DE102015116171A1 - Schweißgerät und Verfahren zum Betreiben desselben - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißgerät mit einer elektrisch mit einer Steuerungseinrichtung (60) verbundenen Stromquelle (10), die einen Leistungsteil (11) mit einer primärseitig pulsförmig mit Primärstrom (Ipri) versorgten und sekundärseitig einen Sekundärstrom (Isek) für einen Schweißvorgang bereitstellenden Umsetzeinheit (12) aufweist und in der mittels einer Erfassungseinheit zu vorbestimmten Erfassungszeitpunkten (ta) Momentanwerte des Primärstroms (Ipri) über der Zeit in der Weise periodisch abgreifbar und/oder berechenbar sind, dass in Abhängigkeit von diesen der Sekundärstrom mittels einer Verarbeitungseinrichtung unter Einbeziehung von Korrekturwerten bestimmbar ist. Eine vorteilhafte Bestimmung des Sekundärstroms wird dadurch erhalten, dass pro Primärstrompuls eine Pulszeitspanne (Δtp) zwischen einem ersten charakteristischen Zeitpunkt (t1) und einem definierten zweiten charakteristischen Zeitpunkt (t2) bestimmt ist und dass die Erfassungszeitpunkte (ta) durch die Maßgabe vorbestimmt sind, dass von Primärstrompuls zu Primärstrompuls ein gleichbleibendes Verhältnis einer Erfassungszeitspanne (Δta) zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt (t1) und dem betreffenden Erfassungszeitpunkt (ta) zu der Pulszeitspane (Δtp) gegeben ist, wobei der geglättete Stromverlauf der Primärstrompulse während der Pulszeitspanne (Δtp) mindestens näherungsweise als linear angenommen ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißgerät mit einer elektrisch mit einer Steuerungseinrichtung verbundenen Stromquelle, die einen Leistungsteil mit einer primärseitig pulsförmig mit Primärstrom versorgten und sekundärseitig einen Sekundärstrom für einen Schweißvorgang bereitstellenden Umsetzeinheit aufweist und in der mittels einer Erfassungseinheit zu vorbestimmten Erfassungszeitpunkten Momentanwerte des Primärstroms über der Zeit in der Weise periodisch abgreifbar und/oder berechenbar sind, dass in Abhängigkeit von diesen der Sekundärstrom mittels einer Verarbeitungseinrichtung unter Einbeziehung von Korrekturwerten bestimmbar ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines Schweißgerätes, bei dem über eine Ansteuerschaltung eine Umsetzeinheit primärseitig mit Primärstrom versorgt und sekundärseitig derselben in einem Schweißkreis ein Sekundärstrom für einen Schweißprozess bereitgestellt wird, welcher durch Erfassen von Momentanwerten des Primärstroms zu vorbestimmten Erfassungszeitpunkten unter Einbeziehung von Korrekturwerten bestimmt wird.
  • Ein derartiges Schweißgerät und Verfahren sind in der EP 1 449 611 B1 angegeben. Bei diesem bekannten Schweißgerät wird ein den Schweißprozess versorgender Sekundärstrom auf der Basis eines Augenblickswerts des Primärstroms berechnet, wobei der Augenblickswert des Primärstroms zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Magnetisierungsstroms abgetastet und gespeichert wird. Um den Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Magnetisierungsstroms zu bestimmen, ist primärseitig des Stromwandlers ein Wechselrichter mit Stromventilen vorhanden, die so angesteuert werden, dass einer positiven Spannungszeitfläche der primärseitigen Spannung eine gleich große negative Spannungszeitfläche folgt. Eine zuverlässige Bestimmung des Sekundärstroms setzt bei dieser Vorgehensweise demnach einen Schaltungsaufbau mit primärseitigem Wechselrichter und wechselweise getaktetem Primärstrom voraus.
  • In der EP 2 216 124 B1 ist eine Schweißstromquelle und ein Verfahren zum Regeln einer solchen gezeigt, bei dem der Sekundärstrom ebenfalls durch Regelung des Primärstroms oder einer der dem Primärstrom entsprechenden primärseitigen Zustandsgröße vorgegeben wird. Hierbei weist die Schweißstromquelle einen Stromwandler auf, der primärseitig mit einem seriellen Schwingkreis und sekundärseitig mit einem parallelen Schwingkreis versehen ist, wobei der serielle Schwingkreis von einer Brückenschaltung mit einer variablen Wechselspannung versorgt wird und der parallele Schwingkreis über einen Gleichrichter einem Schweißprozess Energie bereit stellt. Als weitere Zustandsgröße wird hierbei die Resonanzfrequenz der Schweißstromquelle erfasst und der Wert des erfassten Primärstroms oder der diesem entsprechenden primärseitigen Zustandsgröße wird in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz zur Bildung eines Steuersignals für die Steuereinheit korrigiert.
  • Weitere Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung einer Stromquelle für einen Schweißprozess sind in der DE 10 2007 028 160 A1 und der DE 10 2006 047 107 A1 offenbart.
  • Die Vorgehensweise, den im Schweißkreis fließenden, den Schweißprozess versorgenden Sekundärstrom primärseitig zu bestimmen und/oder zu regeln, ermöglicht einen vorteilhaften Schaltungsaufbau mit günstiger Messtechnik. Andererseits ist es schwierig, mit dieser indirekten Methode eine genaue Aussage über den Schweißprozess zu erhalten, zumal dieser vielfältigen Einflüssen unterliegt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schweißgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen bereitzustellen, mit dem bei möglichst einfachem Aufbau der Schweißprozess möglichst genau bestimmbar ist.
  • Diese Aufgabe wird bei dem Schweißgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass pro Primärstrompuls eine Pulszeitspanne zwischen einem ersten charakteristischen Zeitpunkt und einem definierten zweiten charakteristischen Zeitpunkt bestimmt ist und dass die Erfassungszeitpunkte durch die Maßgabe vorbestimmt sind, dass von Primärstrompuls zu Primärstrompuls ein gleichbleibendes Verhältnis einer Erfassungszeitspanne zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt und dem betreffenden Erfassungszeitpunkt zu der Pulszeitspanne gegeben ist, wobei der geglättete Stromverlauf der Primärstrompulse während der Pulszeitspanne zumindest näherungsweise als linear angenommen ist.
  • Bei dem Verfahren ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass pro Primärstrompuls eine Pulszeitspanne zwischen einem ersten charakteristischen Zeitpunkt und einem definierten zweiten charakteristischen Zeitpunkt bestimmt wird und dass die vorbestimmten Erfassungszeitpunkte in der Weise bestimmt werden, dass von Primärstrompuls zur Primärstrompuls ein gleichbleibendes Verhältnis einer Erfassungszeitspanne zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt und dem betreffenden Erfassungszeitpunkt zu der Pulszeitspanne eingehalten wird.
  • Diese Maßnahmen ermöglichen die primärseitige Bestimmung des Sekundärstroms bei verschiedenen Ausgestaltungen der Stromquelle, da sich die Erfassung und Auswertung bzw. Verarbeitung auf charakteristische Eigenschaften der individuellen Primärstrompulse beschränkt. Insbesondere setzen der Aufbau und die Vorgehensweise zur Bestimmung des Sekundärstroms nicht eine Ausbildung mit Wechselrichter und wechselweiser Taktung der an die Umsetzeinheit bzw. den Transformator primärseitig angelegten Spannung voraus, wenngleich die Bestimmung mit der angegebenen Vorgehensweise auch bei einem Aufbau mit Wechselrichter bzw. einer Vollwegbrückenschaltung denkbar ist. Wesentlich ist dabei die Erkenntnis bei vorliegender Ausgestaltung des Schweißgeräts bzw. des Verfahrens, dass der momentane Stromwert des Primärstrompulses in der zeitlichen Mitte der Pulszeitspanne bis auf festlegbare Korrekturwerte dem mittleren Sekundärstrom entspricht. Dieser zeitlich mittlere Momentanwert des Primärstrompulses kann auch aus einem Momentanwert des Primärstrompulses zu einem anderen Zeitpunkt der Pulszeitspanne auf der Basis bekannter mathematischer Beziehungen von Geradengleichungen einfach in der Verarbeitungseinrichtung ermittelt werden. Die Erfassung des Momentanwertes aus dem Primärstrompuls kann in Kenntnis des hardwaremäßigen Aufbaus der Stromquelle rechnerisch oder durch Abtastung des Primärstrompulses oder aufeinander folgender Primärstrompulse messtechnisch ermittelt werden. Eine Kombination aus messtechnischer und rechnerischer Ermittlung kann zur Plausibilisierung bzw. genaueren Ermittlung des Momentanwertes angewendet werden. Die Bestimmung des Sekundärstroms unter Einbeziehung von Korrekturwerten, die von dem Aufbau der jeweiligen Stromquelle abhängen, kann z. B. bei einem Muster im Voraus messtechnisch oder rechnerisch erfolgen. Der so bestimmte Sekundärstrom kann für verschiedene Zwecke genutzt werden, beispielsweise in einer Anzeige für den Schweißer und/oder für eine automatische Regelung des Schweißprozesses.
  • Vorteilhaft für den Aufbau und die Funktionsweise ist vorgesehen, dass durch die Steuerungseinrichtung ein Stromsteuerverfahren (Current Mode) vorgegeben ist, wobei der zweite charakteristische Zeitpunkt durch Erreichen eines vorbestimmten Sollstroms definiert ist. Bei dem Stromsteuerverfahren kann die Sollwertvorgabe und damit die Beeinflussung, beispielsweise Einregelung des Sekundärstroms auf einen konstanten Mittelwert, durch Ändern des Sollstroms ICM vorgenommen werden. Für die Einregelung des Sekundärstroms auf einen konstanten zeitlich gemittelten Wert wird also der mittlere Momentanwert (in der zeitlichen Mitte der Pulszeitspanne) durch Ändern des Sollstroms auf den bis auf die Korrekturwerte dem gemittelten Sekundärstrom entsprechenden Stromwert gebracht.
  • Eine weitere vorteilhafte Maßnahme für den Aufbau und die Funktion besteht darin, dass durch die Steuerungseinrichtung ein PWM-Steuerverfahren vorgegeben ist, wobei der zweite charakteristische Zeitpunkt durch eine vorbestimmte Zeitdauer der Primärstrompulse definiert ist. Bei diesem Verfahren erfolgt zur Beeinflussung des Sekundärstroms die Sollwertvorgabe durch Verschieben der abfallenden Flanke des Primärstrompulses entlang der Zeitachse. Beispielsweise wird also für die Einregelung eines konstanten mittleren Sekundärstroms die abfallende Flanke des Primärstrompulses über der Zeit so variiert, dass sich in der zeitlichen Mitte der Pulszeitspanne ein bis auf die Korrekturwerte dem (gewünschten) gemittelten Sekundärstrom entsprechender Momentanwert des Primärstrompulses ergibt.
  • Eine definierte Festlegung des ersten charakteristischen Zeitpunkts besteht darin, dass dieser gegeben ist durch einen Übergang zwischen einer steileren Anstiegsflanke und einem relativ zu dieser flacheren anschließenden Verlauf des betreffenden Primärstrompulses während der Pulszeitspanne.
  • Vorteilhafte Vorgehensweisen zum Ermitteln des ersten charakteristischen Zeitpunkts bestehen darin, dass der erste charakteristische Zeitpunkt durch zeitliche Abtastung mindestens eines Primärstrompulses und/oder durch Berechnung in der Erfassungseinheit bestimmbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Maßnahmen für den Aufbau und die Funktionsweise bestehen darin, dass bei der Bestimmung des Sekundärstroms mittels der Verarbeitungseinrichtung in die Korrekturwerte das Übertragungsverhältnis der Umsetzeinheit und eine Verzögerungszeit eines oder mehrerer Schaltglieder des Leistungsteils einbezogen sind.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schweißgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungseinrichtung eine Regelungseinrichtung zugeordnet ist und dass die Verarbeitungseinrichtung zur Herleitung von Regelungsdaten für den Sekundärstrom in Abhängigkeit von den Momentanwerten der Primärstrompulse ausgebildet ist.
  • Weitere Vorteile für die Benutzung und Betriebsweise ergeben sich dabei dadurch, dass die Regelungseinrichtung eine Glättungseinrichtung aufweist, durch die sprungartige Änderungen der Momentanwerte von Primärstrompuls zu Primärstrompuls in eine zeitlich geglättete Einregelung des Sekundärstroms überführbar sind. Abrupte Vorgänge im Schweißprozess, die sich auch in starken akustischen Störungen auswirken können, werden auf diese Weise vorteilhaft unterdrückt.
  • Das Verfahren ist in vorteilhafter Weise dadurch ausgestaltet, dass der zeitlich gemittelte Sekundärstrom aus den erfassten Momentanwerten bestimmt wird, wobei ein mittlerer Momentanwert in der zeitlichen Mitte zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt und dem zweiten charakteristischen Zeitpunkt abgegriffen oder rechnerisch ermittelt und daraus der gemittelte Sekundärstrom bestimmt wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnehme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht des elektrischen Aufbaus eines Schweißgeräts mit wesentlichen Komponenten und einem angeschlossenen Schweißkreis,
  • 2 einen Leistungsteil des Schweißgeräts mit Transformator sowie primärseitigem Stromkreis und sekundärseitigem Stromkreis (oben), ein Diagramm mit einem Primärstrom über der Zeit (Mitte) und ein Diagramm mit dem Verlauf des (geglätteten) Sekundärstroms über der Zeit (unten) und
  • 3 ein Prinzipschaltbild einer ein Leistungsteil aufweisenden Stromquelle des Schweißgeräts mit angeschlossenem Schweißkreis sowie drei schematische Darstellungen von Primärstrompulsen und damit jeweils zusammenhängenden Sekundärstromverläufen.
  • 1 zeigt als Ausführungsbeispiel eine schematische Darstellung des elektrischen Aufbaus eines Schweißgeräts 1 mit einem daran angeschlossenem Schweißkreis. Das Schweißgerät 1 umfasst als wesentliche Komponenten eine Stromquelle 10 mit einem eine Umsetzeinheit 12 aufweisenden Leistungsteil 11 und ein an die Stromquelle 10 angeschlossenes Zwischenschlauchpaket 21, an welches wiederum ein sogenannter Koffer 22 angeschlossen ist. An einer masseseitigen Buchse der Stromquelle ist ein Massekabel 23 angeschlossen, um beim Schweißen eine elektrische Masseverbindung zu dem Werkstück herzustellen. An den Ausgang des Koffers 22 ist ein Brenner 31 angeschlossen, an dessen Schweißausgang im Schweißprozess sich ein Lichtbogenabschnitt 32 zur Masse ausbildet. Es sei angemerkt, dass es auch kompakte Schweißgeräte ohne Zwischenschlauchpaket und Koffer im Schweißkreis gibt, bei denen die Erfindungsidee ebenfalls zur Anwendung kommen kann.
  • Die Stromquelle 10, die Komponenten der Verbindungsvorrichtung 20 (Zwischenschlauchpaket 21, Koffer 22 und Massekabel 23) sowie der Brenner 31 beinhalten (in Darstellung als Ersatzschaltbild) jeweils eine in Reihe zu einem ohmschen Widerstand R liegende Induktivität L. In dem Schweißkreis mit der Verbindungsvorrichtung 20 und den Prozesskomponenten 30 (Brenner 31 und Lichtbogenabschnitt 32) fließt ein Schweißstrom bzw. Sekundärstrom Isek. Messwerte einer anliegenden Schweißspannung können an Ausgängen der Stromquelle 10 (dargestellt durch eingekreiste Ziffer 1) oder zwischen einer Massebuchse der Stromquelle 10 und einem ausgangsseitigen Zentralanschluss des Koffers 22 (dargestellt als eingekreiste Ziffer 2) erfasst werden. Primärseitig liegt an Eingängen der Umsetzeinheit 12 in Form des Transformators eine über ein Schaltglied 13 getaktete pulsförmige Primärspannung (dargestellt als eingekreiste Ziffer 4) und entsprechend fließt auf der Primärseite des Transformators ein Primärstrom Ipri. Beispielsweise liegt die Frequenz der gebildeten Spannungspulse bzw. Primärstrompulse im Bereich von 40 bis 200 kHz, z. B. bei 75 kHz, wodurch sich entsprechende Zeitabstände von beispielsweise ca. 15 μs ergeben.
  • Der eigentlich relevante Wert für die Bestimmung, insbesondere auch Regelung des Schweißprozesses, ist die Spannung über dem Lichtbogen (dargestellt als eingekreiste Ziffer 3), welche in der Praxis nie exakt gemessen werden kann. In der Praxis wird beispielsweise durch einen manuellen Abgleich der Widerstand und die Induktivität des gesamten Schweißkreises grob erfasst und in die Berechnung der Lichtbogenlänge einbezogen. Oder es wird durch einen Spannungsoffset die gemessene Spannung korrigiert. Entsprechendes gilt auch für den Schweißstrom. Es ist auch (insbesondere von den Kosten her) aufwändig, den Schweißstrom bzw. Sekundärstrom Isek zu erfassen, da hierfür eine aufwändige Messtechnik mit einer aufwändigen Sensorik erforderlich ist.
  • Vorliegend erfolgt daher die Stromerfassung zur Bestimmung des Sekundärstroms Isek auf der Primärseite der Umsetzeinheit 12 (Leistungsübertrager, Transformator).
  • In 2 ist schematisch die Bestimmung des den Schweißprozess versorgenden Sekundärstroms Isek mittels primärseitiger Auswertung und Verarbeitung der Primärstrompulse dargestellt. Wie vorstehend erläutert, werden primärseitig der Umsetzeinheit 12 bzw. des Transformators über eine nicht näher dargestellte Ansteuerschaltung der Stromquelle 10 über mindestens ein Schaltglied 13 Primärstrompulse Ipri erzeugt, die bei dem gezeigten Beispiel (aber nicht bei allen Ausführungen) von störenden höher frequenten Schwingungskomponenten überlagert sind, wie der Primärstromverlauf 41 in dem Primärstromdiagramm 40 zeigt, und die vor der weiteren Verarbeitung geglättet werden. Aus den Primärstrompulsen 41 ergibt sich durch das Übertragungsverhältnis der Umsetzeinheit 12 und weitere Einflussfaktoren von Hardwarekomponenten des Schweißgeräts der Sekundärstrom Isek. Ein geglätteter Sekundärstromverlauf 51 ist in dem Sekundärstromdiagramm 50 dargestellt. Von Bedeutung für die Bestimmung des Sekundärstroms Isek, insbesondere auch für die Regelung des Schweißprozesses, ist der zeitlich gemittelte Sekundärstrom Iav.
  • In 3 ist ein Ausführungsbeispiel für die Vorgehensweise zur Bestimmung des Sekundärstroms Isek durch die Erfassung des Primärstroms Ipri auf der Primärseite der Umsetzeinheit 12 gezeigt. Im oberen Teilbild ist der elektrische Aufbau eines Schweißgeräts schematisiert und gegenüber 1 etwas abgeändert dargestellt, wobei eine Steuerungseinrichtung 60 mit einer Regelungseinrichtung 61 und zudem primärseitig der Umsetzeinheit 12 eine erste Sensoreinheit S1 zur Messung des Primärstroms Ipri und sekundärseitig eine weitere Sensoreinheit S2 zur Messung des Sekundärstroms Isek eingezeichnet sind. Die weitere Sensoreinheit S2 muss bei einem realen Schaltungsaufbau gemäß vorliegender Erfindung nicht vorhanden sein und dient in 3 zur Erläuterung, wo die darunter eingezeichneten (schematisierten, geglätteten) Sekundärstromverläufe 51.1, 51.2, 51.3 gemessen werden können. Nach entsprechender Umformung kann auch der gemittelte Sekundärstrom Iav, erhalten werden. Mittels der ersten Sensoreinheit S1 können die darunter eingezeichneten (ggf. geglätteten) Primärstromverläufe 41.1, 41.2, 41.3 oder zumindest charakteristische Momentanwerte derselben erhalten werden.
  • Unter dem oberen Teilbild sind links untereinander drei Beispiele für (ggf. geglättete) Primärstromverläufe 41.1, 41.2, 41.3 ausschnittsweise mit einem jeweiligen Primärstrompuls dargestellt, die sich aus unterschiedlichen Arbeitsplatz- bzw. Schweißsituationen und damit zusammenhängenden Schweißströmen bzw. Sekundärströmen Isek während eines Schweißprozesses ergeben, wie die drei rechts neben den Primärstromverläufen dargestellten schematisierten Sekundärstromverläufe 51.1, 51.2, 51.3 zeigen. Ist keine Sensoreinheit für die direkte Messung des Sekundärstroms Isek vorhanden, kann dieser also aus dem Primärstromverlauf bestimmt werden, wie nachstehend erläutert.
  • Die Primärstrompulse weisen in jeder Schweißsituation gleich steile, aber unterschiedlich lange bis zu einem ersten charakteristischen Zeitpunkt t1 verlaufende ansteigende Pulsflanken sowie gleich steile ab einem zweiten charakteristischen Zeitpunkt t2 abfallende Pulsflanken auf. Jedoch sind die in der jeweiligen Pulszeitspanne Δtp zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt t1 und dem zweiten charakteristischen Zeitpunkt t2 verlaufenden Abschnitte der Primärstrompulse unterschiedlich steil, wobei der Verlauf der Primärstrompulse zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt t1 und dem zweiten charakteristischen Zeitpunkt t2 näherungsweise als Gerade angenommen ist. Der erste charakteristische Zeitpunkt t1 bezeichnet dabei den Übergang von der ansteigenden Pulsflanke in den anschließenden flacheren Verlauf während der Pulszeitspanne Δtp. Der zweite charakteristische Zeitpunkt t2 bezeichnet bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Schnittpunkt mit einer vorgegebenen Stromschwelle, und zwar einem vorbestimmten Sollstrom ICM, wobei es sich um ein Stromsteuerverfahren (sogenanntes Current Mode Verfahren) handelt.
  • Der erste charakteristische Zeitpunkt t1 kann durch Abtasten eines Primärstrompulses beispielsweise mittels schneller Abtastpulsfolge innerhalb desselben oder über mehrere aufeinander folgende Primärstrompulse unter Verschiebung des Abtastzeitpunktes von Primärstrompuls zu Primärstrompuls erfasst werden und/oder durch eine rechnerische Auswertung bei Kenntnis der schaltungstechnischen Komponenten (Hardware) der Stromquelle 10.
  • Bei der Bestimmung des Sekundärstroms Isek ist insbesondere der gemittelte Sekundärstrom Iav von Bedeutung, beispielsweise als Anzeigewert für einen Benutzer oder als einzuregelnder und z. B. konstant zu haltender Schweißstrom in einem Schweißprozess. Der mittlere Sekundärstrom Iav entspricht bis auf durch das jeweilige Schweißgerät gegebene Korrekturwerte dem Stromwert der betreffenden Primärstrompulse in der zeitlichen Mitte der Pulszeitspanne Δtp. Sind der erste und der zweite charakteristische Zeitpunkt t1, t2 und damit die Pulszeitspanne Δtp bestimmt, kann in einem (insbesondere unmittelbar) darauf folgenden Primärstrompuls dessen z. B. mittlerer momentaner Stromwert beispielsweise durch Abtasten mittels einer Abtasteinrichtung erfasst oder rechnerisch auf der Basis bekannter mathematischer Zusammenhänge von Geradengleichungen ermittelt werden. Beispielsweise kann auch eine Abtastung zu einem Zeitpunkt innerhalb der Pulszeitspanne Δtp eines Primärstrompulses erfolgen, der nicht der zeitlichen Mitte entspricht, wobei jedoch der Abtastzeitpunkt bzw. die Erfassungszeitspanne Δta zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt t1 und dem Erfassungszeitpunkt ta bezogen auf die gesamte Pulszeitspanne Δtp definiert sein muss, um auf den Momentanwert in der zeitlichen Mitte der Pulszeitspanne Δtp und damit auf den gemittelten Sekundärstrom Iav zurückschließen zu können. Die Kombination aus messtechnischer und rechnerischer Vorgehensweise kann zur Plausibilisierung bzw. zum Erreichen einer erhöhten Zuverlässigkeit beim Bestimmen des Sekundärstroms Isek bzw. dessen zeitlich gemitteltem Stromwert Iav angewendet werden.
  • Ähnlich wie am Beispiel des Stromsteuerverfahrens beschrieben, lässt sich die erläuterte Bestimmung des Sekundärstroms Isek bzw. des gemittelten Sekundärstroms Iav auch aus Primärstrompulsen erreichen, wenn ein an sich ebenfalls übliches PWM-Steuerverfahren angewendet wird. Bei diesem Steuerverfahren wird die Zeitdauer der Primärstrompulse vorgegeben, wodurch der zweite charakteristische Zeitpunkt t2 bestimmt ist. Der Momentanwert in der zeitlichen Mitte der Zeitspanne Δtp kann dann messtechnisch und/oder rechnerisch in der vorstehend genannten Weise erfasst werden, wodurch der gemittelte Sekundärstrom Iav wiederum über Korrekturwerte bestimmt werden kann. Bei einer Einregelung des Schweißstroms bzw. Sekundärstroms Isek kann dann die abfallende Flanke der Primärstrompulse über der Zeitachse entsprechend dem erforderlichen, einzuregelnden Sekundärstrom Isek, insbesondere dem gemittelten Sekundärstrom Iav, variiert werden.
  • In die Korrekturwerte fließen neben dem Übersetzungsverhältnis der Umsetzeinheit 12 bzw. des Transformators auch eine Verzögerungszeit von Schaltgliedern und weitere Bauteileeigenschaften der Stromquelle 12 bzw. des Schweißgeräts 1 ein. Die Verzögerungszeit ergibt dabei eine zeitliche Verschiebung zwischen Primärstrom Ipri und Sekundärstrom Isek.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1449611 B1 [0002]
    • EP 2216124 B1 [0003]
    • DE 102007028160 A1 [0004]
    • DE 102006047107 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Schweißgerät mit einer elektrisch mit einer Steuerungseinrichtung (60) verbundenen Stromquelle (10), die einen Leistungsteil (11) mit einer primärseitig pulsförmig mit Primärstrom (Ipri) versorgten und sekundärseitig einen Sekundärstrom (Isek) für einen Schweißvorgang bereitstellenden Umsetzeinheit (12) aufweist und in der mittels einer Erfassungseinheit zu vorbestimmten Erfassungszeitpunkten (ta) Momentanwerte des Primärstroms (Ipri) über der Zeit in der Weise periodisch abgreifbar und/oder berechenbar sind, dass in Abhängigkeit von diesen der Sekundärstrom mittels einer Verarbeitungseinrichtung unter Einbeziehung von Korrekturwerten bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass pro Primärstrompuls eine Pulszeitspanne (Δtp) zwischen einem ersten charakteristischen Zeitpunkt (t1) und einem definierten zweiten charakteristischen Zeitpunkt (t2) bestimmt ist und dass die Erfassungszeitpunkte (ta) durch die Maßgabe vorbestimmt sind, dass von Primärstrompuls zu Primärstrompuls ein gleichbleibendes Verhältnis einer Erfassungszeitspanne (Δta) zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt (t1) und dem betreffenden Erfassungszeitpunkt (ta) zu der Pulszeitspanne (Δtp) gegeben ist, wobei der geglättete Stromverlauf der Primärstrompulse während der Pulszeitspanne (Δtp) zumindest näherungsweise als linear angenommen ist.
  2. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerungseinrichtung (60) ein Stromsteuerverfahren vorgegeben ist, wobei der zweite charakteristische Zeitpunkt (t2) durch Erreichen eines vorbestimmten Sollstroms (ICM) definiert ist.
  3. Schweißgerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerungseinrichtung (60) ein PWM-Steuerverfahren vorgegeben ist, wobei der zweite charakteristische Zeitpunkt (t2) durch eine vorbestimmte Zeitdauer der Primärstrompulse definiert ist.
  4. Schweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste charakteristische Zeitpunkt (t1) gegeben ist durch einen Übergang zwischen einer steileren Anstiegsflanke und einem relativ zu dieser anschließenden flacheren Verlauf im Primärstrompuls.
  5. Schweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste charakteristische Zeitpunkt (t1) durch zeitliche Abtastung mindestens eines Primärstromupulses und/oder durch Berechnung in der Erfassungseinheit bestimmbar ist.
  6. Schweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Sekundärstroms (Isek) mittels der Verarbeitungseinrichtung in die Korrekturwerte das Übertragungsverhältnis der Umsetzeinheit (12) und eine Verzögerungszeit eines oder mehrerer Schaltglieder (13) des Leistungsteils (11) einbezogen sind.
  7. Schweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungseinrichtung (60) eine Regelungseinrichtung (61) geordnet ist und dass die Verarbeitungseinrichtung zur Herleitung von Regelungsdaten für den Sekundärstrom (Isek) in Abhängigkeit von den Momentanwerten der Primärstrompulse ausgebildet ist.
  8. Schweißgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung eine Glättungseinrichtung aufweist, durch die sprungartige Änderungen der Momentanwerte von Primärstrompuls zu Primärstrompuls in eine zeitlich geglättete Einregelung des Sekundärstroms (Isek) überführbar sind.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Schweißgerätes, bei dem über eine Ansteuerschaltung eine Umsetzeinheit (12) primärseitig mit Primärstrom (Ipri) versorgt und sekundärseitig derselben in einem Schweißkreis ein Sekundärstrom (Isek) für einen Schweißprozess bereitgestellt wird, welcher durch Erfassen von Momentanwerten des Primärstroms (Ipri) zu vorbestimmten Erfassungszeitpunkten (ta) unter Einbeziehung von Korrekturwerten bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass pro Primärstrompuls eine Pulszeitspanne (Δtp) zwischen einem ersten charakteristischen Zeitpunkt (t1) und einem definierten zweiten charakteristischen Zeitpunkt (t2) bestimmt wird und dass die vorbestimmten Erfassungszeitpunkte (ta) in der Weise bestimmt werden, dass von Primärstrompuls zu Primärstrompuls ein gleichbleibendes Verhältnis einer Erfassungszeitspanne (Δta) zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt und dem betreffenden Erfassungszeitpunkt (ta) zu der Pulszeitspanne (Δtp) eingehalten wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitlich gemittelte Sekundärstrom (Iav) aus den erfassten Momentanwerten bestimmt wird, wobei ein mittlerer Momentanwert in der zeitlichen Mitte zwischen dem ersten charakteristischen Zeitpunkt (t1) und dem zweiten charakteristischen Zeitpunkt (t2) abgegriffen oder rechnerisch ermittelt und daraus der gemittelte Sekundärstrom (Iav) bestimmt wird.
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