DE102019205043A1

DE102019205043A1 - Transformatoreinrichtung zum Widerstandsschweißen und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102019205043A1
Application number: DE102019205043.3A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Scholz; Alexander Herr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Offenbart wird eine Transformatoreinrichtung mit einem Transformator (210) zum Widerstandschweißen welche eine Primärwicklung (220) und eine Sekundärwicklung (230), mit einem Gleichrichter mit mindestens einem Leistungsbauteil (100) und mit einer Erfassungseinrichtung (240) umfasst. Die Erfassungseinrichtung ist dazu eingerichtet, Spannungsmesswerte (246) an den Leistungshalbleitern (125) des Leistungsbauteils und Strommesswerte (244) der Sekundärwicklung (230) und/oder der Primärwicklung (220) des Transformators (210) zu erfassen. Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung (260) vorhanden, die dazu eingerichtet ist, einen - den Verschleiß des Leistungsbauteils (100) kennzeichnende - erste Größe aus einem Spannungsmesswert und aus einem Strommesswert zu ermitteln, welche zu einem Zeitpunkt in einer Freilaufphase der Sekundärwicklung (230) des Transformators (210) von der Erfassungseinrichtung (240) erfasst worden sind sowie ein zugehöriges Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transformatoreinrichtung zum Widerstandsschweißen und ein zugehöriges Verfahren.
Stand der Technik
Im Zuge des sogenannten Widerstandsschweißens oder Punktschweißens werden Werkstücke stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei Schweißelektroden mit einer Elektrodenkraft gegen die zu verschweißenden Werkstücke gepresst werden. Die Schweißelektroden werden für die Dauer einer Stromzeit von einem Schweißstrom durchflossen. Durch eine Widerstandserwärmung der beiden zu verschweißenden Werkstücke an dem Schweißpunkt zwischen den Schweißelektroden werden die zu verbindenden Werkstücke bis zum Erreichen einer erforderlichen Schweißtemperatur erhitzt und bilden dabei eine Schmelze aus.
Ein Transformator hat dabei die Aufgabe die Netzspannung oder eine Ansteuerspannung auf eine niedrigere Sekundärspannung herabzusetzen, um den Schweißstrom auf eine Stromstärke von mehreren tausend Ampere zu erhöhen. Der Transformator induziert an seiner Sekundärwicklung eine niedrige Wechselspannung in der Größenordnung von ca. 10 Volt, welche gleichgerichtet wird. Über die Schweißelektroden und die zu verschweißenden Werkstücke fließt ein hoher Gleichstrom in der Größenordnung von 7 kA bis zu 50 kA, der für den Schweißvorgang verwendet wird. Bedingt durch die niedrige Schweißspannung und die hohen Ströme wird die Verlustleistung des Transformators hauptsächlich durch die Flussspannung der Halbleiterdioden zur Gleichrichtung des Schweißstromes bestimmt. Bei einer Trafoausgangsspannung beim Schweißen von 2,8 V und einer Flussspannung der Gleichrichterdioden von 0,7 V ergibt sich allein aufgrund des Spannungsabfalls über die Gleichrichterdioden eine Verlustleistung von 25% bezogen auf die Gesamtleistung des Schweißtransformators. Durch den Einsatz von Halbleiterschaltelementen mit einer geringeren Flussspannung ist es möglich die Verlustleistung zu reduzieren. Es ist bekannt, die Gleichrichterdioden unter anderem durch Schottky-Dioden oder durch Bipolartransistoren mit isolierter Gate Elektrode IGBT, Feldeffekttransistoren FET bzw. Metall-Oxyd Feldeffektransistoren MOSFET mit einer geeigneten Ansteuerung zu ersetzen, um die Verlustleistung zu reduzieren. Um die für den Schweißvorgang erforderlichen hohen Ströme gleichzurichten wird eine entsprechende Anzahl dieser Halbleiterschaltelemente parallelgeschaltet.
Die Schrift DE 10 2014 227 024 A1 der Anmelderin betrifft eine Anordnung zur Realisierung eines Leistungsbauteils zur Steuerung eines hohen elektrischen Stromes, wie er beim Widerstandsscheißen benötigt wird, in einer flachen Sandwichbauweise unter Verwendung von Stromplatten. Eine Platte dient als Stromeingangsplatte, eine zweite Platte dient als Stromausgangsplatte. Die Leistungshalbleiter sind auf einem Bauteilträger angeordnet. Der Bauteilträger ist zwischen Stromeingangs- und Stromausgangsplatte angeordnet. Bei den Leistungshalbleitern kann es sich um stromgesteuerte oder spannungsgesteuerte Halbleiter handeln wie beispielsweise Bipolar-Transistoren, IGBT, FET oder MOSFFET Halbleiter oder dergleichen. Das beschriebene Leistungsbauteil findet unter anderem Verwendung als gesteuerte Widerstandsschweißdiode zur Gleichrichtung des Schweißstromes, wie zuvor beschrieben.
Als Transformatoren werden für das Widerstandsschweißen seit einiger Zeit Mittelfrequenz-Transformatoren (MF-Transformatoren) eingesetzt. Die Frequenz mit der MF-Transformatoren betrieben werden, ermöglicht eine effektive Energieumwandlung und damit das Verwenden eines relativ kleinen und leichten Transformators. Der Markt tendiert aus Gründen immer höherer Anforderungen an die erforderlichen Bauräume zur Entwicklung immer kleinerer und leistungsfähigerer MF-Transformatoren. Der MF-Transformator kann verkleinert werden, indem man die Schaltfrequenz erhöht. Beim Widerstandsschweißen werden MF-Transformatoren mit einer Schaltfrequenz im Bereich von 1000 Hz eingesetzt. Eine solch hohe Schaltfrequenz vergrößert jedoch die Schaltverluste der eingesetzten Halbleiterschaltelemente.
Dies wiederum wirkt sich erschwerend auf die Kühlung der verwendeten Leistungshalbleitermodule für die Gleichrichtung des Schweißstromes aus. Für MF-Schweißtransformatoren wird deshalb ein geschlossener Kühlkreislauf empfohlen. Häufig bildet eine elektronische Leistungsstufe mit Leistungshalbleitern zur Gleichrichtung des Schweißstromes zusammen mit dem MF-Transformator eine bauliche Einheit. MF-Schweißtransformatoren sind in der Regel mit einer Wasserkühlung und einer Temperaturüberwachung versehen, denn zu hohe Temperaturen können sowohl das Wicklungspakets des MF-Transformators als auch die, für die Gleichrichtung des Schweißstromes verwendeten Halbleiterbauteile schädigen und zum Ausfall des MF-Schweißtransformators führen. Man kann dann zwar defekte Halbleiterbauteile erkennen, zum Beispiel den Ausfall defekter Leistungsdioden, ein Austausch des Transformators oder der Leistungsbauteile ist dann jedoch erforderlich und erfordert in einer Produktionsanlage nicht akzeptierbare Ausfallzeiten. Um diesen Ausfallzeiten vorzubeugen, wird versucht eine Überlast des Transformators zu erkennen und zu vermeiden. Das erfolgt meist mit einer Temperaturüberwachung. Die Temperaturüberwachung wird üblicherweise mittels Kaltleitern (positiver Temperaturkoeffizient, PTC) realisiert, welche in die Wicklungen der Primär- und Sekundärseite des Transformators eingebracht werden und somit die Wicklungstemperaturen überwachen. Durch Überlast können nämlich Spontanausfälle des Schweißtransformators auftreten. Deshalb ist es sinnvoll einen Überlastbetrieb zu erkennen.
Aus der Schrift DE 10 2009 041 404 A1 der Anmelderin ist eine Überwachungseinrichtung zum Schutz eines elektrischen Transformators bekannt. Eine Recheneinheit vergleicht während des Betriebs des Transformators erfasste, charakteristische Messdaten mit einer in einem Speicher abgelegten Vergleichsdatenreihe. Unter Berücksichtigung des Vergleichsergebnisses erfolgt eine Signalisierung der Belastung. Dazu werden die Einschaltdauern für die Leistungshalbleiter ermittelt und ihnen ein maximal zulässiger Strom zugeordnet. Die Recheneinheit vergleicht während des Betriebes die jeweils aktuell gemessenen Werte mit abgespeicherten Werten und leitet lastabhängig geeignete Schutzmaßnahmen ein. Mit der Überwachungseinrichtung ist es nun möglich Überlastsituationen des Schweißtransformators zu erkennen und auch zu verhindern. Ein Verschleiß der Halbleiterelement kann ebenfalls berechnet werden, indem die Einschaltdauer mit dem erfassten Schweißstrom bewertet wird. Nachteil dieser Lösung ist, dass der Einfluss der Kühlung nicht in Betracht gezogen wird.
Die Schrift DE 10 2011 119 184 A1 der Anmelderin offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer von Elektronikschaltungen einer Windenergieanlage. Aus dem zeitlichen Verlauf der Temperatur wird die Nennlebensdauer der Elektronikschaltung ermittelt. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die Bondverbindungen eines Halbleiters nur eine gewisse Anzahl von Temperaturschwankungen überstehen. Es wird davon ausgegangen, dass die Elektronikschaltung insgesamt ausfällt, wenn eine Bondverbindung ausfällt. Bei einem Leistungsbauteil in einer flachen Sandwichbauweise gemäß DE 10 2014 227 024 A1 treten Temperarturabfälle im Material wegen der schnellen Wärmeabfuhr jedoch kaum auf. Der Aufbau der Anordnung erfordert aufgrund der stabilen internen Verbindungen auch keine Druckkontaktierungen, so dass ein Ausfall eines Leistungsbauteils hauptsächlich durch die Lebensdauer der Halbleiterschaltelemente und dem Verschleiß des Kontaktmaterials zu den beiden Platten selbst bestimmt wird. Wird nun die oben erwähnte Mikrocontrollerschaltung zur Bestimmung der Restlebensdauer des Schweißtransformators auf einer Platine in einem Schweißtransformator verbaut, so muss diese selbst in die Berechnung des Lebensdauermodells einbezogen werden. Sie kann sogar zur bestimmenden Größe für die Lebensdauer des Schweißtransformators werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine einfache und kostengünstige Überwachungseinrichtung für den Verschleißzustand der Leistungsbauteile eines Schweißtransformators oder ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen, um die Nachteile der vorgestellten Lösungen zu umgehen und wofür keine zusätzliche aufwändige elektronische Schaltung erforderlich ist.
Offenbarung der Erfindung
Leistungshalbleiter haben bekanntermaßen eine begrenzte Lebensdauer. Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die technische Lehre, dass sich der Durchlasswiderstand eines Leistungshalbleiters im Laufe der Zeit erhöht. Aus dem aktuellen Wert des Durchlasswiderstandes bezogen auf einen Anfangswert des Durchlasswiderstandes des Leistungshalbleiters kann nämlich auf seinen aktuellen Verschleißzustand geschlossen werden. Bei Feldeffekttransistoren wird dieser Durchlasswiderstand mit R_DSON bezeichnet. Der Name setzt sich aus dem Kürzel für den Drain/Source Widerstand R_DS und dem englischen Wort „On“, welcher den leitenden Zustand des Feldeffekttransistors kennzeichnet, zusammen. Aus dem aktuellen Wert des Durchlasswiderstandes bezogen auf den Wert des Durchlasswiderstandes zu Beginn der Lebensdauer des Leistungshalbleiters sowie aus dessen zeitlichen Verlauf kann auf den aktuellen Verschleißzustand der Leistungshalbleiter geschlossen werden. Im Normalbetrieb der Transformatoranordnung steigt der Durchlasswiderstand der Leistungshalbleiter im leitenden Zustand über der Zeit nahezu konstant an. Liegt der Durchlasswiderstand über einen vorgebbaren Schwellwert kann man davon ausgehen, dass die Leistungshalbleiter des Leistungsbauteils verschlissen sind. Eine plötzliche Erhöhung des Wertes von R_DSON deutet auf einen kurz bevorstehenden Ausfall eines oder mehrerer parallelgeschalteter Leistungshalbleiter des Leistungsbauteils hin.
Vor diesem Hintergrund wird eine Transformatoreinrichtung zum Widerstandsschweißen mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß wird die Transformatoreinrichtung für das Widerstandsschweißen mit einer Erfassungseinrichtung ausgerüstet. Die Erfassungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, Spannungsmesswerte des Leistungsbauteils und Strommesswerte der Sekundärwicklung und/oder der Primärwicklung des Transformators der Transformatoreinrichtung zu erfassen. Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung erfindungsgemäß vorgesehen, die dazu eingerichtet ist wenigstens eine - einen Verschleiß des Leistungsbauteils kennzeichnende - erste Größe aus einem Spannungsmesswert und aus einem Strommesswert zu ermitteln. Besagter Spannungs- und besagter Strommesswert sind in einer Freilaufphase der Sekundärwicklung des Transformators von der Erfassungseinrichtung erfasst worden.
Die Freilaufphasen der Sekundärwicklung des Transformators sind die Phasen bei denen eine Spannung von 0 Volt durch den Wechselrichter an die Primärwicklung des Transformators angelegt ist. Während dieser sogenannten Freilaufphase sind zudem eines oder beide Leistungsbauteile angesteuert und damit leitend durchgeschaltet. In die Primärwicklung des Transformators wird keine Energie durch den Umrichter eingespeist. Der Stromfluss in der Sekundärwicklung des Transformators teilt sich annähernd gleich auf beide Teilwicklungen der Sekundärwicklung auf und wird aus der Energie des Magnetfeldes der Transformatorwicklungen gespeist. Während der Freilaufphase bleibt der Strom durch die Leistungsbauteile nahezu konstant beziehungsweise sinkt leicht ab. Dies wird nachfolgend an einem Signaldiagramm anhand eines Ausführungsbeispiels, welches sich beim Betrieb der erfindungsgemäßen Transformatoranordnung ergibt, genauer beschrieben.
Aus den gemessenen Spannungs- /und Stromwerten während der Freilaufphase lässt sich einfach und ohne Störung durch überlagerte Wechselstromanteile der Durchlasswiderstand R_DSON der parallelgeschalteten Leistungshalbleiter der Leistungsbauteile ermitteln. Wird Energie durch den Umrichter in die Primärwicklung eingespeist nämlich dann, wenn die positive oder die negative Zwischenkreisspannung an die Primärwicklung des Transformators gelegt ist, dann teilt sich der Strom nicht mehr hälftig auf beide Leistungsbauteile auf. Während der Strom durch ein Leistungsbauteil ansteigt, fällt der Strom durch das andere Leistungsbauteil ab.
Da für die Regelung des Schweißstromes sowie für die Ermittlung des Widerstandes an der Schweißstelle, Strom- und Spannung an der Schweißstelle sowie für die Ansteuerung der Leistungsbauteile der Spannungsabfall über die Leistungsbauteile ohnehin durch die Schweißsteuerung gemessen wird, kann ohne Einsatz zusätzlicher Sensorik der aktuelle Wert des Durchlasswiderstandes R_DSON eines Leistungsbauteils sowie bei Bedarf dessen zeitliche Änderung aus dem Spannungsabfall über das jeweilige Leistungsbauteil und dem hälftigen Schweißstrom berechnet werden und für die Erstellung einer Lebensdauerprognose des Leistungsbauteils vorteilhaft genutzt werden. Zusätzlich zu dem reinen Durchlasswiderstand R_DSON der Leistungshalbleiter weist auch die Lötung der Leistungshalbleiter sowie die Kontaktierung durch das Trägermaterial des Leistungsbauteils einen lebensdauerabhängigen Widerstand auf. Durch Messung des Gesamtspannungsabfalls über das jeweilige Leistungsbauteil wird dieser bei der Ermittlung von Lebensdauereffekten mitberücksichtigt und bei dem Begriff R_DSON im Rahmen dieser Anmeldung miteingeschlossen. $R_{D S O N} = \frac{Δ U_{L e i s t u n g s b a u t e i l}}{\frac{I_{G e s}}{2}}$
Wenn der Wert von R_DSON eine vorgebbare Schwelle überschreitet oder wenn sich der Wert von R_DSON unerwartet schnell erhöht - also wenn die Änderung des Wertes von R_DSON eine vorgebbare Schwelle überschreitet - ist der Zeitpunkt für eine vorbeugende Wartung erreicht. Das Leistungsbauteil wird dann durch ein Neues ersetzt.
Es ist auch denkbar, den Strom der Primärwicklung des Transformators zu messen und den gemessen Stromwert mit dem Übersetzungsverhältnis des Transformators zu gewichten, um so indirekt den Schweißstrom zu ermitteln. Selbstredend kann deshalb besagter Strommesswert auch der Strom der Primärwicklung des Transformators sein. Bei der Berechnung des Wertes R_DSON des Leistungsbauteils ist dann entsprechend das Übersetzungsverhältnis des Transformators zu berücksichtigen.
Wenn der Schweißtransformator nur einen Sekundärzweig und folglich einen Leistungshalbleiter als Gleichrichterelement hat, ist in der Freilaufphase natürlich auch nur der eine Leistungshalbleiter geschaltet.
Die beschriebenen Vorteile der Erfindung werden ebenfalls durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 22 erzielt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Phase des Freilaufs der Sekundärwicklung - welche insbesondere den besagten Zeitpunkt umfasst - lässt sich besonders einfach aus den Ansteuersignalen des Wechselrichters ermitteln und der Erfassungseinrichtung und/oder der Auswerteeinrichtung als Signal zuführen. Der Wechselrichter steuert die Primärwicklung des Transformators mit positiver Zwischenkreisspannung, negativer Zwischenkreisspannung oder mit einer Spannung von 0 Volt pulsweitenmoduliert an.
Alternativ kann eine Schweißsteuerung, die dazu eingerichtet ist, den Schweißvorgang zu steuern, weiterhin dazu eingerichtet sein, besagtes Signal welches eine Zeit der Freilaufphase der Sekundärwicklung - welche insbesondere den besagten Zeitpunkt umfasst - der Erfassungseinrichtung und/oder der Auswerteeinrichtung zuzuführen.
Denkbar ist es weiterhin, dass die Erfassungseinrichtung dazu eingerichtet ist, mit Hilfe der Spannungs- und/oder der Strommesswerte eine Zeit der Freilaufphase zu ermitteln.
Vorteilhaft liegt der besagte Zeitpunkt für die Berechnung des Durchlasswiderstandes R_DSON der Leistungshalbleiter etwa in der Mitte der Freilaufphase. Der Strom in den beiden Teilwicklungen der Sekundärspule entspricht hier dem halben Effektivwert des Schweißstromes.
Wenn die Erfassungseinrichtung dazu eingerichtet ist, Spannungs- und Strommesswerte nur während der Zeit der Freilaufphase zu erfassen und an die Auswerteeinrichtung zu übertragen, dann müssen weniger Daten von der Erfassungseinrichtung an die Auswerteeinrichtung übertragen werden. Insbesondere ist es sogar denkbar, dass die Erfassungseinrichtung nur den Spannungs- und den Strommesswert für die Berechnung des Durchlasswiderstandes R_DSON der Leistungshalbleiter an die Auswerteeinrichtung überträgt.
Denkbar ist jedoch auch, dass die Erfassungseinrichtung die Spannungs- und Strommesswerte kontinuierlich erfasst und an die Auswerteeinrichtung überträgt. Beispielsweise ist es möglich ab Schweißstart alle 50 ms einen Messwert zu erfassen und an die Auswerteeinrichtung zu übertragen.
Wenn die Erfassungseinrichtung die Spannungs- und die Strommesswerte kontinuierlich erfasst, dann kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, die Zeit der Freilaufphase aus den - durch die Erfassungseinrichtung erfassten Spannungs- und Strommesswerten - zu bestimmen.
Wird der Quotient aus besagtem Spannungs- und dem besagten Strommesswert berechnet, kann eine qualitative Aussage über den Verschleiß des Leistungsbauteils getroffen werden. Es kann auch die Hälfte des Strommesswerts zur Berechnung des Quotienten verwendet werden. Insbesondere kann dieser Wert mit einem zeitlich zurückliegenden Wert, insbesondere einem Wert zu Beginn der Lebensdauer des Leistungsbauteils verglichen werden, um eine Verschleißaussage des Leistungsbauteils zu ermitteln.
Von besonderem Vorteil ist es, den Messwert des elektrischen Stromes am Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Transformators zu erfassen. Damit wird der Schweißstrom, der über alle Leistungsbauteile fließt im Gegensatz zu einer Erfassung in der Primärwicklung des Transformators direkt erfasst. Dadurch dass sich während der Dauer der Freilaufphase der Strom jeweils zur Hälfte auf die Leistungsbauteile aufteilt, kann aus dem gemessenen Strom auf den Stromfluss durch ein Leistungsbauteil geschlossen werden.
Wenn weiterhin der Spannungsmesswert der Spannungsabfall über das Leistungsmodul ist, dann ist, weil alle Leistungshalbleiter des Leistungsbauteils parallelgeschaltet sind, um den benötigten Schweißstrom zu steuern, der Durchgangswiderstand R_DSON des Leistungsbauteils einfach durch die Auswerteeinrichtung berechenbar.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Auswerteeinrichtung weiterhin dazu eingerichtet ist, aus der - den Verschleiß der Transformatoreinrichtung kennzeichnenden - ersten Größe, also den Wert von R_DSON, eine Lebensdauerprognose für die Transformatoreinrichtung zu erstellen. Das kann einfach dadurch erfolgen, dass die zeitliche Änderung von R_DSON - also die Steigung über beispielsweise 1000 Schweißungen ermittelt wird - und berechnet wird, wieviel Schweißungen bei gleichbleibender angenommener Steigung noch durchführbar sind, bis der Wert von R_DSON einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.
Wenn die Erfassungseinrichtung weiterhin dazu eingerichtet ist, Temperaturmesswerte eines auf dem Leistungsbauteil angebrachten Temperaturfühlers zu erfassen und an die Auswerteeinrichtung zu übertragen, kann die Auswerteeinrichtung aus den Temperaturmesswerten eine- den Verscheiß des Leistungsbauteils kennzeichnende - zweite Größe berechnen.
Der Temperaturfühler wird bei einem Leistungsbauteil zwischen einer Stromeingangsplatte und einer Stromausgangsplatte und zwischen den Leistungshalbleitern angeordnet. Durch diese Anordnung des Temperaturfühlers, kann die mittlere Temperatur der Leistungshalbleiter und deren Gradient über der Zeit sehr einfach, genau und nah an der Sperrschicht der Leistungshalbleiter - zumindest nah am Halbleitermaterial - erfasst werden. Die so gemessene Temperatur kann sogar näherungsweise mit der Sperrschichttemperatur gleichgesetzt werden, weil bei einem Leistungsbauteil in dieser Bauweise Temperarturabfälle im Material wegen der schnellen Wärmeabfuhr kaum auftreten. Diese somit sperrschichtnahe Temperaturmessung ermöglicht während der Schaltzyklen der Leistungshalbleiter die Erfassung sowohl des Offsetniveaus der Temperatur, als auch die Ermittlung der Änderungen der Sperrschichttemperatur der verwendeten Halbleiter über der Zeit und damit der Höhe des Temperaturhubes.
Von besonderem Vorteil ist es weiterhin aus der - den Verschleiß der Transformatoreinrichtung kennzeichnenden - zweiten Größe eine weitere Lebensdauerprognose für die Transformatoreinrichtung zu erstellen.
Grundlage der weiteren Lebensdauerprognose ist, dass bei bekannter Höhe des Temperaturhubs sowie bekannter Höhe der mittleren Temperatur - bei welcher besagter Temperaturhub erfolgt - auf die Lebensdauer von Leistungshalbleitern geschlossen werden kann. Grundlage dafür ist die Arrhenius-Gleichung, die die quantitative Temperaturabhängigkeit bei physikalischen und chemischen Prozessen näherungsweise beschreibt. Die Bewertung der Lebensdauer eines Leistungshalbleiters kann mit einer Bewertung der Temperaturverläufe bei den durchgeführten Schaltzyklen (Off/On/Off-Zyklen) erfolgen. Bestimmt wird der Verschleiß der Halbleiter somit durch die Anzahl der Sperrschichttemperaturhübe bei vorgegebener Offsettemperatur. Ganz grob bedeutet beispielsweise bei den heutigen Schweißdioden ein Hub von 60 °K etwa eine Lebensdauer von 10 Millionen Schweißungen bei einer mittleren Temperatur von 70 °C. Mit größerer Offsettemperatur erhöht sich der Verschleiß und die Lebensdauer des Leistungshalbleiters verringert sich. Die Halbleiterhersteller geben in ihren Datenblättern Auskunft darüber, inwieweit sich die Lebensdauer in Abhängigkeit von der Höhe der Temperaturhübe und der Höhe der Offsettemperatur verringert. Grundlage für die Berechnung der Prognose der Leistungsbauteile ist somit die Erfassung der Temperatur in der Sperrschicht des Leistungshalbleiters. So ist die Lebensdauer eines Leistungshalbleiters zum einen abhängig von der Höhe des Temperaturhubes der Sperrschichttemperatur, zum anderen von der mittleren Sperrschichttemperatur.
Es ist möglich die erste kennzeichnende Größe und die zweite kennzeichnende Größe zu vergleichen und so die Verschleißaussage oder Lebensdauerprognose präziser zu erhalten. Der Vergleich kann in der Auswerteeinrichtung, in der Schweißsteuerung oder in einer externen Verarbeitungseinheit erfolgen. Die zweite Größe könnte für eine langfristige Prognose eines Wartungszeitpunkts herangezogen werden, während die erste Größe zur Überwachung auf einen kurzfristig notwendigen Wartungsbedarf insbesondere des Leistungsbauteils herangezogen wird.
Wenn weiterhin eine mindestens erste Kommunikationseinrichtung vorhanden ist und diese dazu eingerichtet ist, die von der Erfassungseinrichtung gemessenen Werte an eine Schweißsteuerung und/oder an eine externe Verarbeitungseinrichtung zu übertragen, kann die Erstellung der Lebensdauerprognose in der Schweißsteuerung und/oder in der externen Verarbeitungseinheit erfolgen.
Dies hat den Vorteil, dass die Auswerteeinrichtung zur Berechnung der - den Verschleiß des Leistungsbauteils kennzeichnen - Größen und/oder zur Erstellung der Lebensdauerprognose in der Schweißsteuerung und/oder in der externen Verarbeitungseinrichtung angesiedelt sein kann.
Ist die Auswerteeinrichtung in der Schweißsteuerung und/oder in der externen Verarbeitungseinrichtung angesiedelt, dann ist es vorteilhaft, wenn die erste Kommunikationseinrichtung weiterhin dazu eingerichtet ist, die den Verschleiß der Transformatoreinrichtung kennzeichnende erste und/oder zweite Größe und/oder die erstellte Lebensdauerprognose der Transformatoreinrichtung, von der Schweißsteuerung und/oder von der externen Verarbeitungseinrichtung zu empfangen.
Mit einer Signalisierungseinrichtung der Transformatoreinrichtung kann der erreichte Wartungszeitpunkt und/oder das prognostizierte Lebensdauerende der Transformatoreinrichtung direkt an der Transformatoreinrichtung angezeigt werden.
Wenn der Wartungszeitpunkt erreicht ist, kann die Notwendigkeit eines Austausches des Transformators oder des erfindungsgemäßen Leistungsbauteiles auch über eine weitere Kommunikationseinrichtung an eine übergeordnete Produktionsleiteinrichtung oder eine App an ein mobiles Usergerät, wie ein Smartphone oder ein Tablet gemeldet werden.
Von besonderem Vorteil sind hier insbesondere Kommunikationseinrichtungen die über ein Protokoll wie Bluetooth, LoRa, und/oder ZigBee drahtlos kommunizieren. Während Lora ist ein Kommunikationsstandard für Funkverbindungen großer Reichweite ist, spezifiziert ZigBee ist drahtlose Netzwerke kurzer Reichweite. Denkbar ist jedoch auch eine kabelgebundene Kommunikation über Ethernet oder Sercos. Sercos ist eine normierte digitale Schnittstelle zur Kommunikation zwischen Steuerungen und Feldbusteilnehmern.
Die genannten Verfahren ggf. ausgeführt mit Hilfe der beschriebenen Einrichtungen können vorteilhaft kombiniert werden. Während die Ermittlung des Durchlasswiderstandes R_DSON eine aktuelle Einschätzung des Verschleißzustandes erlaubt, kann die Aggregation von Temperaturhüben der Erstellung einer Lebensdauerprognose dienen. Die Lebensdauerprognose könnte z.B. dann mit der aktuellen Einschätzung angepasst und verfeinert werden, z.B. könnte ein Wartungszeitraum nach hinten verschoben werden, wenn der Durchlasswiderstandes R_DSON einen geringeren Verschleiß des Leistungshalbleiters anzeigt, als es sich aus der Aggregation der Temperaturhübe errechnet.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der beigefügten Figuren näher beschrieben:
Darin zeigen:

1 schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Transformatoreinrichtung und
2 ein Signaldiagramm, welches sich beim Betrieb der erfindungsgemäßen Transformatoreinrichtung ergibt, und
3 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung einer Lebensdauerprognose oder eines Verschleißzustandes der Transformatoreinrichtung bzw. eines Leistungsbauteils der Transformatoreinrichtung.

1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Transformatoreinrichtung 200. Die Transformatoreinrichtung 200 umfasst einen Transformator 210 mit Primärwicklung 220 und Sekundärwicklung 230. Eingangsspannung für die Primärwicklung 220 des Transformators 210 ist eine pulsweitenmodulierte (PWM) Spannung im Bereich zwischen ca. -500 und +500 Volt mit einem Tastgrad zwischen 0 und 100% bei einer Periodendauer im Bereich einer Millisekunde. Abhängig von der verwendeten Schweißsteuerung kann die Eingangsspannung auch bis zu +/- 970 Volt betragen. Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 ist eine Spannung im Leerlauf zwischen -10 und +10V.
Für die Gleichrichtung des elektrischen Starkstromes der Sekundärwicklung 230 werden im Ausführungsbeispiel zwei Leistungsbauteile 100 wie oben beschrieben verwendet, die in dieser Figur lediglich schematisch dargestellt sind. Denkbar ist es auch, mehr als zwei Leistungsbauteile für die Gleichrichtung des Schweißstromes einzusetzen. Die Leistungsbauteile 100 umfassen jeweils vier Leistungshalbleiter 125 sowie jeweils einen Temperaturfühler 170. Es können aber auch Leistungsbauteile mit deutlich mehr Leistungshalbleitern 125 eingesetzt werden, z.B. 20-100 Leistungshalbleiter.
Der Transformator 210 hat ein Übersetzungsverhältnis von ca. 50. Das heißt, er transformiert die Spannung von ca. 500 Volt der Primärwicklung 220 in eine Spannung im Bereich von ca. 10V der Sekundärwicklung 230. Die Sekundärwicklung 230 hat eine Mittelanzapfung 235 die mit einem Pol der Schweißelektroden 290 verbunden ist. Liegt an der Primärwicklung 220 eine positive Spannung an, so liegt an der Sekundärwicklung 230 auch eine positive Spannung an. In dieser Phase schaltet das obere Leistungsbauteil 100 durch, während das untere Leistungsbauteil 100 gesperrt ist und an den Schweißelektroden 290 liegt eine positive Spannung an. Der Schweißstrom fließt von der oberen Anzapfung der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 über das obere Leistungsbauteil 100, über die Schweißelektroden 290 zur Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210. Liegt an der Primärwicklung 220 eine negative Spannung an, so liegt an der Sekundärwicklung 230 ebenfalls eine negative Spannung an. In dieser Phase schaltet das untere Leistungsbauteil 100 durch, während das obere Leistungsbauteil 100 gesperrt ist und an den Schweißelektroden 290 liegt wiederum eine positive Spannung an. Der Schweißstrom fließt von der unteren Anzapfung der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 über das untere Leistungsbauteil 100, über die Schweißelektroden 290 zur Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210. Der zeitliche Verlauf des Schweißstromes 244, des Spannungsabfalls 246 über die Leistungshalbleiter 125 sowie der von den Temperaturfühlern 170 der beiden Leistungsbauteile 100 gemessenen Temperaturen 242 wird durch eine Erfassungseinrichtung 240 erfasst. Auch der Spannungsabfall über das untere Leistungsbauteil 100 und der Messwert des Temperaturfühlers 170 des unteren Leistungsbauteils 100 werden von der Erfassungseinrichtung 240 erfasst.
Besonders vorteilhaft ist es, die Signale aller Sensoren über einen gemeinsamen Bus zur Erfassungseinrichtung 240 zu führen. Denkbar ist hier ein 1-Draht-Bus (1- Wire), ein I²C Bus oder auch ein Feldbus.
Die Erfassungseinrichtung 240 erfasst den zeitlichen Verlauf des Schweißstromes 244 als Strommesssignal 244, den zeitlichen Verlauf des Spannungsabfalls über die Leistungshalbleiter 125 als Spannungsmesssignal 246 sowie den zeitlichen Verlauf der vom Temperaturfühler 170 gemessenen Temperatur der Leistungshalbleiter 125 der Leistungsbauteile 100 als Temperaturmesssignal 242. Der Temperaturfühler 170 ist dafür in unmittelbarer Nähe der Leistungshalbleiter 125 platziert und kann deshalb eine der Sperrschichttemperatur sehr nahekommende Temperatur der Leistungshalbleiters 125 sehr genau messen. Die Erfassungseinrichtung 240 ist Bestandteil der Schweißtransformatoreinrichtung 200, ebenso wie der Transformator 210 und die Leistungsbauteile 100.
Bei einer adaptiven Schweißregelung (ASR) werden die Größen Schweißstrom und Spannung an den Schweißelektroden 290 als Ist-Größen für die adaptive Regelungsbetriebsart erfasst. Diese Ist-Größen entsprechen dann dem Strommesssignal 244 und dem Spannungsmesssignal 246. Der dann ohnehin bereits erfasste Schweißstrom kann vorteilhaft dazu genutzt werden, den Widerstand des Leistungsbauteils 100 R_DSON im durchgeschalteten Zustand in der Auswerteeinrichtung 260 zu berechnen. Optional oder alternativ kann auch eine dezidierte Sensorik zur Ermittlung des Stromflusses durch die jeweiligen Leistungsbauteile 100 vorgesehen sein.
Für Erzeugung der Ansteuersignale für die Leistungsbauteile 100 ist häufig ohnehin vorgesehen, den Spannungsabfall über das Leistungsbauteil 100 zu messen. Optional kann eine dezidierte Sensorik zur Ermittlung des Spannungsabfalls über das Leistungsbauteil 100 vorgesehen sein. Dieses Messsignal wird der Erfassungseinrichtung 240 als Spannungsmesssignal 246 zugeführt.
Besagter Spannungs- sowie besagter Strommesswert zur Berechnung des Durchlasswiderstandes R_DSON werden in einer Freilaufphase der Sekundärwicklung des Transformators 210 von der Erfassungseinrichtung 240 erfasst. Die Freilaufphasen der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 sind Phasen bei denen eine Spannung von 0 Volt durch den Wechselrichter an die Primärwicklung 220 des Transformators 210 angelegt ist. Während dieser sogenannten Freilaufphase ist zudem eines oder sind beide Leistungsbauteile 100 angesteuert und damit leitend durchgeschaltet. In die Primärwicklung 220 des Transformators 210 wird keine Energie durch den Umrichter (nicht dargestellt) eingespeist. Der Stromfluss in der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 teilt sich annähernd gleich auf beide Teilwicklungen der Sekundärwicklung 230 auf und wird aus der Energie des Magnetfeldes des Sekundärkreises gespeist. Unter Sekundärkreis werden zum einen die Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 als auch die Induktivität der Schweißzangen, der Zuleitungen zu den Schweißzangen sowie der Schweißelektroden 290 verstanden. Während der Freilaufphase bleibt der Strom durch die Leistungsbauteile 100 nahezu konstant beziehungsweise sinkt nur leicht ab. Aus den gemessenen Spannungs- /und Stromwerten während der Freilaufphase lässt sich einfach und ohne Störung durch überlagerte Wechselstromanteile der Durchlasswiderstand R_DSON der parallelgeschalteten Leistungshalbleiter 125 der Leistungsbauteile 100 ermitteln.
Wird Energie durch den Umrichter (nicht dargestellt) in die Primärwicklung 220 des Transformators 210 eingespeist nämlich dann, wenn die positive oder die negative Zwischenkreisspannung an die Primärwicklung 220 des Transformators 210 gelegt ist, dann teilt sich der Strom nicht mehr hälftig auf beide Leistungsbauteile 100 auf. Während der Strom durch ein Leistungsbauteil ansteigt, fällt der Strom durch das andere Leistungsbauteil ab. Die Freilaufphasen der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 lassen sich somit einfach aus den Ansteuersignalen des Umrichters ableiten.
Die Leistungsbauteile 100 umfassen weiterhin jeweils einen Temperaturfühler 170. Es können auch mehrere Temperaturfühler 170 auf einem Leistungsbauteil 100 vorgesehen sein, wie bereits oben erläutert Der zeitliche Verlauf der sperrschichtnahen Temperatur der beiden Leistungsbauteile 100 wird der Erfassungseinrichtung 240 als Temperaturmesssignal 242 zugeführt und durch die Erfassungseinrichtung 240 erfasst.
Weiterhin umfasst die Transformatoreinrichtung 200 eine Auswerteeinrichtung 260. Der Auswerteeinrichtung 260 werden die mit der Erfassungseinrichtung 240 erfassten Messsignale 242, 244, 246 zugeführt. In der Auswerteinrichtung 260 erfolgt die Berechnung des Wartungszeitpunktes und/oder des prognostizierten Lebensdauerendes der Transformatoreinrichtung 200 auf Basis des mit der Erfassungseinrichtung 240 gemessenen zeitlichen Verlaufs der genannten einzelnen oder kombinierten Messsignale 242, 244, 246 der Sensoren.
Aus dem Strommesssignal 244 und dem Spannungsmesssignal 246 wird dazu der Durchlasswiderstand des Leistungsbauteils 100 berechnet. $R_{D S O N} = \frac{Δ U_{L e i s t u n g s b a u t e i l}}{\frac{I_{G e s}}{2}}$
Aus dem zeitlichen Änderungsverlauf dieses Durchlasswiderstandes R_DSON des Leistungsbauteils 100 lässt sich ein erster Parameter für die Bestimmung des Wartungszeitpunktes des Leistungsbauteils 100 und somit der Transformatoranordnung 200 bestimmen. Aus dem aktuellen Wert des Durchlasswiderstandes R_DSON bezogen auf den Wert des Durchlasswiderstandes R_DSON zu Beginn der Lebensdauer des Leistungshalbleiters 125 sowie aus dessen zeitlichen Verlauf kann auf den aktuellen Verschleißzustand der Leistungshalbleiter 125 geschlossen werden. So deutet eine plötzliche Erhöhung des Wertes von R_DSON auf einen kurz bevorstehenden Ausfall des Leistungshalbleiters 125 hin. Wenn der Wert von R_DSON eine vorgebbare Schwelle überschreitet oder wenn sich der Wert von R_DSON unerwartet schnell erhöht - also wenn die Änderung des Wertes von R_DSON eine vorgebbare Schwelle überschreitet - ist der Zeitpunkt für eine vorbeugende Wartung erreicht. Das Leistungsbauteil wird dann durch ein Neues ersetzt.
Die Grundlage für einen zweiten Kennwert für den Verschleiß des Leistungsbauteils stellt die Anzahl der Sperrschichttemperaturhübe mit den Randbedingungen Offsettemperaturniveau und Temperaturgradient dϑ/dt dar. Dafür werden zum einen Temperaturgrenzwerte während des laufenden Betriebes überwacht, zum anderen werden transiente Temperaturschwankungen analysiert und bewertet.
Auf diese Weise lassen sich weitere Erkenntnisse über die Betriebsbelastung der Leistungshalbleiter 125 sowie Alterungsindikatoren ableiten. Basis dafür ist die Arrhenius-Gleichung, die die quantitative Temperaturabhängigkeit bei physikalischen und chemischen Prozessen näherungsweise beschreibt. So ist die Lebensdauerfunktion eines Leistungshalbleiters zum einen abhängig von der Höhe des Temperaturhubes der Sperrschichttemperatur, zum anderen von der mittleren Sperrschichttemperatur. Beispielsweise sinkt die Zahl der möglichen Lastwechsel für Temperaturhübe > 30 K in der Sperrschicht um eine Zehnerpotenz je 20...30 K Zunahme der mittleren Sperrschichttemperatur. Es ist also äußerst wichtig, dass die mittlere Sperrschichttemperatur eine maximal zulässige Schwelle nicht überschreitet, da ansonsten die Temperaturhübe, bedingt durch die Verlustleistung beim Schweißvorgang die Lebensdauer der Leistungshalbleiter überproportional beeinflussen.
In der Auswerteeinrichtung 260 erfolgt die Berechnung der noch möglichen Lastwechsel aufgrund der Höhe der Temperaturwechsel unter Berücksichtigung des mittleren Temperaturniveaus bei dem die Temperaturwechsel erfolgen.
Über eine Kommunikationseinrichtung 250 können die erfassten Messsignale 242, 244, 246 auch an eine Schweißsteuerung 300 oder an eine externe Verarbeitungseinheit 400 übertragen werden. Das hat den Vorteil, dass die Berechnung des Wartungszeitpunktes und/oder des prognostizierten Lebensdauerendes der Transformatoreinrichtung 200 in der Schweißsteuerung 300 oder in der externen Verarbeitungseinrichtung 400 durchgeführt werden kann.
Sind mehrere Temperaturfühler 170 auf dem Leistungsbauteil angeordnet, dann kann die Auswerteeinrichtung 260 eine genauere bzw. eine ortsaufgelöste Temperatur der Leistungshalbleiter 125 als Grundlage für die Berechnung der Restlebensdauer der Leistungsmodule 100 auswerten.
Handelt es sich bei der externen Verarbeitungseinrichtung 400 beispielsweise um einen Server des Herstellers der Transformatoreinrichtung 200, der als internetbasierte Cloudanbindung zur Verfügung gestellt wird, können die Daten einer Vielzahl von Transformatoreinrichtungen 200 gesammelt, aufbereitet und verarbeitet werden. Insbesondere ist es möglich durch maschinelles Lernen, genauere Ausfallvorhersagen für Transformatoreinrichtungen 200 beispielsweise gestaffelt nach Leistungsklassen oder Typen zu treffen. Die Algorithmen für das maschinelle Lernen können unabhängig von der Transformatoreinrichtung 200 in der Cloud angepasst, verbessert und optimiert werden. Es ist damit zum Beispiel möglich in Abhängigkeit von Herstellungsdaten, eingesetzten Leistungsbauteilen 100, eingesetzten Leistungshalbleitern 125 usw. Prognosen für das Lebensdauerende der Schweißtransformatoreinrichtung 200 zu treffen.
Denkbar ist es auch Fehler in einer Produktionscharge der Transformatoreinrichtung zu erkennen. Denkbar und möglich sind weitere cloudbasierte Anwendungen. Möglich sind zum Beispiel neue Geschäftsmodelle. Durch die Verlagerung der Auswerteeinrichtung 260 und die Übertragung der Daten der Erfassungseinrichtung 240 in die Cloud ist es beispielsweise möglich, eine Nutzungsgebühr für die Schweißtransformatoreinrichtung 200 auf Basis eines nutzungsabhängigen Entgelts, wie zum beispielsweise der Anzahl der durchgeführten Schweißungen, zu erheben. Auch ist es möglich durch die Verlagerung der Auswerteeinrichtung 260 in eine Cloud des Herstellers, eine belastungsabhängige Nutzungsgebühr zu berechnen. Mit belastungsabhängiger Nutzungsgebühr ist hier insbesondere eine von der Höhe des Temperaturhubes abhängige Berechnung der Nutzungsgebühr gemeint.
Ausgang der Auswerteeinrichtung 260 ist ein Signal, dass anzeigt, dass die Anzahl der noch möglichen Lastwechsel eine Schwelle unterschritten und damit ein Wartungszeitpunkt des Leistungsbauteils 100 und/oder der Transformatoreinrichtung 200 ansteht. Dieses Signal wird einer Signalisierungseinrichtung 270 zugeführt. Die Signalisierungseinrichtung 270 ist in der Transformatoreinrichtung 200 angeordnet und dient dazu direkt an der Schweißtransformatoreinrichtung 200 den erreichten Wartungszeitpunkt zu signalisieren.
Die Signalisierungseinrichtung 270 kann als Display, Leuchtdiode etc. ausgeführt sein. Ist die Signalisierungseinrichtung 270 beispielsweise als Display ausgeführt, kann die berechnete, verbleibende Anzahl an Lasthüben darauf angezeigt werden. Dafür wird die verbleibende Anzahl an Lasthüben beispielsweise von der externen Verarbeitungseinrichtung 400 über die erste Kommunikationseinrichtung 250 an die Signalisierungseinrichtung 270 übertragen und auf dem Display der Signalisierungseinrichtung 270 angezeigt. Dies wird durch die Pfeile in 2 gezeigt. Weiterhin kann signalisiert werden, dass die Temperatur des Leistungsmoduls zu hoch ist, was auf ein Problem im Kühlsystem hinweisen kann und auf einen erhöhten Verschleiß hinweist. Die Signalisierungseinrichtung 270 kann auch in der Schweißsteuerung 300 oder in der externen Verarbeitungseinrichtung 400 ausgeführt sein.
Schweißtransformatoreinrichtungen 200 werden häufig an Schweißrobotern (hier nicht dargestellt) montiert. Ist die Signalisierungseinrichtung 270 aus diesem oder anderen Gründen nicht leicht einsehbar, so überträgt eine zweite drahtlose Kommunikationseinrichtung 290 zusätzlich oder alternativ das Wartungssignal über ein drahtloses Protokoll wie Bluetooth, LoRa und/oder ZigBee oder über ein drahtgebundenes Protokoll wie Ethernet oder Sercos an ein Fertigungsmanagementsystem des Betreibers der Schweißanlage oder an ein mobiles Gerät eines Mitarbeiters des Betreibers der Transformatoreinrichtung 200 um einen Wartungszustand bzw. eine Wartungsanforderung der Transformatoreinrichtung 200 oder ein Problem des Kühlsystems der Transformatoreinrichtung 200 zu signalisieren. Die Überwachung des Kühlsystems, insbesondere eines grundsätzlich vorhandenen Wasserflusses bei einer Wasserkühlung, lässt sich einfach und vorteilhaft auf Basis der erfassten Sensordaten Schweißstrom 244 und Temperatur 242, insbesondere des Verhältnisses der Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur zur Zeitdauer des Stromflusses realisieren. Bei zu hohem Temperaturanstieg, bezogen auf die Dauer des Schweißstromes (Energiebilanz) kann die Signalisierungseinrichtung 270 die fehlende Kühlung melden. Der Betreiber der Anlage oder der Mitarbeiter des Betreibers kann die entsprechenden Schritte für eine Wartung der Transformatoreinrichtung 200 aktivieren. Somit ist es einfach möglich, einem Ausfall der Transformatoreinrichtung 200 und dadurch bedingten Ausfallzeiten der gesamten Anlage des Betreibers zuvorzukommen.
2 zeigt ein Signaldiagramm welches sich beim Betrieb der erfindungsgemäßen Transformatoranordnung 200 ergibt. Dargestellt sind die Primärspannung U_Prim an der Primärwicklung 220 des Transformators 210, die Ansteuersignale G₁, G₂ für die beiden Leistungsbauteile 100, die Ströme I₁, I₂ der beiden Leistungsbauteile 100 und der Gesamtstrom I_Ges an der Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 über der Zeit. Die Primärwicklung 220 des Transformators 210 wird durch einen Wechselrichter mit der Primärspannung U_Prim beaufschlagt.
Zum Zeitpunkt T₁ beginnt ein Schweißvorgang mit einem vorgegebenen Schweißstrom I_Schweiß. An die Primärwicklung 220 des Transformators wird zum Zeitpunkt T₁ die positive Zwischenkreisspannung als Primärspannung U_Prim gelegt. In der Sekundärwicklung wird zum Zeitpunkt T₁ entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Transformators ebenfalls eine positive Spannung U_Sek induziert. Zum Zeitpunkt T₁ wird das erste Leistungsbauteil 100 mit der Ansteuerspannung G₁ angesteuert. Das erste Leistungsbauteil 100 wird leitend und es bildet sich der linear ansteigende Strom I₁ durch das erste Leistungsbauteil 100. Das zweite Leistungsbauteil 100 ist nicht angesteuert. Durch das zweite Leistungsbauteil fließt deshalb kein Strom I₂. Der Gesamtstrom I_Ges an der Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 ist gleich dem linear ansteigenden Strom I₁ durch das erste Leistungsbauteil 100.
Zum Zeitpunkt T₂ wird durch den Wechselrichter die negative Zwischenkreisspannung als Primärspannung U_Prim an die Primärwicklung des Transformators angelegt. Dieser Vorgang wird als Kommutierung bezeichnet. In der Sekundärwicklung wird zum Zeitpunkt T₂ entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Transformators ebenfalls eine negative Spannung U_Sek induziert. Gleichzeitig wird das zweite Leistungsbauteils 100 mit der Ansteuerspannung G₂ angesteuert. Das zweite Leistungsbauteil 100 wird leitend und es fließt der linear ansteigende Strom I₂ durch das zweite Leistungsbauteil 100. Das erste Leistungsbauteil 100 bleibt weiter angesteuert und leitend. Durch das erste Leistungsbauteil 100 fließt ein, durch die Energie des magnetischen Feldes der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 getriebener, linear fallender Strom I₁. Der Gesamtstrom I_Ges an der Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 ergibt sich als Überlagerung von I₁ und I₂ verläuft weiter steigend.
Zum Zeitpunkt T₃ hat der ansteigende der Gesamtstrom I_Ges den gewünschten Schweißstrom I_Schweiß erreicht und bereits überschritten. Damit der Gesamtstrom I_Ges nicht weiter ansteigt, erfolgt keine weitere Kommutierung durch den Wechselrichter, sondern eine Spannung U_Prim von 0 Volt wird an die Primärwicklung 220 des Transformators 210 gelegt. Beide Leistungsbauteile 100 bleiben angesteuert und leitend. Der Stromfluss I₁, I₂ durch die Leistungsbauteile teilt sich je zur Hälfte auf. Der Gesamtstrom I_Ges an der Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 fällt ab. Der Stromfluss wird durch die Energie des magnetischen Feldes der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 getrieben. Diese Phase wird als Freilaufphase bezeichnet.
Zum Zeitpunkt T₄ ist der abfallende Gesamtstrom I_Ges unter eine vorgegebene Schwelle gesunken. Es wird daraufhin wieder die negative Zwischenkreisspannung durch den Wechselrichter an die Primärwicklung 220 des Transformators 210. Beide Leistungsbauteile 100 bleiben angesteuert. Der Stromverlauf I₁ ist weiter linear fallend, der Stromverlauf I₂ ist linear steigend. Es wird wieder Energie in den Transformator 210 eingespeist. Der Gesamtstrom I_Ges an der Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 steigt deshalb wieder an.
Zum Zeitpunkt T₅ erreicht der fallende Strom I₁ im ersten Leistungsbauteil 100 seinen Nulldurchgang. Um zu verhindern, dass I₁ negativ wird, was einen Kurzschluss der Sekundärwicklung bedeuten würde, wird die Ansteuerspannung G₁ weggenommen und das erste Leistungsbauteil 100 sperrt. Der gesamte Stromfluss I_Ges wird nun durch das zweite Leistungsmodul 100, das weiter angesteuert bleibt, übernommen. Der Strom I₂ sowie der Gesamtstrom I_Ges steigen weiter an. Der Gesamtstrom I_Ges ist noch kleiner als der vorgegebene Schweißstrom I_Schweiß.
Zum Zeitpunkt T₆ erfolgt deshalb wieder eine Kommutierung durch den Wechselrichter. An die Primärwicklung 220 des Transformators wird zum Zeitpunkt T₆ wieder die positive Zwischenkreisspannung als Primärspannung U_Prim gelegt. Die Spannung U_Sek wechselt das Vorzeichen und wird wieder positiv. Im Unterschied zu T₁ fließt zum Zeitpunkt T₆ jedoch bereits ein Strom I₂ durch das zweite Leistungsbauteil 100. Zum Zeitpunkt T₆ wird, wie zum Zeitpunkt T₁, das erste Leistungsbauteil 100 mit der Ansteuerspannung G₁ angesteuert. Das erste Leistungsbauteil 100 wird leitend und es bildet sich wieder der linear ansteigende Strom I₁ durch das erste Leistungsbauteil 100. Durch das zweite Leistungsbauteil 100 ist der Stromverlauf I₂ linear fallend. Der Stromfluss I₂ wird durch die Energie des magnetischen Feldes des Sekundärkreises getrieben. Der Gesamtstrom I_Ges an der Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 steigt weiter an bis wieder der vorgegebene Schweißstrom I_Schweiß überschritten wird.
Dies ist zum Zeitpunkt T₇ der Fall und darum beginnt wiederum eine Freilaufphase während der 0 Volt durch den Wechselrichter an dir Primärwicklung 220 des Transformators 210 gelegt ist. Beide Leistungsbauteile 100 bleiben angesteuert und sind leitend. Es bilden sich gleiche Verhältnisse wie zum Zeitpunkt T3 mit leicht fallendem und sich auf beide Leistungsbauteile 100 aufteilenden Gesamtstrom I_Ges.
Zum Zeitpunkt T8 ist der abfallende Gesamtstrom I_Ges wieder unter den vorgegebenen Schweißstrom I_Schweiß gesunken. Es wird deshalb die positive Zwischenkreisspannung an die Primärwicklung des Transformators angelegt. Beide Leistungsbauteils 100 bleiben angesteuert. Der Stromverlauf I₁ ist linear steigend, der Stromverlauf I₂ ist weiter linear fallend. Der Gesamtstrom I_Ges an der Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 steigt wieder an.
Zum Zeitpunkt T9 erreicht der Strom I₂ im zweiten Leistungsbauteil 100 seinen Nulldurchgang. Die Ansteuerspannung G2 wird weggenommen und das zweite Leistungsbauteil 100 sperrt. Der gesamte Stromfluss I_Ges wird nun durch das erste Leistungsmodul 100, das weiter angesteuert bleibt, übernommen. Der Gesamtstrom I_Ges ist noch kleiner als der vorgegebene Schweißstrom I_Schweiß.
Zum Zeitpunkt T10 erfolgt deshalb wieder eine Kommutierung. Die Spannung U_Prim wechselt das Vorzeichen und wird wieder negativ. Das zweite Leistungsbauteil 100 wird mit der Ansteuerspannung G₂ angesteuert. Das zweite Leistungsbauteil 100 wird leitend und es bildet sich wieder der linear steigende Strom I₂ durch das zweite Leistungsbauteil. Durch das erste Leistungsbauteil 100 ist der Stromverlauf I₁ linear fallend. Der Gesamtstrom I_Ges an der Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 steigt weiter an.
Zum Zeitpunkt T11 hat der Gesamtstrom I_Ges den vorgegebenen Schweißstrom I_Schweiß wieder überschritten, deshalb beginnt die nächste Freilaufphase mit leicht fallendem Gesamtstromverlauf Iges. Beide Leistungsbauteile 100 bleiben angesteuert und sind leitend.
Aus dem Signaldiagramm ist zum einen ersichtlich, dass zu Freilaufphasen T3 bis T4, T7 bis T8 bzw. ab T11 der Stromverlauf I_Ges an der Mittelanzapfung 235 der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 leicht fallend verläuft. Außerhalb der Freilaufphasen steigt bzw. fällt der Strom I_Ges mit einem höheren Anstieg als während der Freilaufphasen. Dadurch bildet sich ein Wechselstrom, der dem Gleichstrom überlagert ist. Freilaufphasen schließen sich, wie oben beschrieben, jeweils unmittelbar an eine oder mehrere Phasen der Kommutierung an, immer dann, wenn Gesamtstrom I_Ges den vorgegebenen Schweißstrom I_Schweiß überschritten hat. Da während der Freilaufphase ein leicht fallender Strom fließt, der sich auf beide Leistungsbauteile 100 aufteilt, sind Strommessungen während dieser Freilaufphasen für die Berechnung des Durchlasswiderstandes R_DSON der Leistungsbauteile 100 besonders geeignet. Dabei ergibt sich der Wert des Durchlasswiderstandes R_DSON der Leistungshalbleiter aus dem gemessenen Spannungsabfall über das jeweilige Leistungsbauteil ΔU_{Leistungsbauteil} dividiert durch die Hälfte des gemessenen Gesamtstromes I_Ges. $R_{D S O N} = \frac{Δ U_{L e i s t u n g s b a u t e i l}}{\frac{I_{G e s}}{2}}$
Da in modernen Schweißsystemen für die Regelung des Schweißstromes sowie für die Ermittlung des Widerstandes an der Schweißstelle, Strom- und Spannung an der Schweißstelle sowie für die Ansteuerung der Leistungsbauteile der Spannungsabfall über die Leistungsbauteile ohnehin durch die Schweißsteuerung gemessen wird, kann ohne Einsatz zusätzlicher Sensorik der aktuelle Wert des Durchlasswiderstandes R_DSON eines Leistungsbauteils sowie dessen zeitliche Änderung aus dem Spannungsabfall über das jeweilige Leistungsbauteil und dem hälftigen Schweißstrom berechnet werden und für die Ermittlung eines Verschleißzustandes oder für die Erstellung einer Lebensdauerprognose des Leistungsbauteils vorteilhaft genutzt werden.
Während die Ermittlung des Durchlasswiderstandes R_DSON eine aktuelle Einschätzung des Verschleißzustandes erlaubt, kann die Aggregation von Temperaturhüben der Erstellung einer Lebensdauerprognose dienen. Die Lebensdauerprognose könnte z.B. dann mit der aktuellen Einschätzung angepasst und verfeinert werden, z.B. könnte ein Wartungszeitraum nach hinten verschoben werden, wenn der Durchlasswiderstandes R_DSON einen geringeren Verschleiß des Leistungshalbleiters anzeigt, als es sich aus der Aggregation der Temperaturhübe errechnet.
Die Verfahren können, wie nachfolgend anhand von 3 beschrieben, vorteilhaft kombiniert werden.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung einer Lebensdauerprognose oder eines Verschleißzustandes der Transformatoreinrichtung bzw. eines Leistungsbauteils der Transformatoreinrichtung.
Im Schritt s100 erfolgt die Ermittlung der Freilaufphase der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 der Transformatoreinrichtung 200. Die Freilaufphasen der Sekundärwicklung 230 des Transformators 210 sind die Phasen bei denen eine Spannung von 0 Volt durch den Wechselrichter an die Primärwicklung 220 des Transformators 210 angelegt ist. Die Phase des Freilaufs der Sekundärwicklung 230 lässt sich besonders einfach aus den Ansteuersignalen des Wechselrichters ermitteln und der Erfassungseinrichtung 240 und/oder der Auswerteeinrichtung 260 als Signal zuführen. Alternativ kann die Schweißsteuerung 300, die den Schweißvorgang steuert, die Freilaufphase der Erfassungseinrichtung 240 und/oder der Auswerteeinrichtung signalisieren. Denkbar ist es auch, dass die Erfassungseinrichtung 240 dazu eingerichtet ist, mit Hilfe des Spannungsmesssignals 246 und/oder des Strommesssignals 244 die Zeit der Freilaufphase zu ermitteln.
Im folgenden Schritt s200 wird zu einem Zeitpunkt, während der im Schritt s100 ermittelten Freilaufphase des Transformators 210, ein erfasster Spannungsmesswert 246 des Leistungsbauteils 100 ermittelt.
Im folgenden Schritt s300 wird zu einem Zeitpunkt, während der im Schritt s100 ermittelten Freilaufphase, ein erfasster Strommesswertes 242 einer Sekundärwicklung 230 und/oder einer Primärwicklung 220 des Transformators 210 ermittelt.
Vorteilhaft liegt der Zeitpunkt zur Ermittlung des Spannungsmesswertes und des Strommesswertes, wie bereits beschrieben, etwa in der Mitte der Freilaufphase.
Im anschließenden Schritt s400 erfolgt die Auswertung des, während der Freilaufphase erfassten, Spannungsmesswertes 246 und des, während der Freilaufphase erfassten, Strommesswertes 242, um die - einen Verschleiß des Leistungsbauteils 100 der Transformatoreinrichtung 200 zum Widerstandsscheißen kennzeichnende - erste Größe zu ermitteln. Dafür wird der Quotient aus besagtem Spannungsmesswert 246 und besagtem Strommesswert 244 berechnet. Dadurch kann, wie zuvor beschrieben, eine qualitative Aussage über den Verschleiß des Leistungsbauteils getroffen werden.
Gleichzeitig oder parallel zu den Schritten s100 bis s400 erfolgen im Schritt s150 die Ermittlung des während des Schweißbetriebes erfassten Temperaturmesswertes 242 des Leistungsbauteils 100 und im darauffolgenden Schritt s450 die Auswertung des während des Schweißbetriebes erfassten Temperaturmesswertes 242, um die - den Verschleiß des Leistungsbauteils 100 der Transformatoreinrichtung 200 zum Widerstandsschweißen kennzeichnende - zweite Größe zu ermitteln.
Im folgenden Schritt s500 erfolgt die Auswertung der ermittelten ersten und/oder der ermittelten zweiten Größe und die Erstellung einer Lebensdauerprognose für die Transformatoreinrichtung 200 auf Grundlage von besagter erster und/oder besagter zweiter Größe.
Die zweite Größe könnte für eine langfristige Prognose eines Wartungszeitpunkts der Transformatoreinrichtung 200 herangezogen werden, während die erste Größe zur Überwachung auf einen kurzfristig notwendigen Wartungsbedarf insbesondere des Leistungsbauteils 100 herangezogen wird.
Mit der Signalisierungseinrichtung 280 der Transformatoreinrichtung 200 wird der erreichte Wartungszeitpunkt und/oder das prognostizierte Lebensdauerende der Transformatoreinrichtung 200 direkt an der Transformatoreinrichtung angezeigt.
Offenbart wird eine Transformatoreinrichtung mit einem Transformator (210) zum Widerstandschweißen welche eine Primärwicklung (220) und eine Sekundärwicklung (230), mit einem Gleichrichter mit mindestens einem Leistungsbauteil (100) und mit einer Erfassungseinrichtung (240) umfasst. Die Erfassungseinrichtung ist dazu eingerichtet, Spannungsmesswerte (246) an den Leistungshalbleitern (125) des Leistungsbauteils und Strommesswerte (244) der Sekundärwicklung (230) und/oder der Primärwicklung (220) des Transformators (210) zu erfassen. Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung (260) vorhanden, die dazu eingerichtet ist, einen - den Verschleiß des Leistungsbauteils (100) kennzeichnende - erste Größe aus einem Spannungsmesswert und aus einem Strommesswert zu ermitteln, welche zu einem Zeitpunkt in einer Freilaufphase der Sekundärwicklung (230) des Transformators (210) von der Erfassungseinrichtung (240) erfasst worden sind und ein zugehöriges Verfahren.
Bezugszeichenliste

100: Leistungsbauteil
125: Leistungshalbleiter
170: Temperaturfühler
200: Transformatoreinrichtung
210: Transformator
220: Primärwicklung
230: Sekundärwicklung
235: Mittelanzapfung
240: Erfassungseinrichtung
242: Temperaturmesssignal
244: Strommesssignal
246: Spannungsmesssignal
250: erste Kommunikationseinrichtung
260: Auswerteeinrichtung
270: Signalisierungseinrichtung
280: zweite Kommunikationseinrichtung
290: Schweißelektroden
300: Schweißsteuerung
400: externe Verarbeitungseinheit

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

DE 102014227024 A1 [0004, 0008]
DE 102009041404 A1 [0007]
DE 102011119184 A1 [0008]

Claims

Transformatoreinrichtung mit einem Transformator (210) zum Widerstandschweißen umfassend eine Primärwicklung (220) und eine Sekundärwicklung (230), mit einem Gleichrichter mit mindestens einem Leistungsbauteil (100) und mit einer Erfassungseinrichtung (240), die dazu eingerichtet ist, Spannungsmesswerte (246) des Leistungsbauteils (100) und Strommesswerte (242) der Sekundärwicklung (230) und/oder der Primärwicklung (220) des Transformators (210) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung (260) vorhanden ist, die dazu eingerichtet ist, wenigstens eine - einen Verschleiß des Leistungsbauteils (100) kennzeichnende - erste Größe aus einem Spannungs- und aus einem Strommesswert, welche zu einem Zeitpunkt in einer Freilaufphase der Sekundärwicklung (230) des Transformators (210) von der Erfassungseinrichtung (240) erfasst worden sind, zu ermitteln.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselrichter, der dazu eingerichtet ist, die Primärwicklung (220) des Transformators (210) anzusteuern, weiter dazu eingerichtet ist, der Erfassungseinrichtung (240) und/oder der Auswerteeinrichtung (260) ein Signal zuzuführen, welches eine Zeit der Freilaufphase - welche insbesondere den besagten Zeitpunkt umfasst - signalisiert.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schweißsteuerung (300), die dazu eingerichtet ist, einen Schweißvorgang zu steuern, weiter dazu eingerichtet ist, der Erfassungseinrichtung (240) und/oder der Auswerteeinrichtung (260) ein Signal zuzuführen, welches eine Zeit der Freilaufphase - welche insbesondere den besagten Zeitpunkt umfasst - signalisiert.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (240) dazu eingerichtet ist, mit Hilfe der Spannungsmesswerte (246) und/oder der Strommesswerte (244) eine Zeit der Freilaufphase zu ermitteln.
Transformatoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (240) dazu eingerichtet ist, nur Spannungsmesswerte (246) und Strommesswerte (244) während der Zeit der Freilaufphase zu erfassen und an die Auswerteeinrichtung (260) zu übertragen.
Transformatoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (240) dazu eingerichtet ist, die Spannungsmesswerte (244) und die Strommesswerte (246) kontinuierlich zu erfassen und an die Auswerteeinrichtung (260) zu übertragen.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (260) dazu eingerichtet ist, die Zeit der Freilaufphase aus den - durch die Erfassungseinrichtung (240) erfassten - Spannungs- und Strommesswerten (242, 244) zu bestimmen.
Transformatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Auswerteeinrichtung (260) berechnete - den Verschleiß des Leistungsbauteils (100) kennzeichnende - erste Größe, auf einem Quotienten aus dem besagten Spannungsmesswert (242) und dem besagten Strommesswert (244) beruht.
Transformatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strommesswert (244) ein am Mittelabgriff (235) der Sekundärwicklung (230) des Transformators (210) erfasster Messwert des elektrischen Stroms ist.
Transformatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsmesswert (246) ein Spannungsabfall über das Leistungsbauteil (100) ist, insbesondere ein Spannungsabfall über parallelgeschaltete Leistungshalbleiter (125) des Leistungsbauteils (100).
Transformatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (240) weiterhin dazu eingerichtet ist, aus der - den Verschleiß der Transformatoreinrichtung (200) kennzeichnenden - ersten Größe, eine Lebensdauerprognose für die Transformatoreinrichtung (200) zu erstellen.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lebensdauerprognose für die Transformatoreinrichtung (200) aus dem Zeitverlauf, insbesondere aus der Steigung, der - den Verschleiß der Transformatoreinrichtung (200) kennzeichnenden - ersten Größe erstellt wird.
Transformatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (240) weiterhin dazu eingerichtet ist, Temperaturmesswerte (242) eines auf dem Leistungsbauteil (100) angebrachten Temperaturfühlers (170) zu erfassen und an die Auswerteeinrichtung (260) zu übertragen.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (260) weiterhin dazu eingerichtet ist aus dem zeitlichen Verlauf der von Erfassungseinrichtung (240) erfassten Temperaturmesswerte (242) eine - den Verschleiß der Transformatoreinrichtung (200) kennzeichnende - zweite Größe, zu berechnen.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (260) weiterhin dazu eingerichtet ist aus der - den Verschleiß der Transformatoreinrichtung (200) kennzeichnenden - zweiten Größe, eine Lebensdauerprognose für die Transformatoreinrichtung (200) zu erstellen.
Transformatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kommunikationseinrichtung (250) vorhanden ist, die dazu eingerichtet, die von der Erfassungseinrichtung (240) gemessenen Werte an eine Schweißsteuerung (300) und/oder an eine externe Verarbeitungseinrichtung (400) zu übertragen.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (260) in der Schweißsteuerung (300) und/oder in der externen Verarbeitungseinrichtung (400) angesiedelt ist.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationseinrichtung (250) dazu eingerichtet ist, die - den Verschleiß der Transformatoreinrichtung (200) kennzeichnende - erste und/oder zweite Größe und/oder die erstellte Lebensdauerprognose der Transformatoreinrichtung (200), von der Schweißsteuerung (300) und/oder von der externen Verarbeitungseinrichtung (400) zu empfangen.
Transformatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalisierungseinrichtung (270) vorhanden ist, die dazu eingerichtet ist, einen erreichten Wartungszeitpunkt aufgrund der - den Verschleiß der Transformatoreinrichtung (200) kennzeichnenden - ersten und/oder zweiten Größe und/oder der erstellten Lebensdauerprognose der Transformatoreinrichtung (200) anzuzeigen.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kommunikationseinrichtung (290) vorhanden ist, die dazu eingerichtet ist, den erreichten Wartungszeitpunkt der Transformatoreinrichtung (200) zu kommunizieren.
Transformatoreinrichtung nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zweite Kommunikationseinrichtung (290) dazu eingerichtet, den erreichten Wartungszeitpunkt der Transformatoreinrichtung (200) über ein Protokoll wie Bluetooth, LoRa und/oder ZigBee drahtlos zu kommunizieren.
Verfahren zur Ermittlung einer - einen Verschleiß eines Leistungsbauteils (100) einer Transformatoreinrichtung (200) zum Widerstandsschweißen kennzeichnenden - ersten Größe mit den folgenden Schritten - Ermitteln (s100) einer Freilaufphase des Schweißtransformators, - Ermitteln (s200) eines während der Freilaufphase erfassten Spannungsmesswertes (246) des Leistungsbauteils (100), - Ermitteln (s300) eines während der Freilaufphase erfassten Strommesswertes (242) einer Sekundärwicklung (230) und/oder einer Primärwicklung (220) des Transformators (210), und - Auswerten (s400) des während der Freilaufphase erfassten Spannungsmesswertes (246) und des während der Freilaufphase erfassten Strommesswertes (242) um die besagte erste Größe zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 22 zur Ermittlung einer - einen Verschleiß eines Leistungsbauteils (100) einer Transformatoreinrichtung (200) zum Widerstandsschweißen kennzeichnenden - zweiten Größe mit den folgenden Schritten - Ermitteln (s150) während des Schweißbetriebs erfasster Temperaturmesswerte (242) des Leistungsbauteils (100), und - Auswerten (s450) des während des Schweißbetriebs erfassten Temperaturmesswertes (242) um die besagte zweite Größe zu ermitteln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23 mit folgendem Schritt - Auswerten (s400, s450) von besagter erster ermittelter und/oder besagter ermittelter zweiter Größe - Erstellen (s500) einer Lebensdauerprognose für die Transformatoreinrichtung (200) auf Grundlage von besagter erster und/oder besagter zweiter Größe.