.
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Bei einem vorteilhaften Verfahren werden der Schweißstrom und/oder die Schweißspannung unter Berücksichtigung eines Netzphasenwechsels geregelt. Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren werden als charakteristische Größe der mehrphasigen Netzspannung Phasenwinkel einer Phase gewählt, an denen in der anschließenden Gleichrichtung Phasenwechsel auftreten.
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Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird der Schweißstart für die Schweißung auf ein Mehrfaches der Frequenz der Netzspannung synchronisiert. Bevorzugt wird der Schweißstart für die Schweißung auf ein 6-faches der Frequenz der Netzspannung synchronisiert. Vorteilhaft ist daher eine 300 oder 360 Hz Synchronisation des Schweißstarts. Bei einer solchen Synchronisation treten Synchronisationszeitpunkte mit einer Frequenz von 300 oder 360 Hz auf. Mit anderen Worten kann der Schweißstart alle 1/300 s oder alle 1/360 s auf einen Synchronisationszeitpunkt synchronisiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die charakteristische Größe derart gewählt, dass der Schweißstart innerhalb einer Periode der Netzfrequenz auf einen von drei möglichen Synchronisationszeitpunkten und bevorzugt auf einen von sechs möglichen Synchronisationszeitpunkten synchronisiert werden kann.
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Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird durch die Synchronisation eine netzbedingte Störgröße konstant gehalten. Eine Elektrodenspannung (Schweißspannung) einer Schweißelektrode im Schweißprozess bildet im Schweißablauf ein direktes Abbild der jeweiligen Netzspannung mit dem 6-fachen der Frequenz der Netzspannung, welche durch die Frequenz in Form von Netzkuppen erzeugt wird. Außerdem geht ein jeweiliger Einbruch der Netzspannung durch eine Zwischenkreiskapazität eines zur Glättung der gleichgerichteten Netzspannung verwendeten Kondensators und dessen Entladung durch den Strom mit in die netzbedingte Störgröße ein. Durch die zeitliche Synchronisation ist diese netzbedingte Störgröße immer gleich.
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Eine Störgröße kann beispielsweise durch den (zeitlichen) Störabstand zwischen einem festgelegten Synchronisationszeitpunkt und dem Schweißstart eines Schweißvorgangs gegeben sein. Da im Stand der Technik der Schweißstart nicht synchronisiert wurde, wich im Allgemeinen dieser Störabstand zwischen zwei verschiedenen Schweißvorgängen aber auch zwischen einem Schweißvorgang und der Referenzschweißung voneinander ab. Dadurch konnten in dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik etwa Informationen über die damals vorgenommene Regelung des Schweißstroms und/oder der Schweißspannung nicht unmittelbar auf den aktuellen Schweißvorgang übertragen werden.
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Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren weisen ein Referenzsignal der Referenzschweißung und ein Nutzsignal eine gleiche netzsynchrone Welligkeit auf. Dadurch kann das Nutzsignal präziser ausgewertet werden und die Genauigkeit zwischen der Referenzkurve und der Spannungs-Messung bei der aktuellen Schweißung wird erhöht. Durch die gleiche netzsynchrone Welligkeit des Referenzsignals der Referenzschweißung und des Nutzsignals ist es möglich, dass die Widerstandsschweißvorrichtung empfindlicher auf Spannungsänderungen reagieren kann.
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Widerstandsschweißvorrichtung gerichtet. Eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst dabei eine Schweißzange, welche mindestens zwei Schweißelektroden aufweist, eine mehrphasige Netzspannungsversorgungseinrichtung und eine Steuerung zum Steuern eines Schweißstroms und/oder einer Schweißspannung eines Schweißvorgangs. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Widerstandsschweißvorrichtung ein Krafterzeugungssystem zum Erzeugen einer Schweißkraft, eine Gleichrichtereinrichtung zum Gleichrichten einer mehrphasigen Netzspannung und eine Glättungseinrichtung zum Glätten der gleichgerichteten Netzspannung auf.
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Erfindungsgemäß ist eine Durchführungseinheit zum Durchführen einer Schweißung vorgesehen, welche einen Schweißstart des Schweißvorgangs auf eine für die Netzspannung charakteristische Größe synchronisiert.
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Vorteilhaft handelt es sich bei der Gleichrichtereinrichtung zum Gleichrichten der mehrphasigen Netzspannung um eine Gleichrichtung mittels einer sechspulsigen Brückenschaltung, einer sogenannten B6-Schaltung. Vorzugsweise handelt es sich bei der Gleichrichtereinrichtung um eine sechspulsige halbgesteuerte Brückenschaltung, einer sogenannten B6H-Schaltung und besonders bevorzugt um eine sechspulsige halbgesteuerte Brückenschaltung, eine sogenannte B6HA-Schaltung, bei der drei Thyristoren anodenseitig angeordnet sind und drei Dioden als kathodenseitiger ungesteuerter Teil der Schaltung vorhanden sind. Denkbar ist auch, dass es sich bei der Gleichrichtereinrichtung um eine sechspulsige halbgesteuerte Brückenschaltung, eine sogenannte B6HK-Schaltung handelt, bei der die drei Thyristoren kathodenseitig liegen und anodenseitig die drei Dioden vorgesehen sind.
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Außerdem weist die Widerstandsschweißvorrichtung bevorzugt eine Speichereinrichtung zum Speichern einer Referenzschweißung bzw. hierfür charakteristische Daten und/oder eine Regeleinrichtung zum Regeln des Schweißstroms bzw. der Schweißspannung unter Berücksichtigung der Referenzschweißung auf. Bevorzugt weist die Glättungseinrichtung einen Glättungskondensator auf. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Widerstandsschweißvorrichtung eine Einstelleinrichtung auf, die dem Benutzer eine Wahl der Synchronisationszeitpunkte und/oder des Störabstands und/oder der charakteristischen Größe, auf die der Schweißstart synchronisiert werden soll, erlaubt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung für die Widerstandsschweißeinrichtung eine Erfassungseinheit auf, welche zum Erfassen eines Netzspannungsverlaufes der Netzspannungsversorgungseinrichtung dient. Bevorzugt wird der Netzspannungsverlauf der Netzspannungsversorgungseinrichtung während des Schweißvorgangs erfasst.
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Vorteilhaft ist das Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Widerstandsschweißvorrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Widerstandsschweißeinrichtung ein schweißstrom- und/oder schweißspannungsgeregeltes Mittelfrequenz-Gleichstromschweißen.
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Dabei kann die Widerstandsschweißvorrichtung mit allen obig im Kontext des Verfahrens zum Betreiben einer Widerstandsschweißvorrichtung beschriebenen Merkmalen ausgestattet sein.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 eine Darstellung einer gleichgerichteten Netzspannung mit Zeitpunkten für eine Synchronisation;
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2 eine Darstellung der Gleichrichtung einer dreiphasigen Netzspannung mit Zündbereichen dreier Thyristoren; und
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3 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Gleichrichtereinrichtung.
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1 zeigt eine Darstellung einer gleichgerichteten Netzspannung 1 mit Zeitpunkten für eine Synchronisation S1–S5 eines Schweißstarts. Anschließend an die Gleichrichtung der mehrphasigen Netzspannung (nicht gezeigt), welche die Widerstandsschweißvorrichtung versorgt, wird die gleichgerichtete Netzspannung 1 bevorzugt mittels eines Kondensators geglättet, so dass in einem Zwischenkreis eine geglättete Zwischenkreisspannung 2 entsteht. Die Zeitpunkte für die Synchronisation S1–S5 des Schweißstartes der Referenzschweißung liegen dabei in bevorzugter Weise in Wellentälern 6 der gleichgerichteten Netzspannung 1, so dass auch ein schweißstrom- und/oder schweißspannungsgeregeltes Schweißen eines aktuellen Schweißvorgangs auf einen Netzphasenwechsel 10 (siehe 2) synchronisiert wird. Dabei wird in der 1 durch die Darstellung der Synchronisationszeitpunkte S1–S5 eine mögliche Synchronisation des Schweißstarts auf das 6-fache der Netzfrequenz dargestellt. Durch das Bezugszeichen 5 werden Netzkuppen der gleichgerichteten Netzspannung 1 gekennzeichnet. Dabei entstehen durch eine B6-Gleichrichtung einer dreiphasigen Netzspannung innerhalb einer Periode der Netzspannung sechs dieser Netzkuppen. Die somit erzeugte pulsierende Gleichspannung weist damit eine sechsfache Frequenz der Netzfrequenz auf.
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Die gleichgerichtete Netzspannung 1 wird zwischen zwei maximalen Spannungswerten mittels eines Kondensators geglättet. Dabei ist die Steigung der Zwischenkreisspannung 2 nach einem maximalen Spannungswert von einer Kapazität eines Kondensators (nicht dargestellt), welcher zur Glättung der (ungeglätteten) gleichgerichteten Netzspannung 1 dient, und von einer Belastung durch den Ausgangsstrom abhängig. Die Steigung der Zwischenkreisspannung 2 fällt mit der Zeit flacher ab, wenn der Kondensator eine höhere Kapazität aufweist und verläuft entsprechend steiler, d.h. die Zwischenkreisspannung 2 fällt schneller ab, wenn ein Kondensator mit einer geringeren Kapazität verwendet wird. Umgekehrtes gilt jedoch für den Verlauf der Steigung der Zwischenkreisspannung 2 für die Belastung durch den Ausgangsstrom. Bei einer höheren Belastung durch einen höheren Ausgangsstrom bildet sich eine steilere Steigung der Zwischenkreisspannung 2 aus, die Zwischenkreisspannung 2 fällt daher schneller ab. Bei einem niedrigeren Ausgangstrom bildet sich dagegen eine flachere Steigung der Zwischenkreisspannung 2 aus, wodurch eine bessere Glättung erzielt wird. An dem Zeitpunkt für die Synchronisation S1 in der Darstellung der 1 ist noch keine Glättung der gleichgerichteten Netzspannung 1 durchgeführt worden.
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In 2 wird die Gleichrichtung einer dreiphasigen Netzspannung veranschaulicht, wobei Zündbereiche Z1, Z2, Z3 eines ersten Thyristors T1, eines zweiten Thyristors T2 und eines dritten Thyristors T3 der in 3 gezeigten halbgesteuerten Brückengleichrichterschaltung dargestellt sind. Dabei werden in dieser Figur die Spannungsverläufe der drei Phasen L1, L2 und L3 der Netzspannung dargestellt. Die Periode 12 der Netzspannung und damit die Periode 12 jeder ihrer drei Phasen beträgt dabei 20 ms, was einer typischen Frequenz F von 50 Hz entspricht.
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Da jeweils die Thyristoren und die Dioden während einer negativen Halbwelle einer Phase sperren, wird bei der in 3 gezeigten halbgesteuerten Brückengleichrichterschaltung die Wechselspannung der einzelnen Phasen derart gleichgerichtet, dass jeweils während einer positive Halbwelle einer Phase (L1, L2, L3) die Diode (D1, D2, D3) für nach unten gerichteten Strom sperrt und nach oben gerichteter Strom (bei gezündetem Thyristor) durch den entsprechenden Thyristor (T1, T2, T3) fließt. Während einer negativen Halbwelle einer Phase (L1, L2, L3) dagegen sperrt der entsprechende Thyristor (T1, T2, T3) für den nach unten gerichteten Stromfluss, wohingegen ein nach oben gerichteter Stromfluss durch die entsprechende Diode (D1, D2, D3) stattfinden kann. Somit können lediglich die Spannungsverläufe der positiven Halbwellen der drei Phasen (L1, L2, L3) durch Phasenanschnittsteuerungen beeinflusst werden, während die Spannungsverläufe der negativen Halbwellen der drei Phasen (L1, L2, L3) nicht gesteuert werden können. Das heißt also, dass die in 2 gezeigten oberen drei Netzkuppen jeweils durch die Steuerung der Thyristoren beeinflusst werden können, wohingegen die dargestellten unteren Netzkuppen der negativen Halbwellen nicht beeinflusst werden können. Innerhalb einer Periode der Netzspannung treten jeweils drei obere (durch die Thyristoren steuerbare) Netzkuppen der positiven Halbwellen und drei (nicht steuerbare) Netzkuppen der negativen Halbwellen auf.
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Eine halbgesteuerte Brückenschaltung lässt sich (gedacht) in zwei Dreipuls-Mittelpunktschaltungen (M3) unterteilen. Der durch die oberen in 2 gezeigten Netzkuppen gegebene Spannungsverlauf resultiert dabei aus einem (gedachten) vollgesteuerten M3K-Stromrichter und der durch die unteren Netzkuppen gegebene Spannungsverlauf aus einem (gedachten) ungesteuerten M3A-Stromrichter. Der Spannungsverlauf der in 3 dargestellten halbgesteuerten Brückenschaltung resultiert aus der Differenz dieser beiden Spannungsverläufe und weist die Form der in 1 gezeigten (ungeglätteten) gleichgerichteten Netzspannung 1 mit sechs Netzkuppen innerhalb einer Periode der Netzspannung auf.
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Als Synchronisationszeitpunkte können, wie bereits erwähnt, die in 1 dargestellten Netzphasenwechsel zwischen jeweils einer von einer positiven Halbwelle resultierenden und einer von einer negativen Halbwelle resultierenden Netzkuppe dienen.
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Bevorzugt dienen aber die in 2 mittels der vier kleinen Pfeile veranschaulichten Zeitpunkte als Synchronisationszeitpunkte. Hier liegen Phasenwechsel zwischen den drei Phasen während jeweils einer oberen Halbwelle vor. Der am weitesten links befindliche Pfeil deutet beispielsweise einen Phasenwechsel von der Phase L3 zur Phase L1 an, der nächste Pfeil einen Phasenwechsel von der Phase L1 zur Phase L2. Diese Phasenwechsel liegen, wie bereits erwähnt, im Gesamtspannungsverlauf der halbgesteuerten Brückenschaltung (wie beispielsweise in 1 dargestellt) zumindest an dem gleichen Zeitpunkt nicht vor. So erfolgt statt dem Phasenwechsel von der Phase L1 zur Phase L2 nämlich schon zu einem früheren Zeitpunkt ein Phasenwechsel von der Phase L1 zur Phase L3 und dann von der Phase L3 zur Phase L1.
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Besonders bevorzugt lassen sich die Zündimpulse 10, mit welchen die drei Thyristoren gesteuert werden auch als Synchronisationsimpulse verwenden bzw. erfolgen die Zündimpulse 10 der Thyristoren zum gleichen Zeitpunkt wie die Synchronisationsimpulse, welche dann die Synchronisationszeitpunkte festlegen. Damit fallen die Zeitpunkte der in 2 gezeigten Phasenwechsel 10 mit den Synchronisationszeitpunkten zusammen.
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Gezeigt ist ferner, dass die Zeitspanne 13 zwischen zwei Netzphasenwechsel 10, beispielsweise des Netzphasenwechsels 10 zwischen der ersten Phase L1 und der dritten Phase L3 und des Netzphasenwechsels 10 zwischen der ersten Phase L1 und der zweiten Phase L2, ca. 6,66 ms beträgt. Die Zeitspanne 13 zwischen zwei Netzphasenwechsel 10 bildet dabei auch gleichzeitig den Zündbereich Z1, Z2, Z3 des jeweiligen Thyristors T1, T2, T3 aus. Die Thyristoren T1, T2, T3 erhalten einen Zündimpuls an den Zeitpunkten der jeweiligen Netzphasenwechsel 10 der Phasen L1, L2, L3.
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3 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Gleichrichtereinrichtung 30. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine sechspulsige halbgesteuerte Brückenschaltung, bei der jeweils zwischen der Anode 31 und einer Phase (L1, L2, L3) der dreiphasigen Netzspannung ein Thyristor (T1, T2, T3) angeordnet ist. Jeweils zwischen einer Kathode 32 und einer Phase (L1, L2, L3) ist eine Diode (D1, D2, D3) angeordnet, wobei durch diese Bauteile ein ungesteuerter Stromrichter ausgebildet ist. Bei dieser in 3 dargestellten Gleichrichtereinrichtung 30 handelt es sich dabei um eine sogenannte B6HA-Schaltung.
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Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- gleichgerichtete Netzspannung
- 2
- Zwischenkreisspannung
- 5
- Netzkuppe
- 6
- Wellental
- 10
- Netzphasenwechsel, Zündimpuls
- 12
- Periode der ersten Phase
- 13
- Zeitspanne zwischen zwei Netzphasenwechsel
- 30
- Gleichrichtereinrichtung
- 31
- Anode
- 32
- Kathode
- S1–S5
- Zeitpunkte für die Synchronisation
- L1
- erste Phase der Netzspannung
- L2
- zweite Phase der Netzspannung
- L3
- dritte Phase der Netzspannung
- T1
- erster Thyristor
- T2
- zweiter Thyristor
- T3
- dritter Thyristor
- D1
- erste Diode
- D2
- zweite Diode
- D3
- dritte Diode
- Z1
- Zündbereich des ersten Thyristors
- Z2
- Zündbereich des zweiten Thyristors
- Z3
- Zündbereich des dritten Thyristors
- F
- Frequenz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/054749 [0003]
- DE 102006038786 A1 [0005]
