DE102022122708A1

DE102022122708A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Erzeugen eines Schweißstroms

Info

Publication number: DE102022122708A1
Application number: DE102022122708.1A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Rusch
Original assignee: GLAMATRONIC SCHWEISS und ANLAGENTECHNIK GmbH
Current assignee: GLAMATRONIC SCHWEISS und ANLAGENTECHNIK GmbH
Priority date: 2022-09-07
Filing date: 2022-09-07
Publication date: 2024-03-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Schweißvorrichtung, wobei die Schaltungsanordnung eine Entladeschaltung zum Erzeugen eines Schweißstroms durch Entladung eines Kondensators aufweist. Die Schaltungsanordnung weist ein abschaltbares erstes Schaltmittel und ein als Thyristor ausgebildetes zweites Schaltmittel auf, wobei die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass, wenn der Kondensator geladen ist, durch Anschalten des ersten Schaltmittels und/oder Zünden des Thyristors eine Entladung des Kondensators bewirkt wird und durch Transformation des Entladestroms mittels eines Transformators der Schweißstrom erzeugt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen eines Schweißstroms mittels einer Schaltungsanordnung, wobei zunächst ein erstes Schaltmittel angeschaltet wird, sodass sich der Kondensator über das erste Schaltmittel entlädt und zu einem späteren Zeitpunkt der Thyristor gezündet wird, sodass sich der Kondensator über den Thyristor entlädt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Schweißvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Schweißvorrichtung, eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Schaltungsanordnung, ein Verfahren zum Erzeugen eines Schweißstroms nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14, ein Kondensatorentladungs-Schweißverfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
Grundsätzlich betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet des Schweißens, insbesondere das Kondensatorentladungs-Schweißen bzw. ein Kondensatorentladungs-Schweißverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung eines Kondensatorentladungs-Schweißverfahrens. Der Begriff „Kondensatorentladungs-Schweißverfahren“ wird nachfolgend auch verkürzt als „KE-Schweißverfahren“ bezeichnet. Entsprechend werden auch verwandte Begriffe wie „Kondensatorentladungs-Schweißmaschine“ oder dergleichen nachfolgend verkürzt als „KE-Schweißmaschine“ oder dergleichen bezeichnet.
Das KE-Schweißen ist ein Widerstandsschweißverfahren, das mit hohen Strömen in kurzer Zeit Schweißverbindungen erzeugt, die insbesondere kleinflächig und/oder ringförmig ausgebildet sind. Die Schweißströme haben häufig eine Stromstärke von 100 kA oder mehr, wobei auch Stromstärken bis zu etwa 1.000 kA möglich sind. Die Schweißzeiten betragen in der Regel bis 15 ms, sie können bei großen Strömen aber auch bis etwa 30 ms betragen. Unter hohen Anpresskräften, die typischerweise im Bereich 30 kN liegen, bei großen Stromstärken jedoch auch 200 kN oder mehr betragen können, drücken Elektroden die miteinander zu verbindenden bzw. verschweißenden Fügeteile zusammen. Durch Zünden eines Thyristors wird die Ladung eines Kondensators, der insbesondere als Kondensatorbank ausgeführt ist, über die Elektroden durch die Fügeteile geleitet. Die Fügeteile weisen dabei üblicherweise sogenannte Buckel auf, durch die der Schweißstrom konzentriert wird. So kommt es zu einer partiellen Erwärmung des Materials, das vorzugsweise aber nicht geschmolzen wird. Der Buckel verliert durch die Erwärmung seine Stabilität und verformt sich unter der aufgebrachten Elektrodenkraft, insbesondere wird der Buckel „plattgedrückt“. Nach dem Erkalten der Schweißstelle sind die Fügeteile verschweißt.
Herkömmliche KE-Schweißprozesse sind mit mehreren Nachteilen verbunden.
So ist es bei herkömmlichen KE-Schweißmaschinen aus dem Stand der Technik konstruktionsbedingt nicht möglich, den Schweißstrom abzuschalten, da der Thyristor nicht abschaltbar ist, solange der Entladestrom des Kondensators über den Thyristor fließt.
Da nach dem Zünden des Thyristors der Stromfluss weder verändert noch abgeschaltet werden kann, erfolgt die Erwärmung der Fügepartner stets dem gleichen Kurvenverlauf, nämlich einer extrem schnellen Erwärmung auf eine Höchsttemperatur, auf die eine sehr kurze Verweildauer bei hohen Temperaturen, vorzugsweise jedoch unterhalb des Schmelzpunktes, erfolgt, an die sich schließlich die natürliche Abkühlung anschließt. Schweißprozesse mit längeren Stromflusszeiten von über 15 bis 20 ms sind daher nicht möglich.
Ferner sind keine mehrpulsigen Schweißungen möglich. Es werden zwar KE-Schweißungen mit mehreren Strompulsen durchgeführt, indem der Kondensator nach vorheriger Entladung neu aufgeladen und neuerlich über den Thyristor entladen wird. Der eigentliche Fügeprozess endet aber mit dem Absinken des Schweißstroms auf etwa 50 % bis 30 % des Spitzenwertes des ersten Pulses und ein neuer Puls kann erst folgen, wenn der Kondensator neu aufgeladen wurde, wofür mindestens weitere 500 ms vergehen. Hierbei besteht der Nachteil, dass zu diesem Zeitpunkt die Schweißstelle bereits so weit erkaltet ist, dass der Fügeprozess nicht fortgesetzt werden kann. Der anfänglich vorhandene Buckel ist bereits plattgedrückt, sodass ein erneuter Stromfluss nur noch Temperaturerhöhungen von einigen wenigen 100° C ermöglicht. Dennoch werden KE-Schweißungen mit zwei hintereinander folgenden Pulsen ausgeführt, bei denen der zweite Puls übergroße Aufhärtungen in der Fügestelle reduziert, was auch als „Anlassen“ bezeichnet wird. Dies gelingt aber nur im eingeschränkten Maße, da ein Anlassprozess eigentlich eine längere Erwärmung auf mittlere Temperaturen notwendig macht, der KE-Puls aber kurz und energiereich ist.
Die EP 3 138 649 B1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum KE-Schweißen, die mehrpulsige Schweißprozesse ermöglicht. Dazu wird vorgeschlagen, statt eines einzelnen Kondensators mit einem nachgeschalteten Thyristor, über den der Kondensator entladen werden kann, mehrere parallel geschaltete Kondensatoren vorzusehen, denen jeweils ein Thyristor zum Einschalten des jeweiligen Kondensatorstroms zugeordnet ist. Die Kondensatoren und Thyristoren sind dabei so verschaltet, dass das Einschalten eines Kondensatorstroms das Ausschalten des anderen Kondensatorstroms bewirken kann.
Einerseits besteht bei der aus der EP 3 138 649 B1 bekannten Lösung der Nachteil, dass die Stromanstiege der Pulse im Wesentlichen von den Grundparametern, insbesondere Induktivität und Widerstand, der jeweiligen Maschine abhängen und somit nicht verändert werden können. Es ergeben sich damit für die Stromanstiege der einzelnen Pulse beinahe identische Werte, wodurch die Flexibilität der Stromkennlinie eingeschränkt ist.
Des Weiteren ergibt sich eine unveränderliche Steigung des Stromabfalls nach den jeweiligen Maxima der Pulse, da auch der Stromabfall im Wesentlichen von den Grundparametern der jeweiligen Maschine abhängt. Daher wird der Minimalstrom, auf den ein Puls abfällt, umso niedriger sein, je größer die Zündverzögerung des nachfolgenden Pulses ist. Wenn aber alle Pulse für eine verlängerte Schweißwirkung benutzt werden sollen, ist bei der Wahl der Zündverzögerung, also des zeitlichen Abstands zwischen den Pulsen, die Grenze der thermischen Kopplung zu beachten. Durch diese Grenze kann die Zündverzögerung nicht beliebig lang gewählt werden.
Als „Grenze der thermischen Kopplung“ wird hierbei insbesondere eine Mindeststromstärke bezeichnet, bei deren Unterschreiten der Schweißprozess aufgrund einer mit der sinkenden Stromstärke einhergehenden Abkühlung der Fügeteile der Schweißprozess metallographisch abgeschlossen ist. Die Grenze der thermischen Kopplung beträgt - je nach Definition - vorzugsweise zwischen 50% und 30 % der maximalen Stromstärke eines Pulses. Wenn zwischen zwei (oder auch beliebig vielen) Pulsen die Grenze der thermischen Kopplung unterschritten wird, so ist der eigentliche Schweißvorgang bereits nach dem ersten Puls bzw. bei Unterschreiten der Grenze der thermischen Kopplung während des Abklingens des ersten Pulses abgeschlossen, sodass der nachfolgende bzw. zweite Puls nicht mehr zum Schweißprozess beiträgt bzw. beitragen kann. Wenn hingegen die Grenze der thermischen Kopplung zwischen zwei Pulsen nicht unterschritten wird, bleibt die thermische Kopplung zwischen den Pulsen erhalten. Damit ist der Schweißprozess bei Beginn des nachfolgenden bzw. zweiten Pulses noch nicht abgeschlossen und auch der zweite Puls trägt zu dem mit dem ersten Puls begonnenen Schweißprozess bei.
Ferner betrifft die EP 3 403 756 A1 ein KE-Schweißverfahren und eine KE-Schweißvorrichtung. Gegenüber den eingangs erwähnten herkömmlichen KE-Schweißmaschinen ist anstelle eines Thyristors, über den der Kondensator entladen wird, ein steuerbares Schaltmittel, beispielsweise ein IGBT, vorgesehen. Im Gegensatz zu einem Thyristor ist das steuerbare Schaltmittel abschaltbar und gepulst ansteuerbar.
Bei der in der EP 3 403 756 A1 beschriebenen Lösung besteht der Nachteil, dass die verwendeten steuerbaren Schaltmittel, z. B. IGBTs, nicht so robust sind wie Thyristoren und nicht über den Nennstrom hinaus belastet werden dürfen, da sie sonst beschädigt oder zerstört werden. Während Thyristoren praktisch für unbegrenzte Nennströme zur Verfügung stehen, lassen sich mit der aus der EP 3 403 756 A1 bekannten Vorrichtung - in dem notwendigen Spannungsbereich und unter Beachtung ökonomischer Kriterien, wonach die Kosten für die Vorrichtung möglichst niedrig bleiben sollen - bei Verwendung eines einzelnen handelsüblichen IGBTs als Schaltmittel Schweißströme (d. h. im Schweißkreis auf der Sekundärseite) von maximal etwa 70 kA erreichen, wobei der IGBT selbst auf der Primärseite mit ca. 3,5 kA beaufschlagt wird.
Grundsätzlich lassen sich auch mehrere IGBTs parallelschalten, wobei aber sichergestellt sein muss, dass die Schaltimpulse absolut synchron erfolgen. Diese Forderung lässt sich in der Praxis nur erfüllen, wenn maximal drei IGBTs parallelgeschaltet sind. Aufgrund von Bauteilstreuungen und geringen Asymmetrien in der Schaltung wird es unmöglich sein, eine völlig gleichmäßige Stromaufteilung zwischen den parallel geschalteten IGBTs zu erreichen, sodass ein Sicherheitsfaktor von etwa 0,8 vorzusehen ist. Daher lassen sich auch durch eine Parallelschaltung der IGBTs nur maximale Ströme von nur 3 * 70 kA * 0,8 = 170 kA erzeugen, wobei die IGBTs mit ca. 8,5 kA belastet werden.
Wünschenswert wäre es aber, auch höhere Schweißströme, insbesondere Schweißströme von bis zu 500 kA oder mehr, zu ermöglichen und dabei insbesondere einen flexiblen Schweißstrom zu generieren, vorzugsweise einen mehrpulsigen Schweißstrom bei Verwendung eines einzigen Kondensators.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung anzugeben, bei der ein KE-Schweißen mit einem flexibel einstellbaren bzw. steuerbaren oder regelbaren Verlauf einer Stromkennlinie des Schweißstroms ermöglicht wird, insbesondere wobei höhere Schweißströme von vorzugsweise mehr als 200 kA und/oder bis zu 500 kA oder mehr möglich sind und/oder wobei ein mehrpulsiges Schweißen mit einem beliebigen Zeitabstand zwischen den Pulsen ermöglicht wird, ohne dass zwischen den Pulsen die Grenze der thermischen Kopplung unterschritten wird.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, eine Schweißvorrichtung nach Anspruch 12, eine Steuereinrichtung nach Anspruch 13, ein Verfahren nach Anspruch 14, ein Kondensatorentladungs-Schweißverfahren nach Anspruch 20, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 21 oder ein computerlesbares Medium nach Anspruch 22. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltungsanordnung für eine Schweißvorrichtung, wobei die Schweißvorrichtung insbesondere zum Durchführen eines KE-Schweißverfahrens ausgebildet ist.
Die Schaltungsanordnung weist eine Entladeschaltung zum Erzeugen eines Schweißstroms auf. Die Entladeschaltung weist einen Kondensator zum Bereitstellen von Energie für einen Schweißvorgang, eine Schaltmitteleinrichtung zur Erzeugung eines Entladestroms durch Entladung des Kondensators und einen Transformator zum Transformieren des Entladestroms in den Schweißstrom auf.
Weiter weist die Schaltmitteleinrichtung erfindungsgemäß ein erstes Schaltmittel und ein zweites Schaltmittel auf, wobei das erste Schaltmittel ein abschaltbares Schaltmittel ist und das zweite Schaltmittel als Thyristor ausgebildet ist.
Die Schaltmitteleinrichtung ist derart verschaltet und/oder ausgebildet, dass, wenn der Kondensator geladen ist, durch Anschalten des ersten, also abschaltbaren Schaltmittels und/oder Anschalten des zweiten Schaltmittels, also Zünden des Thyristors, eine Entladung des Kondensators bewirkt wird und durch Transformation des Entladestroms mittels des Transformators der Schweißstrom erzeugt wird.
Durch die unterschiedlichen Schaltmittel, die bevorzugt unabhängig voneinander angeschaltet werden können, ist der Verlauf der Stromkennlinie des Schweißstroms flexibel einstellbar. Beispielsweise kann ein Schweißstrom mit verschiedenen Pulsen, insbesondere einem Vorpuls und einem Hauptpuls, erzeugt werden und die Zeitverzögerung zwischen den Pulsen ist, insbesondere durch Verwendung des abschaltbaren ersten Schaltmittels, frei wählbar.
Mindestens ein erster Puls kann also durch an- und abschalten des ersten, abschaltbaren Schaltmittels erzeugt werden, bevor mit dem Thyristor, also dem zweiten Schaltmittel, ein Hauptpuls erzeugt wird bzw. werden kann.
Weiter wird durch die Schaltmitteleinrichtung mit einem abschaltbaren Schaltmittel und einem Thyristor ein mehrpulsiges Schweißen, insbesondere KE-Schweißen, mit nur einem Kondensator ermöglicht. Die Verwendung des Thyristors erlaubt dabei insbesondere die Realisierung hoher Schweißströme von mehr als 170 kA, insbesondere bis zu 500 kA oder mehr.
Vorzugsweise weist die Schaltmitteleinrichtung genau ein erstes Schaltmittel und/oder genau einen Thyristor auf. Mit anderen Worten weist die Schaltmitteleinrichtung vorzugsweise genau zwei Schaltmittel auf oder ist hierdurch gebildet, wobei eines der Schaltmittel ein abschaltbares Schaltmittel ist und das andere Schaltmittel ein Thyristor ist. Hierdurch wird die Erzeugung eines Schweißstroms mit einer flexibei einstellbaren Stromkennlinie bei gleichzeitig einfachem Aufbau der Schaltungsanordnung ermöglicht.
Es ist bevorzugt, dass die Entladeschaltung eine Reihenschaltung des Kondensators und der Schaltmitteleinrichtung aufweist bzw. der Kondensator und die Schaltmitteleinrichtung in Reihe geschaltet sind. Hierdurch wird eine Entladung des Kondensators über die Schaltmitteleinrichtung ermöglicht bzw. kann durch Anschalten eines der Schaltmittel eine Entladung des Kondensators bewirkt bzw. ausgelöst werden.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Schaltmitteleinrichtung eine Parallelschaltung des ersten Schaltmittels und des Thyristors aufweist bzw. das erste Schaltmittel und der Thyristor parallel geschaltet sind. Dies ermöglicht, den Verlauf der Stromkennlinie des Schweißstroms flexibel einzustellen. In vorteilhafter Weise wird so die Erzeugung verschiedener Pulse des Schweißstroms, insbesondere die Erzeugung eines Vorpulses durch Schalten des ersten Schaltmittels und/oder die Erzeugung eines Hauptpulses durch Zünden des Thyristors, ermöglicht. Durch die Parallelschaltung können verschiedene Pulse zu beliebigen Zeitpunkten erzeugbar sein.
Die Schaltmitteleinrichtung ist vorzugsweise dann angeschaltet, wenn sie einen Stromfluss vom Kondensator zum Transformator bzw. zur Erzeugung des Schweißstroms ermöglicht. Dies kann bei der vorschlagsgemäßen Parallelschaltung des ersten Schaltmittels und des Thyristors dadurch erfolgen, dass entweder das erste Schaltmittel oder der Thyristor oder jedoch auch beide gleichzeitig angeschaltet und damit leitfähig werden. Vorzugsweise ermöglicht dies einen Stromfluss vom Kondensator durch die Schaltmitteleinrichtung und die Primärseite des (Schweiß-) Transformators, wodurch sekundärseitig am Transformator der Schweißstrom erzeugt wird oder erzeugbar ist.
Das erste Schaltmittel weist vorzugsweise einen abschaltbaren Leistungshalbleiter auf oder ist hierdurch gebildet. Besonders bevorzugt ist der abschaltbare Leistungshalbleiter ein IGBT, ein IGCT und/oder ein GTO-Thyristor. Grundsätzlich ist jedoch auch der Einsatz anderer abschaltbarer Leistungshalbleiter als erstes Schaltmittel möglich. Durch die Verwendung eines abschaltbaren Leistungshalbleiters ist/sind die Erzeugung verschiedener Pulse des Schweißstroms und/oder variable Abstände zwischen den Pulsen möglich. Dies ist der Erzeugung eines Schweißstroms mit einer flexibel einstellbaren Stromlinie zuträglich.
Das erste Schaltmittel und der Thyristor sind vorzugsweise separat und/oder nacheinander anschaltbar. Hierdurch kann der Schweißstrom mit einer flexibel einstellbaren Stromkennlinie gebildet werden. Insbesondere können verschiedene Pulse erzeugt und hohe Maximalströme erreicht werden. Getaktet schalten bedeutet insbesondere ein mehrfaches An- und Ausschalten in kurzen Zeitabständen, beispielsweise mit einer Periodendauer (Zyklus an- und ausgeschaltet) von weniger als 1 ms, vorzugsweise weniger als 0,5 ms, insbesondere 0,2 ms oder weniger.
Vorzugsweise ist das erste Schaltmittel getaktet schaltbar und/oder die Schaltungsanordnung zum getakteten Schalten des ersten Schaltmittels ausgebildet. Ein getaktetes Schalten des ersten Schaltmittels ermöglicht insbesondere die Erzeugung eines Übergangsbereichs zwischen einem Vorpuls, der vorzugsweise ebenfalls durch Schalten des ersten Schaltmittels erzeugt werden kann, und einem Hauptpuls in der Stromkennlinie des Schweißstroms, der vorzugsweise durch Zünden des Thyristors gebildet wird. Durch getaktetes Schalten kann der Verlauf der Stromkennlinie des Schweißstroms - insbesondere zwischen Vor- und Hauptpuls - flexibel gesteuert bzw. eingestellt werden.
Vorzugsweise ist die Schaltmitteleinrichtung dem Kondensator nachgeschaltet und/oder zwischen dem Kondensator und dem Transformator angeordnet bzw. verschaltet. So kann, wenn der Kondensator geladen ist, durch Anschalten des ersten Schaltmittels und/oder Zünden des Thyristors der Kondensator entladen und der Entladestrom des Kondensators mittels des Transformators in den Schweißstrom transformiert werden. Auf diese Weise ist die Entladung des Kondensators bzw. die Erzeugung des Schweißstroms durch Schalten der Schaltmittel der Schaltmitteleinrichtung steuerbar.
Die Schaltungsanordnung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, mit der Entladeschaltung den Schweißstrom derart zu erzeugen, dass eine Stromkennlinie des Schweißstroms einen Vorpuls mit einem Vorpulsmaximum und einen nach dem Vorpuls liegenden Hauptpuls mit einem Hauptpulsmaximum aufweist. Das Hauptpulsmaximum ist vorzugsweise höher als das Vorpulsmaximum. Hierdurch ist eine flexible Einstellung der Stromkennlinie des Schweißstroms ermöglicht.
Weiter ist die Schaltungsanordnung vorzugsweise dazu ausgebildet, mit der Entladeschaltung den Schweißstrom derart zu erzeugen, dass die Stromkennlinie des Schweißstroms zwischen dem Vorpuls und dem Hauptpuls einen Übergangsbereich aufweist. In dem Übergangsbereich wird vorzugsweise eine Mindeststromstärke, insbesondere die Grenze der thermischen Kopplung, nicht unterschritten. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bei einem Schweißvorgang mit mehreren Pulsen die Grenze der thermischen Kopplung zwischen den Pulsen nicht unterschritten wird bzw. eine thermische Kopplung zwischen verschiedenen Pulsen erhalten bleibt und somit mehrere Pulse zum Schweißprozess beitragen.
Die Schaltungsanordnung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch Schalten des ersten Schaltmittels der Vorpuls und vorzugsweise der Übergangsbereich erzeugbar sind. Alternativ oder zusätzlich ist die Schaltungsanordnung derart ausgebildet, dass durch Zünden des Thyristors der Hauptpuls erzeugbar ist.
Es ist bevorzugt, dass die Entladeschaltung ein Freilaufmittel, insbesondere eine Freilaufdiode oder einen Freilaufthyristor, aufweist. Vorzugsweise ist das Freilaufmittel ausgangsseitig (also auf der dem Kondensator abgewandten bzw. dem Transformator zugewandten Seite) parallel zu der Schaltmitteleinrichtung und/oder parallel zur (Primärseite) des Transformators geschaltet. Das Freilaufmittel kann eine Unterbrechung des Entladestroms bei Abschalten des ersten Schaltmittels und/oder erlöschen des Thyristors vermeiden, indem es den Stromfluss übernimmt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Schweißvorrichtung, die bevorzugt zum Durchführen eines KE-Schweißverfahrens ausgebildet ist. Die Schweißvorrichtung weist die zuvor erläuterte Schaltungsanordnung zum Erzeugen des Schweißstroms und Schweißelektroden zum Führen des Schweißstroms durch zwei miteinander zu verschweißende Fügeteile auf.
Die Schaltungsanordnung der Schweißvorrichtung ist vorzugsweise wie voranstehend und/oder nachfolgend beschrieben ausgebildet. Durch die Schweißvorrichtung ist daher ein KE-Schweißen mit einer flexibel einstellbaren Stromkennlinie des Schweißstroms ermöglicht.
Gemäß einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Schweißvorrichtung und/oder der Schaltungsanordnung der Schweißvorrichtung.
Die Schaltungsanordnung, zu deren Steuerung die Steuereinrichtung ausgebildet ist, weist die Schaltmitteleinrichtung mit dem abschaltbaren ersten Schaltmittel und dem als Thyristor ausgebildeten zweiten Schaltmittel auf. Die Steuereinrichtung ist zum Steuern der Schaltmitteleinrichtung bzw. zum Schalten der Schaltmittel der Schaltmitteleinrichtung ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet, erst das erste Schaltmittel anzuschalten und zu einem späteren Zeitpunkt den Thyristor zu zünden. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung weiter dazu ausgebildet, zwischen dem Anschalten des ersten Schaltmittels und dem Zünden des Thyristors das erste Schaltmittel auszuschalten und/oder getaktet (an und aus) zu schalten. Hierdurch ist die Stromkennlinie des erzeugten Schweißstroms flexibel einstellbar.
Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ausgehend von vorgegebenen Zielparametern, die den Verlauf der Stromkennlinie des Schweißstroms charakterisieren, Schaltparameter bzw. Steuergrößen so zu berechnen, dass durch Schalten der Schaltmittel der Schaltmitteleinrichtung mit den berechneten Schaltparametern bzw. Steuergrößen ein Schweißstrom mit einer Stromkennlinie erzeugt wird, wobei die Stromkennlinie einen durch die Zielparameter vorgegebenen Verlauf aufweist oder diesem angenähert ist. Dies ist einer intuitiven bzw. einfachen Steuerung bzw. Bedienung und/oder Vorgabe der Stromkennlinie des Schweißstroms zuträglich.
Gemäß einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Schweißstroms, insbesondere für ein KE-Schweißverfahren. Das Verfahren wird vorzugsweise mittels einer wie voranstehend und/oder nachfolgend beschrieben ausgebildeten Schaltungsanordnung bzw. Schweißvorrichtung durchgeführt, ist jedoch grundsätzlich auch unabhängig realisierbar.
Bei dem Verfahren wird ein Kondensator geladen, um Energie für einen Schweißvorgang bereitzustellen. Es wird also ein geladener Kondensator bereitgestellt. Danach werden ein oder mehrere Schaltmittel der Schaltmitteleinrichtung geschaltet, sodass eine Entladung des Kondensators erfolgt und ein durch die Entladung erzeugter Entladestrom mittels eines Transformators in den Schweißstrom transformiert wird. Mit diesem werden dann vorzugsweise Fügeteile verschweißt.
Gemäß einem ersten Aspekt des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schaltmitteleinrichtung das abschaltbare erste Schaltmittel und das als Thyristor ausgebildete zweite Schaltmittel aufweist, wobei zunächst das erste Schaltmittel angeschaltet wird, sodass sich der Kondensator (teilweise) über das erste Schaltmittel entlädt, und zu einem späteren Zeitpunkt der Thyristor gezündet wird, sodass sich der Kondensator (im Übrigen) über den Thyristor entlädt. Hierdurch wird ein Schweißen mit einer flexibel einstellbaren Stromkennlinie des Schweißstroms ermöglicht. Insbesondere werden ein mehrpulsiges KE-Schweißen und/oder eine variable, bevorzugt einstellbare, Zeitverzögerung zwischen verschiedenen Pulsen des Schweißstroms ermöglicht.
Vorzugsweise wird durch Anschalten des ersten Schaltmittels ein Vorpuls der Stromkennlinie des Schweißstroms erzeugt, wobei der Vorpuls ein Vorpulsmaximum aufweist. Zu einem späteren Zeitpunkt wird durch Zünden des Thyristors ein Hauptpuls der Stromkennlinie des Schweißstroms erzeugt, wobei der Hauptpuls ein Hauptpulsmaximum aufweist. Das Hauptpulsmaximum ist vorzugsweise höher als das Vorpulsmaximum. Hierdurch ist die Stromkennlinie des Schweißstroms flexibel einstellbar und/oder an verschiedene Anforderungen der jeweiligen Schweißaufgabe anpassbar.
Weiter ist es bevorzugt, dass zwischen dem Anschalten des ersten Schaltmittels und dem Zünden des Thyristors das erste Schaltmittel getaktet geschaltet wird, insbesondere sodass ein Übergangsbereich der Stromkennlinie des Schweißstroms erzeugt wird. In dem Übergangsbereich wird eine Mindeststromstärke (des durch die Fügeteile fließenden Schweißstroms), insbesondere die Grenze der thermischen Kopplung, vorzugsweise nicht unterschritten. Hierdurch ist der Verlauf der Stromkennlinie flexibel einstellbar und es wird insbesondere ein mehrpulsiges KE-Schweißen, vorzugsweise mit beliebigen Zeitabständen zwischen den Pulsen, ermöglicht, ohne dass zwischen den Pulsen die Grenze der thermischen Kopplung unterschritten wird. Letztendlich wird also eine verbesserte Schweißverbindung der Fügeteile ermöglicht.
Der Übergangsbereich weist vorzugsweise einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf, wobei ein Tastgrad, mit dem das erste Schaltmittel getaktet geschaltet wird, in dem ersten Abschnitt anders ist als in dem zweiten Abschnitt. Hierdurch ist der Verlauf der Stromkennlinie in dem Übergangsbereich flexibel einstellbar.
Gemäß einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt des Verfahrens wird ein Verlauf der Stromkennlinie des Schweißstroms oder (hierzu korrespondierende) Eigenschaften der durch den Schweißvorgang herzustellenden Schweißverbindung durch einen oder mehrere Zielparameter vorgegeben und es werden ausgehend von den Zielparametern Schaltparameter bzw. Steuergrößen so berechnet, dass durch Schalten der Schaltmittel der Schaltmitteleinrichtung mit den berechneten Schaltparametern bzw. Steuergrößen die Stromkennlinie den durch die Zielparameter (insbesondere unmittelbar oder über die Eigenschaften der Schweißverbindung unmittelbar) vorgegebenen Verlauf aufweist. Die Zielparameter stellen vorzugsweise eine intuitive und/oder für einen Benutzer einfach zugängliche Parametrisierung bzw. Darstellung der Stromkennlinie dar. Dies ermöglicht eine einfache und/oder intuitive Vorgabe der Stromkennlinie bzw. Einstellung von Parametern für den Schweißvorgang.
Mit anderen Worten wird über die Zielparameter also eine Parametrisierung der Stromkennlinie vorgenommen und ausgehend von den Zielparametern werden Schaltparameter bzw. Steuergrößen, anhand derer dann die Schaltmitteleinrichtung bzw. deren Schaltmittel gesteuert/geschaltet wird. Dies bietet einen erheblichen Vorteil gegenüber einer direkten Steuerung der Stromkennlinie anhand der Zielparameter.
Auch eine direkte Steuerung der Stromkennlinie über die Zielparameter wäre theoretisch denkbar, würde aber einen erheblichen technischen Mehraufwand darstellen.
Hierzu müsste die Steuerung mit einer Überwachung des Entladestroms IK ausgestattet werden, die nicht existiert. Handelsübliche KE-Schweißmaschinen besitzen eine Messeinrichtung für den Schweißstrom, die nur mit einer geringen Auflösung von 0,1 ms Messwerte erfasst. Um eine direkte Steuerung des Entladestroms IK entsprechend der Zielparameter vorzunehmen, müssten jedoch Steuersignale innerhalb von 0,01 ms generiert werden. Dazu wäre eine Messung mit mindestens 10-facher Geschwindigkeit notwendig und es wäre eine entsprechende Prozessoreinheit erforderlich, die derartige Messungen und Steuersignale verarbeiten könnte. Dies ist bisher technisch nicht möglich bzw. wäre sehr aufwendig und kostenintensiv.
Das gemäß einem Erfindungsaspekt vorgesehene Umrechnen der Zielparameter in Schaltparameter ist daher eine einfach und kostengünstig umzusetzende Maßnahme, um die Steuereinheiten von KE-Schweißmaschinen zur Vorgabe eines flexiblen bzw. beliebigen Verlaufs der Stromkennlinie nutzen zu können.
Grundsätzlich kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Stromkennlinie einen beliebigen Verlauf haben. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Stromkennlinie einen Vorpuls, Hauptpuls und/oder Übergangsbereich aufweist.
Die Zielparameter umfassen vorzugsweise einen oder mehrere, insbesondere alle, der nachfolgend aufgeführten Parameter:

- eine Stromstärke eines Hauptpulsmaximums eines Hauptpulses der Stromkennlinie,
- eine Stromstärke eines Vorpulsmaximums eines Vorpulses der Stromkennlinie,
- eine Stromstärke am Ende des Vorpulses,
- eine Stromstärke am Beginn des Hauptpulses,
- eine Stromstärke zu einem Zeitpunkt bzw. Wendepunkt, der in einem Übergangsbereich zwischen Ende des Vorpulses und Beginn des Hauptpulses liegt und den Übergangsbereich in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt,
- eine Zeitspanne zwischen dem Ende des Vorpulses und dem Beginn des Hauptpulses bzw. die Länge/Dauer des Übergangsbereichs,
- eine Zeitspanne zwischen dem Ende des Vorpulses und dem Zeitpunkt bzw. Wendepunkt, der den Übergangsbereich in den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt unterteilt bzw. die Länge/Dauer des ersten Abschnitts, und/oder
- eine Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt bzw. Wendepunkt, der den Übergangsbereich in den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt unterteilt und Beginn des Hauptpulses bzw. die Länge/Dauer des zweiten Abschnitts.

Das Vorsehen dieser Zielparameter erlaubt dem Benutzer bzw. Schweißer eine intuitive Vorgabe der gewünschten Stromkennlinie durch die Vorgabe der Parameter. Insbesondere kann sich der Nutzer bzw. Schweißer anhand dieser Zielparameter den resultierenden Verlauf der Stromkennlinie gut vorstellen. Somit ist eine einfache und intuitive Einstellung bzw. Vorgabe der gewünschten Stromkennlinie bzw. eine einfache und intuitive Anpassung der Stromkennlinie an eine Schweißaufgabe ermöglicht.
Alternativ oder ergänzend können Eigenschaften der Schweißverbindung, insbesondere eine oder mehrere geometrische und/oder Materialeigenschaften, als Zielparameter verwendet werden.
Die Schaltparameter bzw. Steuergrößen umfassen vorzugsweise einen oder mehrere, insbesondere alle, der nachfolgend aufgeführten Parameter:

- eine Energie des Kondensators oder einen dazu korrespondierenden Parameter,
- einen Zeitpunkt eines Beginns des Vorpulses (zu dem das erste Schaltmittel angeschaltet wird) und/oder einen Zeitpunkt eines Vorpulsmaximums eines Vorpulses der Stromkennlinie,
- einen Zeitpunkt eines Endes des Vorpulses bzw. eines Beginns des Übergangsbereichs oder eines Zeitpunkts zu dem der Thyristor gezündet wird,
- einen Zeitpunkt eines Endes des Übergangsbereichs bzw. eines Beginns eines Hauptpulses der Stromkennlinie,
- einen Zeitpunkt, der in einem Übergangsbereich zwischen Ende des Vorpulses und Beginn des Hauptpulses liegt und den Übergangsbereich in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt,
- einen Tastgrad (zum Ansteuern des ersten Schaltmittels) bis zum Maximum des Vorpulses,
- einen Tastgrad (zum Ansteuern des ersten Schaltmittels) zwischen dem Maximum des Vorpulses und dem Ende des Vorpulses,
- einen Tastgrad (zum Ansteuern des ersten Schaltmittels) in dem ersten Abschnitt des Übergangsbereichs, und/oder
- einen Tastgrad (zum Ansteuern des ersten Schaltmittels) in dem zweiten Abschnitt des Übergangsbereichs.

Durch das Schalten der Schaltmittel der Schaltmitteleinrichtung mit den genannten Schaltparametern bzw. Steuergrößen kann der Verlauf der Stromkennlinie des Schweißstroms beeinflusst werden bzw. erreicht werden, dass die Stromkennlinie den gewünschten bzw. vorgegebenen Verlauf aufweist.
Gemäß einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Kondensatorentladungs-Schweißverfahren, wobei das Schweißverfahren mit einer wie voranstehend und/oder nachfolgend beschrieben ausgebildeten Schweißvorrichtung durchgeführt wird und/oder ein Schweißstrom mit einem wie voranstehend und/oder nachstehend ausgebildeten Verfahren erzeugt wird, und wobei der Schweißstrom mittels Schweißelektroden durch zwei miteinander zu verschweißende Fügeteile geführt wird, sodass diese miteinander verschweißt werden.
Gemäß einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt aufweisend Befehle, die - bei Ausführung des Computerprogramms - bewirken, dass die Schaltungsanordnung die Verfahrensschritte des Verfahrens zum Erzeugen eines Schweißstroms ausführt und/oder dass die Schweißvorrichtung die Verfahrensschritte des Kondensatorentladungsschweißverfahrens ausführt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
Einzelne der vorgenannten und nachfolgenden Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können in verschiedenen Kombinationen miteinander kombiniert, aber auch unabhängig voneinander realisiert werden.
Weitere Aspekte, Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

1 eine schematische, blockschildartige Darstellung der erfindungsgemä-ßen Schaltungsanordnung bzw. Schweißvorrichtung;
2 eine typische Stromkennlinie eines Schweißstroms bei herkömmlichen KE-Schweißmaschinen;
3 einen schematischen Verlauf einer beispielhaften Stromkennlinie des Schweißstroms bei dem erfindungsgemäßen Verfahren;
4 eine Veranschaulichung des Einflusses des Tastgrads auf den Verlauf der Stromkennlinie insbesondere in einem Übergangsbereich; und
5 verschiedene Stromkennlinien bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu Stromkennlinien des Schweißstroms bei anderen KE-Schweißverfahren.

In den Figuren werden für gleiche Komponenten und Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet, auch wenn von einer wiederholten Beschreibung abgesehen wird.
1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 und eine erfindungsgemäße Schweißvorrichtung 2. Die Schweißvorrichtung 2 weist vorzugsweise die Schaltungsanordnung 1 auf.
Die Schaltungsanordnung 1 ist insbesondere zum Durchführen eines später näher beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen eines Schweißstroms IS, insbesondere für ein KE-Schweißverfahren, ausgebildet.
Die Schweißvorrichtung 2 ist vorzugsweise zum Durchführen eines KE-Schweißverfahrens ausgebildet, insbesondere zum Durchführen des nachfolgend näher beschriebenen KE-Schweißverfahrens.
Das KE-Schweißverfahren ist insbesondere ein Widerstandsschweißverfahren.
Die Schaltungsanordnung 1 ist grundsätzlich zum Erzeugen des Schweißstroms IS durch Entladen eines Kondensators 5 ausgebildet.
Die Schaltungsanordnung 1 weist eine Ladeschaltung 3 und eine Entladeschaltung 4 auf.
Die Entladeschaltung 4 weist den Kondensator 5, eine Schaltmitteleinrichtung 6 und einen Transformator 7 auf.
Die Ladeschaltung 3 ist zum Laden des Kondensators 5 ausgebildet.
Der Kondensator 5 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, Energie für einen Schweißvorgang bereitzustellen. Vorzugsweise weist die Schaltungsanordnung 1, insbesondere die Entladeschaltung 4, genau einen Kondensator 5 zum Bereitstellen von Energie für einen Schweißvorgang auf.
Der Kondensator 5 ist vorzugsweise als Kondensatorbank ausgebildet und/oder durch Zusammenschließen bzw. Verschalten mehrerer Kondensatoren gebildet. In diesem Sinne stellt auch eine Kondensatorbank bzw. stellen mehrere miteinander verschaltete Kondensatoren, die in der Schaltungsanordnung 1 insgesamt derart angeordnet bzw. verschaltet sind, dass sie die Funktion eines einzelnen Kondensators 5 übernehmen bzw. sich zusammen wie ein einzelner Kondensator 5 verhalten, zusammen einen (einzelnen) Kondensator 5 im Sinne der vorliegenden Offenbarung dar.
Die Schaltmitteleinrichtung 6 ist zur Erzeugung eines Entladestroms IK durch Entladung des Kondensators 5 ausgebildet. Insbesondere ist die Schaltmitteleinrichtung 6 dazu ausgebildet und/oder derart verschaltet, dass durch Schalten der Schaltmitteleinrichtung 6 bzw. eines oder mehrerer Schaltmittel der Schaltmitteleinrichtung 6 die Entladung des Kondensators 5 ermöglicht bzw. bewirkt wird und so der Entladestrom IK entsteht bzw. erzeugt wird.
Der Transformator 7 ist zum Transformieren des Entladestroms IK in den Schweißstrom IS ausgebildet. Vorzugsweise weist der Transformator 7, auch Schweißtransformator genannt, eine Primärseite 7A und eine Sekundärseite 7B auf. Die Primärseite 7A des Transformators 7 ist elektrisch leitend mit dem Kondensator 5 koppelbar, sodass bei Betrieb der Schaltungsanordnung 1 der Entladestrom IK des Kondensators 5 durch die Primärseite 7A fließt. Wenn der Entladestrom IK durch die Primärseite 7A fließt, wird auf der Sekundärseite 7B der Schweißstrom IS erzeugt.
Der Transformator 7 weist vorzugsweise ein festes Übersetzungsverhältnis U, vorzugsweise von U ≥ 10 und/oder U ≤ 100, insbesondere etwa U = 20 auf. Das feste Übersetzungsverhältnis U ist vorzugsweise der Quotient aus dem Schweißstrom IS und dem Entladestrom IK und ist definiert durch die Gleichung IS = U * IK. Das feste Übersetzungsverhältnis U entspricht insbesondere dem Übersetzungsverhältnis des Transformators 7, wenn keine Sättigung erreicht wird. Bei Erreichen einer Sättigung ist das tatsächliche Übersetzungsverhältnis kleiner als das feste Übersetzungsverhältnis U.
Die Ladeschaltung 3 dient der Umwandlung eines Netzwechselstroms 11 in einen Gleichstrom, mit dem der Kondensator 5 geladen werden kann bzw. geladen wird. Die Ladeschaltung 3 weist im Darstellungsbeispiel vorzugsweise einen Thyristorsteller 8, einen Ladetransformator 9 und/oder einen Gleichrichter 10 auf. Insbesondere der Thyristorsteller 8, der Ladetransformator 9 und/oder der Gleichrichter 10 ist/sind nicht zwingend erforderlich, da auch andere Ladeschaltungen eingesetzt werden können.
Zum Laden des Kondensators 5 wird der Netzwechselstrom 11 über den Thyristorsteller 8 geleitet. Der Thyristorsteller 8 ist dazu ausgebildet, die Größe der einzuspeisenden Energie bzw. der Ladeenergie zum Laden des Kondensators 5 zu steuern bzw. zu regeln, Dadurch, dass er entsprechend angesteuert wird.
Der Ladetransformator 9 ist dazu ausgebildet, die Netzspannung, die typischerweise etwa 400 V beträgt, in eine Ladespannung für den Kondensator 5 umzuwandeln. Die Ladespannung ist vorzugsweise höher als die Netzspannung und beträgt beispielsweise 1.500 V.
Der Gleichrichter 10 ist vorzugsweise dem Ladetransformator 9 nachgeschaltet. Der Gleichrichter 10 ist dazu ausgebildet, den vom Ladetransformator 9 transformierten Strom gleichzurichten bzw. den Strom des Ladetransformators 9 in einen Gleichstrom umzuwandeln. Mittels des so erzeugten Gleichstroms kann der Kondensator 5 geladen werden bzw. wird der Kondensator 5 geladen. Vorzugsweise wird der Ladevorgang des Kondensators 5 über den Thyristorsteller 8 abgeschaltet, wenn der Kondensator 5 auf die gewünschte Spannung geladen wurde bzw. die Energie des Kondensators 5 den gewünschten Wert erreicht hat. Im Darstellungsbeispiel handelt es sich um einen Brückengleichrichter 10. Andere Bauformen sind jedoch möglich.
Wesentlich ist, dass für den Schweißvorgang ein geladener Kondensator 5 bereitgestellt wird. Dieser kann grundsätzlich auch mit einer abweichenden Ladeschaltung geladen werden oder worden sein.
Die Schaltmitteleinrichtung 6 weist ein erstes Schaltmittel 12 und ein zweites Schaltmittel 13 auf. Vorzugsweise weist die Schaltmitteleinrichtung 6 genau zwei Schaltmittel 12, 13 auf oder ist dadurch gebildet.
Ein Schaltmittel 12, 13 im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist insbesondere ein elektrisches bzw. (leistungs-)elektronisches Bauteil mit einem Eingang 12A, 13A und einem Ausgang 12B, 13B, wobei durch Schalten bzw. Steuern des Schaltmittels 12, 13 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Eingang 12A, 13A und dem Ausgang 12B, 13B hergestellt werden kann bzw. ein Stromfluss, insbesondere der Entladestrom IK des Kondensators 5, vom Eingang 12A, 13A zum Ausgang 12B, 13B ermöglicht werden kann.
Das Ermöglichen eines Stromflusses, insbesondere des Entladestroms IK des Kondensators 5, bzw. Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Eingang 12A, 13A und dem Ausgang 12B, 13B wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere als Anschalten des Schaltmittels 12, 13 bezeichnet. Die Schaltmittel 12, 13 sind vorzugsweise jeweils über einen Steuereingang 12C, 13C steuerbar, jedenfalls um sie anzuschalten.
Das Unterbinden eines Stromflusses, insbesondere des Entladestroms IK des Kondensators 5, bzw. Unterbrechen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Eingang 12A, 13A und dem Ausgang 12B, 13B wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere als Abschalten des Schaltmittels 12, 13 bezeichnet.
Weiter ist ein Schaltmittel 12, 13 im Sinne der vorliegenden Offenbarung (vorzugsweise über den Steuereingang 12C, 13C) anschaltbar, jedoch nicht zwingend (aktiv) abschaltbar. Ein Thyristor stellt ein Beispiel für ein nicht abschaltbares Schaltmittel 13 dar, da ein Thyristor erst durch Unterschreiten eines Mindeststroms (automatisch) abschaltet, aber nicht aktiv, also durch Ansteuerung des Steuereingangs 13C abgeschaltet werden kann, solange der Stromfluss durch den Thyristor oberhalb des Mindeststroms liegt. Abschaltbar ist das Schaltmittel 12 vorzugsweise dann, wenn es über einen Steuereingang 12C bzw. durch Ansteuerung (aktiv) abgeschaltet werden kann.
Vorliegend wird das jeweilige Schaltmittel 12, 13 insbesondere dann als abgeschaltet bezeichnet, wenn sich das Schaltmittel 12, 13 in einem Zustand befindet, in dem keine Entladung des Kondensators 5 möglich ist bzw. in dem der Entladestrom IK nicht von dem Kondensator 5 über das Schaltmittel 12, 13 zu dem Transformator 7 fließen kann.
Unter dem Abschalten des Schaltmittels 12, 13 wird dementsprechend eine Steuerung bzw. Schalten des Schaltmittels 12, insbesondere nur des ersten Schaltmittels 12 über den Steuereingang 12C, derart verstanden, dass ein Stromfluss von dem Kondensator 5 zu dem Transformator 7 über das Schaltmittel 12, durch den der Kondensator 5 entladen wird, unterbunden bzw. unterbrochen wird.
Entsprechend wird das Schaltmittel 12, 13 als angeschaltet bezeichnet, wenn sich das Schaltmittel 12, 13 in einem Zustand befindet, in dem eine Entladung des Kondensators 5 möglich ist bzw. in dem der Entladestrom IK von dem Kondensator 5 über das Schaltmittel 12, 13 zu dem Transformator 7 fließen kann.
Unter dem Anschalten des Schaltmittels 12, 13 wird dementsprechend eine Steuerung bzw. Schalten des Schaltmittels 12, 13 derart verstanden, dass ein Stromfluss von dem Kondensator 5 zu dem Transformator 7 über das Schaltmittel 12, 13, durch den der Kondensator 5 entladen wird, ermöglicht wird.
Unter der verkürzten Bezeichnung „Schalten der Schaltmitteleinrichtung 6“ wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung das Schalten mindestens eines Schaltmittels 12, 13 (bevorzugt über den Steuereingang 12C, 13C) der Schaltmitteleinrichtung 6 verstanden. Insbesondere stellen ein Anschalten, Abschalten und getaktetes Schalten des ersten Schaltmittels 12 sowie ein Zünden des Thyristors jeweils ein Schalten der Schaltmitteleinrichtung 6 dar.
Die Schaltmitteleinrichtung 6 weist vorzugsweise eine Parallelschaltung des ersten Schaltmittels 12 und des zweiten Schaltmittels 13 bzw. des Thyristors auf. Mit anderen Worten sind das erste Schaltmittel 12 und das zweite Schaltmittel 13 in der Schaltmitteleinrichtung 6 parallel verschaltet. Hierdurch wird ein Fluss des Entladestroms IK des Kondensators 5 wahlweise über das erste Schaltmittel 12 oder das zweite Schaltmittel 13 ermöglicht.
Das erste Schaltmittel 12 und das zweite Schaltmittel 13 bzw. der Thyristor sind vorzugsweise separat schaltbar bzw. anschaltbar. Insbesondere sind das erste und zweite Schaltmittel 13 nacheinander anschaltbar, vorzugsweise wobei nach dem Anschalten des ersten Schaltmittels 12 das zweite Schaltmittel 13 anschaltbar bzw. der Thyristor zündbar ist.
Unter „Einschalten“ der Schaltmitteleinrichtung 6 wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise das Anschalten mindestens eines der Schaltmittel 12, 13 verstanden.
Die Schaltmittel 12, 13 sind vorzugsweise getrennt voneinander steuerbar. Insbesondere ist es möglich, bei angeschaltetem ersten Schaltmittel 12 den Thyristor als zweites Schaltmittel 13 zu zünden, woraufhin dieser bedingt durch seinen bevorzugt geringeren Innenwiderstand den Entladestrom IK zumindest im Wesentlichen übernehmen kann. Währenddessen kann das erste Schaltmittel 12 angeschaltet oder abgeschaltet sein oder werden.
Die Schaltmittel 12, 13 sind vorzugsweise parallelgeschaltet, indem die Eingänge 12A, 13A einerseits und die Ausgänge 12B, 13B andererseits elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Die elektrisch miteinander verbundenen Eingänge 12A, 13A der Schaltmittel 12, 13 bilden hierdurch vorzugsweise einen gemeinsamen Eingang 6A der Schaltmitteleinrichtung 6. Die elektrisch miteinander verbundenen Ausgänge 12B, 13B der Schaltmittel 12, 13 bilden vorzugsweise gemeinsam einen Ausgang 6B der Schaltmitteleinrichtung 6. Hierbei sind die Schaltmittel 12, 13 jeweils dazu ausgebildet, die elektrische Verbindung zwischen dem Eingang 6A und dem Ausgang 6B der Schaltmitteleinrichtung 6 herzustellen und zu trennen.
Die Schaltungsanordnung 1, insbesondere die Entladeschaltung 4, weist vorzugsweise ein Freilaufmittel 14 auf. Das Freilaufmittel 14 ist insbesondere als Freilaufdiode oder Freilaufthyristor ausgebildet.
Das Freilaufmittel 14 ist vorzugsweise parallel zu der (Sekundärseite bzw. dem (Schweiß-)Transformator 7 zugewandten Seite der Schaltmitteleinrichtung 6 und/oder parallel zur Primärwicklung des (Schweiß-)Transformators 7 verschaltet. Das Freilaufmittel 14 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Schweißstrom IS oder den durch diesen auf der Primärseite des Transformators 7 hervorgerufenen Strom bei Abschaltung der Schalteinrichtung 6 bzw. dessen Schaltmittel 12, 13 zu übernehmen, um Überspannungen zu verhindern.
Die Schweißvorrichtung 2 weist vorzugsweise zwei Schweißelektroden 15 auf. Die Schweißelektroden 15 sind derart mit der Schaltungsanordnung 1 verschaltet, dass der mit der Schaltungsanordnung 1 erzeugte Schweißstrom IS über die Schwei-ßelektroden 15 in zwei oder mehr miteinander zu verschweißende Fügeteile 16 leitbar ist bzw. geleitet wird, sodass durch Leiten des Schweißstroms IS durch die Fügeteile 16 die Fügeteile 16 miteinander verschweißt werden.
Vorzugsweise weist mindestens eines der Fügeteile 16 eine Geometrie auf, die zur Konzentration des Schweißstroms IS ausgebildet ist, insbesondere einen oder mehrere Buckel oder dergleichen. Die Geometrie bzw. der Buckel kann beispielsweise ringförmig ausgebildet sein.
Die Schweißvorrichtung 2 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, mit den Schweißelektroden 15 eine Kraft auf die Fügeteile 16 auszuüben, durch die die Fügeteile 16 gegeneinander gedrückt werden. Hierdurch kann/können während eines Schweißvorgangs der Buckel plattgedrückt und/oder die Fügeteile 16 durch die ausgeübte Kraft einander angenähert werden. Die Kraft, die die Schweißelektroden 15 auf die Fügeteile 16 ausüben, ist vorzugsweise einstellbar und/oder vorgebbar.
Grundsätzlich ist die Funktionsweise der Schaltungsanordnung 1 bzw. Schweißvorrichtung 2 wie folgt: Zunächst wird, insbesondere mit der Ladeschaltung 3, der Kondensator 5 geladen. Alternativ wird ein geladener Kondensator 5 bereitgestellt. Anschließend wird mittels der Entladeschaltung 4 der Schweißstrom IS dadurch erzeugt, dass der Kondensator 5 mittels der Schaltmitteleinrichtung 6 mit dem Transformator 7 gekoppelt wird, sodass der vom Kondensator 5 zum Transformator 7 fließende Entladestrom IK mittels des Transformators 7 in den Schweißstrom IS transformiert wird. Der Schweißstrom IS wird mittels der Schweißelektroden 15 durch die zu verschweißenden Fügeteile 16 geführt.
Die Erzeugung des Entladestroms IK des Kondensators 5 erfolgt dadurch, dass ein oder mehrere Schaltmittel 12, 13 der Schaltmitteleinrichtung 6, vorzugsweise separat und/oder nacheinander, angeschaltet werden. Durch das Anschalten eines oder mehrerer der Schaltmittel 12, 13 wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kondensator 5 und dem Transformator 7 hergestellt, sodass eine Entladung des Kondensators 5 über die Schaltmitteleinrichtung 6 und den Transformator 7 ermöglicht ist. Wenn der Kondensator 5 also geladen ist und dann eines der Schaltmittel 12, 13 der Schaltmitteleinrichtung 6 angeschaltet wird, entlädt sich der Kondensator 5 bzw. fließt der Entladestrom IK des Kondensators 5 über die Schaltmitteleinrichtung 6 durch den Transformator 7. Durch den Transformator 7 wird der Entladestrom IK des Kondensators 5 schließlich in den Schweißstrom IS umgewandelt bzw. transformiert.
Die Schaltungsanordnung 1, insbesondere die Entladeschaltung 4, der Kondensator 5, die Schaltmitteleinrichtung 6 und/oder der Transformator 7, sind entsprechend verschaltet und/oder dazu ausgebildet, dass diese beschriebene Funktion der Erzeugung des Schweißstroms IS durch die Schaltungsanordnung 1 ermöglicht ist.
Vorzugsweise ist/sind das erste und/oder zweite Schaltmittel 12, 13 (jeweils) als Leistungshalbleiter ausgebildet.
Ein Leistungshalbleiter im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist insbesondere ein Halbleiterbauelement, das für das Steuern und/oder Schalten hoher elektrischer Ströme und/oder Spannungen ausgelegt ist, vorliegend insbesondere Ströme von mehr als 10 A und/oder Spannungen von mehr als 240 V.
Das erste Schaltmittel 12 ist vorzugsweise abschaltbar. Besonders bevorzugt weist das erste Schaltmittel 12 einen abschaltbaren Leistungshalbleiter auf oder ist dadurch gebildet. Das erste Schaltmittel 12 weist hierzu einen Steuereingang 12C auf, über den mit einer entsprechenden Steuergröße 17A die Abschaltung bewirkt werden kann.
Ganz besonders bevorzugt ist das erste Schaltmittel 12 durch einen IGBT gebildet. Es kann jedoch auch alternativ oder zusätzlich einen IGCT und/oder einen GTO-Thyristor aufweisen und/oder dadurch gebildet sein.
Grundsätzlich kann das erste Schaltmittel 12 auch durch ein anderes abschaltbares elektrisches Bauelement, insbesondere einen abschaltbaren Leistungshalbleiter, gebildet sein, beispielsweise einen Power-MOSFET oder dergleichen. Die Schaltungsanordnung 1 bzw. Schaltmitteleinrichtung 6 kann gegebenenfalls noch angepasst werden, um auch mit einem anderen Leistungshalbleiter wie einem Power-MOSFET die gewünschte Funktion der Schaltmitteleinrichtung 6 bzw. Schaltungsanordnung 1 zu realisieren.
Vorzugsweise weist die Schaltmitteleinrichtung 6 genau ein abschaltbares Schaltmittel 12 auf.
Das abschaltbare erste Schaltmittel 12 kann auch mehrere abschaltbare Leistungshalbleiter aufweisen bzw. dadurch gebildet sein, wobei die mehreren abschaltbare Leistungshalbleiter derart verschaltet sind, dass sie gemeinsam bzw. als ein einzelnes Schaltmittel 12 steuerbar bzw. schaltbar sind bzw. sich wie ein einzelnes Schaltmittel 12 verhalten. Auch derart verschaltete abschaltbare Leistungshalbleiter bilden ein einzelnes erstes Schaltmittel 12 im Sinne der vorliegenden Offenbarung.
Beispielsweise kann das erste Schaltmittels 12 zwei oder drei parallel verschaltete und/oder synchron bzw. gleichzeitig steuerbare bzw. schaltbare, abschaltbare Leistungshalbleiter, insbesondere IGBTs, IGCTs und/oder GTO-Thyristoren, aufweisen oder dadurch gebildet sein.
Das zweite Schaltmittel 13 ist vorzugsweise nicht (aktiv bzw. durch Ansteuerung) abschaltbar. Das zweite Schaltmittel 13 ist vorzugsweise als Thyristor ausgebildet. Dementsprechend werden nachfolgend die Begriffe „Schalten des zweiten Schaltmittels 13“ und „Anschalten des zweiten Schaltmittels 13“ synonym verwendet. Ferner wird das „Anschalten“ eines Thyristors üblicherweise als „Zünden“ bezeichnet. Daher wird im Folgenden anstelle der Formulierung „Anschalten des zweiten Schaltmittels 13“ auch die dazu synonyme und austauschbare Formulierung „Zünden des Thyristors“ verwendet.
Vorzugsweise weist die Schaltmitteleinrichtung 6 genau einen Thyristor auf. Dabei kann ein (einzelner) Thyristor im Sinne der vorliegenden Offenbarung auch mehrere einzelne Bauelemente, insbesondere auch mehrere Thyristoren, aufweisen bzw. dadurch gebildet sein, sofern diese Bauelemente in der Entladeschaltung 4 bzw. Schaltmitteleinrichtung 6 derart verschaltet sind, dass sie sich wie ein (einzelner) Thyristor verhalten.
Die Schaltungsanordnung 1 bzw. Entladeschaltung 4 weist vorzugsweise eine Reihenschaltung des Kondensators 5 und der Schaltmitteleinrichtung 6 und/oder eine Reihenschaltung der Schaltmitteleinrichtung 6 und des Transformators 7 auf. Mit anderen Worten weist die Schaltmitteleinrichtung 6 vorzugsweise den Eingang 6A und den Ausgang 6B auf, wobei der Eingang 6A elektrisch leitend mit dem Kondensator 5 verbunden ist und der Ausgang 6B elektrisch leitend mit dem Transformator 7 verbunden ist, sodass der Kondensator 5, die Schaltmitteleinrichtung 6 und der Transformator 7 in Reihe geschaltet sind.
Der Kondensator 5, die Schaltmitteleinrichtung 6 und der Transformator 7 sind also derart verschaltet, dass durch Anschalten eines oder mehrerer der Schaltmittel 12, 13 der Schaltmitteleinrichtung 6 ein Stromfluss des Entladestroms IK von dem Kondensator 5 zu dem Transformator 7 über die Schaltmitteleinrichtung 6 ermöglicht ist bzw. eine Entladung des Kondensators 5, insbesondere über die Schaltmitteleinrichtung 6 und den Transformator 7, ermöglicht, bzw. bewirkt wird.
Die Schaltmitteleinrichtung 6 ist vorzugsweise dem Kondensator 5 nachgeschaltet und/oder zwischen dem Kondensator 5 und dem Transformator 7 angeordnet bzw. verschaltet. Die Schaltmitteleinrichtung 6 ist derart mit dem Kondensator 5 und/oder dem Transformator 7 verschaltet, dass, wenn der Kondensator 5 geladen ist, durch Anschalten des ersten Schaltmittels 12 und/oder Zünden des Thyristors der Kondensator 5 entladen wird und der Entladestrom IK des Kondensators 5 mittels des Transformators 7 in den Schweißstrom IS transformiert wird.
Vorzugsweise ist die Schaltungsanordnung 1 zum getakteten Schalten insbesondere des ersten Schaltmittels 12 ausgebildet. Das erste Schaltmittel 12, insbesondere der IGBT, ist somit insbesondere getaktet schaltbar.
Unter einem „getakteten“ Schalten des ersten Schaltmittels 12 im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist insbesondere ein wiederholtes An- und Abschalten des ersten Schaltmittels 12 zu verstehen. Mit anderen Worten ist unter einem getakteten Schalten des ersten Schaltmittels 12 insbesondere eine Steuerung des ersten Schaltmittels 12 derart zu verstehen, dass das Schaltmittel 12 wiederholt zwischen dem abgeschalteten bzw. nichtleitenden Zustand und dem angeschalteten bzw. leitenden Zustand wechselt.
Das getaktete Schalten bzw. das wiederholte An- und Abschalten des ersten Schaltmittels 12 erfolgt vorzugsweise mit einer Taktfrequenz von mehreren kHz, vorzugsweise 1 kHz oder mehr und/oder 10 kHz oder weniger, insbesondere etwa 5 kHz.
Das getaktete Schalten des ersten Schaltmittels 12 erfolgt insbesondere dadurch, dass das erste Schaltmittel 12 mit einem Tastgrad TG gesteuert bzw. getaktet geschaltet wird. Der Tastgrad TG ist vorzugsweise veränderbar, insbesondere während des Erzeugens des Entladens des Kondensators 5 bzw. Erzeugen des Schweißstroms IS, besonders bevorzugt während des getakteten Schaltens des ersten Schaltmittels 12.
Als Tastgrad TG im Sinne der vorliegenden Offenbarung wird insbesondere das Verhältnis der Zeit, in der sich das erste Schaltmittel 12 im angeschalteten Zustand befindet, und der Zykluszeit, in der sich das erste Schaltmittel 12 einmal im angeschalteten und einmal im abgeschalteten Zustand befindet, bezeichnet. Insbesondere gibt der Tastgrad TG das Verhältnis der Zeiten während einer Periodendauer der Taktfrequenz an. Der Tastgrad TG ist eine dimensionslose Zahl, die einen beliebigen Wert zwischen 0 und 1 (einschließlich der Randwerte 0 und 1) annehmen kann. Der Tastgrad wird in der Regel als eine Prozentzahl (zwischen 0 % und 100 %) angegeben.
So bedeutet beispielsweise ein Tastgrad von 0,5, dass das erste Schaltmittel 12 jeweils zu 50 % der Zeit einer Periodendauer der Taktfrequenz angeschaltet ist und zu 50 % der Zeit einer Periodendauer der Taktfrequenz abgeschaltet ist. Ein Tastgrad TG von 0,75 bedeutet dementsprechend, dass das erste Schaltmittel 12 zu 75 % der Zeit angeschaltet ist und zu 25 % der Zeit abgeschaltet ist. Ein Tastgrad TG von 1 ist gleichbedeutend mit einem vollständigen Anschalten des ersten Schaltmittels 12 und ein Tastgrad TG von 0 ist gleichbedeutend mit einem vollständigen Abschalten des ersten Schaltmittels 12. Ein höherer Wert des Tastgrads TG ist daher gleichbedeutend mit einer höheren Zeitdauer, während der das erste Schaltmittel 12 angeschaltet ist.
Dementsprechend entlädt sich der Kondensator 5 mit steigendem Tastgrad TG schneller.
Insbesondere ist durch Variation des Tastgrads TG der Verlauf bzw. die Steigung der Stromkennlinie SK des Schweißstroms IS einstellbar. Dies ist insbesondere in den 4 und 5 dargestellt, die später noch detaillierter erläutert werden.
Die Schaltungsanordnung 1 bzw. Schweißvorrichtung 2 weist vorzugsweise eine Steuereinrichtung 17 auf. Die Steuereinrichtung 17 stellt insbesondere einen separaten Aspekt der vorliegenden Erfindung dar, der auch unabhängig von der Schaltungsanordnung und/oder Schweißvorrichtung realisierbar ist.
Die Steuereinrichtung 17 ist vorzugsweise zum Steuern der Schaltungsanordnung 1, insbesondere der Entladeschaltung 4, und/oder zum Steuern der Entladung des Kondensators 5 bzw. zum Steuern des Entladestroms IK ausgebildet. Die Steuereinrichtung 17 ist vorzugsweise dazu ausgebildet einen oder mehrere Steuergrö-ßen 17A zu erzeugen, um die Schaltmittel 12, 13, bevorzugt getrennt voneinander, zu schalten. Insbesondere sind voneinander getrennte Steuergrößen 17A vorgesehen, um das erste Schaltmittel 12 über seinen Steuereingang 12C zu schalten und um das zweite Schaltmittel 13 über seinen Steuereingang 13C zu schalten. Die Steuereinrichtung 17 ist also vorzugsweise mit den Steuereingängen 12C, 13C der Schaltmittel 12, 13 derart gekoppelt, dass die Schaltmittel 12, 13 durch die Steuereinrichtung 17 in der beschriebenen Art und Weise steuer-, insbesondere schaltbar sind.
Unter dem Begriff „Steuern“ im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird insbesondere jegliche Einstellung von Werten bzw. Parametern zum bzw. beim Betrieb der Schaltungsanordnung 1, insbesondere der Entladeschaltung 4, verstanden. Weiter umfasst der Begriff „Steuern“ vorzugsweise auch jegliche Steuerung und Regelung von Bauteilen der Schaltungsanordnung 1 bzw. Schweißvorrichtung 2 im Sinne der Steuerungs- und Regelungstechnik.
Die Steuereinrichtung 17 ist dazu ausgebildet, die Schaltmittel 12, 13 der Schaltmitteleinrichtung 6 separat, insbesondere nacheinander, zu schalten bzw. zu steuern. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung 17 dazu ausgebildet, erst das erste Schaltmittel 12 anzuschalten und zu einem späteren Zeitpunkt den Thyristor zu zünden. Weiter ist die Steuereinrichtung 17 vorzugsweise dazu ausgebildet, zwischen dem Anschalten des ersten Schaltmittels 12 und dem Zünden des Thyristors das erste Schaltmittel 12 getaktet zu schalten.
Die Steuereinrichtung 17 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Tastgrad TG zu verändern, insbesondere während des getakteten Schaltens des ersten Schaltmittels 12.
Optional ist die Steuereinrichtung 17 zur Steuerung des Ladevorgangs des Kondensators 5 bzw. zur Vorgabe der im Kondensator 5 vor Durchführung des Schweißvorgangs gespeicherten Energie ausgebildet. Hierzu kann die Steuereinrichtung 17 die Ladeschaltung 3 bzw. deren Thyristorsteller 8, gegebenenfalls unter Überwachung der Ladespannung des Kondensators 5, steuern, um den Kondensator 5 auf eine vorgebbare und/oder maximale Speicherenergie zu laden. Hierbei ist die Steuereinrichtung 17 vorzugsweise auch dazu ausgebildet, den Ladevorgang und den anschließenden Schweißvorgang zu koordinieren, derart, dass der Ladevorgang bis zu einem vorgebbaren bzw. maximalen Energielevel durchgeführt wird, bevor der Schweißvorgang wie beschrieben gestartet wird.
Die Steuereinrichtung 17 ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet bzw. weist mehrere funktionale Bausteine auf. Insbesondere weist die Steuereinrichtung 17 eine Maschinensteuerung und eine (gesonderte) Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Schaltmitteleinrichtung 6 bzw. des Schaltmittels 12 auf oder besteht daraus. Diese gesonderte Steuerungseinrichtung wird auch als IGBT-Steuerung bezeichnet.
Vorzugsweise erhält die IGBT-Steuerung von der Maschinensteuerung Befehle über Schaltzeiten und Tastgrade.
Die Maschinensteuerung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das zweite Schaltmittel 13 bzw. den Thyristor zu zünden und/oder den Ladevorgang des Kondensators 5 zu steuern bzw. zu regeln. Vorzugsweise steuert bzw. realisiert die Maschinensteuerung auch alle anderen Funktionen der Schweißvorrichtung 2.
Die Bedieneinheit 18 ist vorzugsweise an die Maschinensteuerung angeschlossen. Das (nachfolgend noch näher erläuterte) Berechnen der Schaltparameter aus den vorgegebenen Zielparametern kann wahlweise in die Maschinensteuerung oder in die Bedieneinheit 18 integriert sein.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Schweißstroms IS näher erläutert. Die Schaltungsanordnung 1 bzw. die Steuereinrichtung 17 ist/sind vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet. Ferner wird das Verfahren vorzugsweise mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 durchgeführt.
Neben dem Verfahren zur Erzeugung des Schweißstroms IS betrifft die vorliegende Erfindung vorzugsweise auch ein Schweißverfahren, insbesondere ein KE-Schweißverfahren. Das KE-Schweißverfahren wird vorzugsweise mit der Schweißvorrichtung 2 durchgeführt. Ferner wird bei dem KE-Schweißverfahren der Schweißstrom IS vorzugsweise mit dem nachfolgend näher erläuterten Verfahren zur Erzeugung eines Schweißstroms IS erzeugt. Bei dem KE-Schweißverfahren wird der Schweißstrom IS mittels der Schweißelektroden 15 durch zwei oder mehr miteinander zu verschweißende Fügeteile 16 geführt, sodass diese miteinander verschweißt werden. Vorzugsweise wird bei dem KE-Schweißverfahren eine Kraft auf die Fügeteile 16 ausgeübt, die die Fügeteile 16 zusammendrückt. Insbesondere wird die Kraft mittels der Schweißelektroden 15 auf die Fügeteile 16 ausgeübt.
Bei dem Verfahren zum Erzeugen des Schweißstroms IS wird der geladene Kondensator 5 bereitgestellt. Hierzu kann der Kondensator 5 geladen werden, um Energie für einen Schweißvorgang bereitzustellen. Das Laden des Kondensators 5 erfolgt vorzugsweise wie bereits voranstehend beschrieben, insbesondere mittels der Ladeschaltung 3.
Der geladene Kondensators 5 wird entladen und der bei der Entladung des Kondensators 5 erzeugte Entladestrom IK in den Schweißstrom IS transformiert bzw. umgewandelt.
Hierzu wird bei geladenem Kondensator 5 mindestens eines der Schaltmittel 12, 13 der Schaltmitteleinrichtung 6 geschaltet bzw. angeschaltet. Hierdurch erfolgt eine Entladung des Kondensators 5 bzw. wird die Entladung bewirkt/ausgelöst. Der durch die Entladung des Kondensators 5 erzeugte Entladestrom IK wird mittels des Transformators 7 in den Schweißstrom IS transformiert bzw. umgewandelt.
Vorzugsweise wird zunächst das erste Schaltmittel 12 angeschaltet. Dies bewirkt vorzugsweise ein (teilweises) Entladen des (geladenen) Kondensators 5 über das erste Schaltmittel 12. Anschließend bzw. zu einem späteren Zeitpunkt wird vorzugsweise das zweite Schaltmittel 13 angeschaltet bzw. der Thyristor gezündet. Hierdurch entlädt sich der Kondensator 5 (weiter) zumindest primär über den Thyristor bzw. fließt der Entladestrom IK über den Thyristor. Ist der Kondensator 5 vollständig entladen, klingt der Entladestrom IK vorzugsweise über das Freilaufmittel 14 ab, bis er asymptotisch den Wert Null erreicht.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Schweißstrom IS weist vorzugsweise eine flexibel einstellbare bzw. anpassbare Stromkennlinie SK auf. Insbesondere weist die Stromkennlinie SK mehrere Pulse auf. Die Schaltungsanordnung 1 bzw. Steuereinrichtung 17 ist vorzugsweise zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens bzw. zur Erzeugung eines Schweißstroms IS, dessen Stromkennlinie SK mehrere Pulse aufweist, ausgebildet. Hierzu kann die Steuereinrichtung 17 entsprechende Steuergrößen 17A erzeugen und mit diesen die Schaltmittel 12, 13 steuern.
Als Stromkennlinie SK wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere die Kurve bzw. der Graph des Schweißstroms IS in einem Diagramm, bei dem die Stromstärke des Schweißstroms IS über der Zeit aufgetragen ist, bezeichnet. Mit anderen Worten ist die Stromkennlinie der zeitliche Verlauf des Schweißstroms IS bzw. der Stromstärke des Schweißstroms IS.
In 2 ist zunächst beispielhaft ein typischer Verlauf einer Stromkennlinie SK des Schweißstroms IS gezeigt, die sich bei der Erzeugung von Schweißströmen bzw. Pulsen mit den eingangs genannten herkömmlichen KE-Schweißmaschinen ergibt. Solche herkömmlichen KE-Schweißmaschinen weisen vorzugsweise grundsätzlich einen ähnlichen Aufbau auf wie die in 1 dargestellte Schweißvorrichtung 2, wobei bei herkömmlichen KE-Schweißmaschinen an Stelle einer Schaltmitteleinrichtung 6 mit einem abschaltbaren ersten Schaltmittel 12 und einem Thyristor als zweites Schaltmittel 13 lediglich ein einzelner Thyristor vorgesehen ist. Durch Zünden des Thyristors ergibt sich dann die in 2 dargestellte Stromkennlinie SK, wobei die Stromkennlinie SK einen einzelnen Strompuls aufweist bzw. daraus besteht. Da der Thyristor nicht abschaltbar ist und der Verlauf der Stromkennlinie SK durch die Eigenschaften der Schaltungsanordnung, insbesondere die Induktivitäten, Widerstände und Kapazitäten der Schaltungsanordnung, bestimmt ist, ist der Verlauf der Stromkennlinie SK nicht veränderbar und wird bei jedem Strompuls bzw. jeder Kondensatorentladung vollständig durchlaufen. Der Strompuls weist zunächst einen recht schnellen Anstieg der Stromstärke bis zu einem Maximum auf. Nach dem Erreichen des Maximums fällt die Stromstärke wieder ab. Diese Form des Stromverlaufs wird auch als Stoßstrom bezeichnet.
Die 3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen beispielhaften Verlauf des Schweißstroms IS bzw. die Stromkennlinie SK des Schweißstroms IS bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung des Schweißstroms IS. In der 3 ist die Stromkennlinie SK als durchgezogene Linie dargestellt. Der Schweißstrom IS in kA ist gegen die Zeit T in ms aufgetragen. Zusätzlich ist in der 3 zur Veranschaulichung der Verlauf der Spannung des Kondensators 5, nachfolgend verkürzt als Kondensatorspannung UC bezeichnet, als gestrichelte Kurve dargestellt.
Die Stromkennlinie SK weist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise mehrere Pulse auf. Insbesondere weist die Stromkennlinie SK zumindest einen Vorpuls V und einen Hauptpuls H auf. Vorzugsweise beginnt die Stromkennlinie SK mit dem Vorpuls V. Der Hauptpuls H liegt vorzugsweise zeitlich nach dem Vorpuls V.
Vorzugsweise weist die Stromkennlinie SK einen Übergangsbereich UB, insbesondere zusätzlich zu dem Vorpuls V und dem Hauptpuls H auf. Der Übergangsbereich UB liegt vorzugsweise zwischen dem Vorpuls V und dem Hauptpuls H. Insbesondere hat der Übergangsbereich UB eine Zeitdauer von mehr als 0 ms. Mit anderen Worten ist der Übergangsbereich UB vorzugsweise ein zeitlicher Bereich und nicht lediglich ein einzelner Zeitpunkt.
Besonders bevorzugt weist die Stromkennlinie SK also zwei oder drei aufeinanderfolgende und/oder unterschiedliche Phasen auf, nämlich den Vorpuls V, den (optionalen) Übergangsbereich UB und den Hauptpuls H, wobei der Übergangsbereich UB, sofern vorhanden, sich unmittelbar an den Vorpuls V anschließt und der Hauptpuls H sich unmittelbar an den Vorpuls V, oder, wenn ein Übergangsbereich UB vorhanden ist, an den Übergangsbereich UB, anschließt.
Die „eigentliche“ Schweißung, also das dauerhafte Verbinden der Fügeteile 16, erfolgt vorzugsweise zumindest zu einem maßgeblichen Teil während des Hauptpulses H bzw. wird vorzugsweise während des Hauptpulses H abgeschlossen. Insbesondere dient der Hauptpuls H also zum Ausführen bzw. Vollenden der Schweißung.
Der Vorpuls V dient insbesondere dazu, die Schweißung einzuleiten, die Fügeteile 16 vorzuwärmen und/oder zu aktivieren und insbesondere die Materialtemperatur des Buckels deutlich zu erhöhen und/oder dessen Stabilität (gegenüber der Elektrodenkraft) deutlich zu reduzieren. Insbesondere dient der Vorpuls V somit dazu, die Schweißung mittels des Hauptpulses H in einer ersten Phase einzuleiten.
Der Übergangsbereich UB dient vorzugsweise zur (thermischen) Verbindung bzw. thermischen Kopplung des Vorpulses V und des Hauptpulses H. Vorzugsweise ist mittels des Übergangsbereichs UB, insbesondere durch entsprechende Einstellung bzw. Steuerung der Stromkennlinie SK in dem Übergangsbereich UB, der Grad der thermischen Kopplung zwischen Vorpuls V und Hauptpuls H einstellbar bzw. steuerbar.
Die Stromkennlinie SK weist vorzugsweise mehrere markante Punkte A, B, C, D und/oder E auf. Diese Punkte sind insbesondere in 3 dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Jeder Punkt A bis E weist vorzugsweise zwei Koordinaten auf, nämlich einen Zeitpunkt, nachfolgend mit den Bezugszeichen TA bis TE bezeichnet, und eine Stromstärke zu dem jeweiligen Zeitpunkt, nachfolgend mit den Bezugszeichen IA bis IE gekennzeichnet. Die Koordinaten können insbesondere als x-Koordinate und y-Koordinate des jeweiligen Punkts verstanden werden, wobei die der jeweilige Zeitpunkt TA-TE die x-Koordinate und die jeweilige Stromstärke IA-IE die y-Koordinate darstellt.
Der Vorpuls V weist ein Vorpulsmaximum A auf. Das Vorpulsmaximum A weist als Koordinaten den Zeitpunkt TA des Vorpulsmaximums A und die Stromstärke IA des Vorpulsmaximums A auf. Vorzugsweise steigt die Stromstärke bzw. Stromkennlinie SK vom Beginn des Vorpulses V bis zum Vorpulsmaximum A an, insbesondere stetig und/oder (streng) monoton steigend, und fällt die Stromstärke bzw. Stromkennlinie SK nach dem Erreichen des Vorpulsmaximums A ab, insbesondere stetig und/oder (streng) monoton fallend.
Die Stromstärke IA des Vorpulsmaximums A beträgt vorzugsweise mindestens 30 kA oder mehr, bevorzugt mindestens 50 kA oder mehr, insbesondere mindestens 70 kA oder mehr, und/oder höchstens 220 kA oder weniger, bevorzugt höchstens 200 kA oder weniger, insbesondere höchstens 170 kA oder weniger.
Weiter weist der Vorpuls V ein Ende B auf. Das Ende B des Vorpulses V weist als Koordinaten den Zeitpunkt TB des Endes B des Vorpulses V und die Stromstärke IB des Endes B des Vorpulses V auf.
Der Hauptpuls H weist ein Hauptpulsmaximum E auf. Das Hauptpulsmaximum E weist als Koordinaten den Zeitpunkt TE des Hauptpulsmaximums E und die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E auf. Vorzugsweise steigt die Stromstärke bzw. Stromkennlinie SK vom Beginn des Hauptpulses H bis zum Hauptpulsmaximum E an, insbesondere stetig und/oder (streng) monoton steigend, und fällt die Stromstärke bzw. Stromkennlinie SK nach dem Erreichen des Hauptpulsmaximums E ab, insbesondere stetig und/oder (streng) monoton fallend.
Das Hauptpulsmaximum E bzw. dessen Stromstärke IE ist vorzugsweise höher als das Vorpulsmaximum A bzw. dessen Stromstärke IA. Mit anderen Worten gilt vorzugsweise IE > IA.
Die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E beträgt vorzugsweise mindestens 80 kA oder mehr, bevorzugt mindestens 100 kA oder mehr, insbesondere mindestens 120 kA oder mehr, und/oder höchstens 1000 kA oder weniger, bevorzugt höchstens 800 kA oder weniger, insbesondere höchstens 500 kA oder weniger.
Weiter weist der Hauptpuls H einen Beginn D auf. Der Beginn D des Hauptpulses H weist als Koordinaten den Zeitpunkt des TD des Beginns D des Hauptpulses H und die Stromstärke ID des Beginns D des Hauptpulses H auf. Sofern die Stromkennlinie SK keinen Übergangsbereich UB aufweist, ist der Beginn D des Hauptpulses H insbesondere identisch mit dem Ende B des Vorpulses V.
Sofern die Stromkennlinie SK den optionalen Übergangsbereich UB aufweist, beginnt dieser mit dem Ende B des Vorpulses V und endet mit dem Beginn D des Hauptpulses H. Mit anderen Worten ist der Übergangsbereich UB zeitlich also durch das Ende B des Vorpulses V und den Beginn D des Hauptpulses H begrenzt.
Der Übergangsbereich UB weist vorzugsweise einen Wendepunkt C auf. Der Wendepunkt C des Übergangsbereichs UB weist als Koordinaten vorzugsweise den Zeitpunkt TC des Wendepunkts C und die Stromstärke IC des Wendepunkts C auf. Insbesondere liegt der Wendepunkt C zwischen dem Ende B des Vorpulses V und dem Beginn D des Hauptpulses H.
In dem Übergangsbereich UB wird vorzugsweise eine Mindeststromstärke des Schweißstroms IS nicht unterschritten. Insbesondere wird das erste Schaltmittel 12, vorzugsweise mittels der Steuereinrichtung 17, derart geschaltet, insbesondere getaktet geschaltet, dass die Mindeststromstärke nicht unterschritten wird. Vorzugsweise weist in dem Übergangsbereich UB der Tastgrad TG einen Wert auf, durch den das erste Schaltmittel 12 derart getaktet geschaltet wird, dass die Mindeststromstärke nicht unterschritten wird.
Die Mindeststromstärke ist insbesondere die Grenze G der thermischen Kopplung.
Als „Grenze der thermischen Kopplung“ wird insbesondere die Mindeststromstärke des Schweißstroms IS bezeichnet, bei deren Unterschreiten der Schweißprozess metallographisch abgeschlossen ist. Die Mindeststromstärke bzw. Grenze G der thermischen Kopplung beträgt vorzugsweise das 0,5-fache bis 0,3-fache der Stromstärke IA des Vorpulsmaximums A. Mathematisch ausgedrückt gilt also vorzugsweise G = 0,5 * IA bis G = 0,3 * IA.
Vorzugsweise beträgt die Mindeststromstärke bzw. Grenze G der thermischen Kopplung 20 kA oder mehr, bevorzugt 30 kA oder mehr, insbesondere 40 kA oder mehr, und/oder 80 kA oder weniger, bevorzugt 70 kA oder weniger, insbesondere 60 kA oder weniger.
Durch das Takten bzw. getaktete Schalten bzw. den Tastgrad TG ergeben sich im Übergangsbereich UB in der Stromkennlinie SK Zacken bzw. Rippel, wie in den Figuren dargestellt. Diese Zacken/Rippel werden vorliegend nicht als „Pulse“ betrachtet bzw. bezeichnet. Weiter stellen die Spitzen dieser Zacken/Rippel keine Wendepunkte C dar, sondern ein Wendepunkt C ist insbesondere ein Punkt, an dem der Tastgrad TG geändert wird, wie weiter unten erläutert.
Der Übergangsbereich UB weist vorzugsweise einen ersten Abschnitt UB1 und einen zweiten Abschnitt UB2 auf. Vorzugsweise wird der Übergangsbereich UB durch den Wendepunkt C in den ersten Abschnitt UB1 und den zweiten Anschnitt UB2 unterteilt. Vorzugsweise beginnt der erste Abschnitt UB1 mit dem Ende B des Vorpulses V bzw. dem Beginn des Übergangsbereichs UB und endet der erste Abschnitt UB1 mit dem Wendepunkt C. Vorzugsweise beginnt der zweite Abschnitt UB2 mit dem Wendepunkt C und endet der zweite Abschnitt UB2 mit dem Ende des Übergangsbereichs UB bzw. dem Beginn D des Hauptpulses H.
Der erste Abschnitt UB1 und der zweite Abschnitt UB2 weisen vorzugsweise unterschiedliche Tastgrade TG auf bzw. unterscheiden sich vorzugsweise dadurch, dass im ersten Abschnitt UB1 der Tastgrad TG einen anderen Wert hat als im zweiten Abschnitt UB2. Der Zeitpunkt TC ist vorzugsweise der Zeitpunkt, an dem der Wert des Tastgrads TG geändert wird. Entsprechend ist der Wendepunkt C vorzugsweise der Punkt, an dem der Wert des Tastgrads TG geändert wird.
Es ist jedoch nicht zwingend, dass der Übergangsbereich UB den Wendepunkt C und/oder zwei Abschnitte UB1, UB2 aufweist. Es könnte insbesondere mit nur einem Tastgrad TG innerhalb des Übergangsbereichs UB gearbeitet werden.
Andererseits wäre es auch möglich, dass der Übergangsbereich UB mehr als zwei Abschnitte UB1, UB2 mit unterschiedlichen Tastgraden TG aufweist. Ferner wäre auch der Einsatz einer Stromregelung möglich, die den Tastgrad TG ständig so ändert bzw. anpasst, dass sich der vorgegebene Stromverlauf einstellt.
Der Hauptpuls H wird vorzugsweise durch Schalten des zweiten Schaltmittels 13 bzw. Zünden des Thyristors (des zweiten Schaltmittels 13) erzeugt. Insbesondere wird also zum Zeitpunkt TD das zweite Schaltmittel 13 geschaltet bzw. der Thyristor gezündet. Vorzugsweise beginnt der Hauptpuls H und/oder endet der Übergangsbereich UB mit dem Zünden des Thyristors.
Der Anstieg des Schweißstroms IS während des Hauptpulses H bzw. vom Beginn D des Hauptpulses H bis zum Hauptpulsmaximum E ist vorzugsweise durch die Eigenschaften, insbesondere Kapazität, Widerstand und Induktivität, der Entladeschaltung 4 bestimmt. Der Zeitpunkt TE und die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E ergeben sich daher vorzugsweise automatisch und/oder ausschließlich aus der Spannung bzw. Energie bzw. Ladung des Kondensators 5 zu Beginn D des Hauptpulses H.
Der Vorpuls V wird vorzugsweise durch Anschalten des ersten Schaltmittels 12 erzeugt. Vorzugsweise wird das erste Schaltmittel 12 zu dem Zeitpunkt TA abgeschaltet. Vorzugsweise hat der Tastgrad TG also bis zum Zeitpunkt TA den Tastgrad TG = 1 und/oder vom Zeitpunkt TA an bis zum Zeitpunkt TB den Wert TG = 0.
Durch das Abschalten des ersten Schaltmittels 12 zum Zeitpunkt TA wird insbesondere der Fluss des Entladestroms IK über die Schaltmitteleinrichtung 6, insbesondere das erste Schaltmittel 12, unterbunden bzw. unterbrochen, sodass nach dem Zeitpunkt TA der Entladestrom IK und damit der Schweißstrom IS nicht weiter ansteigt bzw. das Vorpulsmaximum A erreicht ist. Nach dem Vorpulsmaximum A sinkt der Schweißstrom IS daher wieder.
Der Anstieg des Schweißstroms IS während des Vorpulses V bzw. bis zum Vorpulsmaximum A ist vorzugsweise durch die Eigenschaften, insbesondere Kapazität, Widerstand und Induktivität, der Entladeschaltung 4 bestimmt. Insbesondere ist der Zeitpunkt TA des Vorpulsmaximum und/oder die Stromstärke IA daher den Zeitpunkt, zu dem das erste Schaltmittel 12 abgeschaltet wird bzw. der Tastgrad TG von 1 auf 0 geändert wird, einstellbar bzw. steuerbar.
Der Verlauf der Stromkennlinie SK in dem Übergangsbereich UB ist vorzugsweise flexibel einstellbar bzw. steuerbar. Insbesondere wird in dem Übergangsbereich UB das erste Schaltmittel 12 getaktet geschaltet. Durch das getaktete Schalten, insbesondere durch Einstellen, Anpassen, Verändern und/oder Steuern des Tastgrads TG, ist vorzugsweise der Verlauf der Stromkennlinie SK in dem Übergangsbereich UB einstellbar bzw. veränderbar.
Vorzugsweise weist der Tastgrad TG in dem ersten Abschnitt UB1 einen anderen Wert auf als in dem zweiten Abschnitt UB2 des Übergangsbereichs UB.
Der Tastgrad TG wird vorzugsweise mittels der Steuereinrichtung 17 gesteuert, eingestellt, gesteuert und/oder geändert. Vorzugsweise schaltet bzw. steuert die Steuereinrichtung 17 das erste Schaltmittel 12 mit dem Tastgrad TG. Vorzugsweise wird zum Zeitpunkt TC mittels der Steuereinrichtung 17 der Tastgrad TG geändert (über die Steuergröße 17A, die am Steuereingang 12C des ersten Schaltmittels 22 erzeugt wird).
In 4 ist beispielhaft dargestellt, wie durch die Wahl des Tastgrads TG, insbesondere in dem Übergangsbereich UB, der Verlauf der Stromkennlinie SK, insbesondere in dem Übergangsbereich UB, verändert werden kann.
Die 4 zeigt beispielhaft drei verschiedene Stromkennlinien SK1, SK2, SK3. Jede der gezeigten Stromkennlinien SK1, SK2, SK3 weist einen identischen Vorpuls V auf. Auch der Verlauf des Hauptpulses H ist bei jeder der gezeigten Stromkennlinien SK im Wesentlichen identisch, von leicht abweichenden Ladezuständen des Kondensators 5 abgesehen. Die verschiedenen Stromkennlinien SK1, SK2, SK3 unterscheiden sich durch die Länge des Übergangsbereichs UB und den Verlauf der Stromkennlinie SK1, SK2, SK3 in dem Übergangsbereich UB. Der Übergangsbereich UB beginnt jeweils in Punkt B mit dem Anstieg der Stromkennlinie SK1, SK2, SK3 bei etwa T = 2 ms und endet jeweils in Punkt D, der für die verschiedenen Stromkennlinien SK1, SK2, SK3 zwischen T = 4 ms und T = 6 ms liegt.
Bei der Stromkennlinie SK1 in 4 hat in dem Übergangsbereich UB der Tastgrad TG den Wert TG = 1. Mit anderen Worten ist bei der Stromkennlinie SK1 in dem Übergangsbereich UB das erste Schaltmittel 12 dauerhalft angeschaltet, jedenfalls bis zu einem Strommaximum im Übergangsbereich UB.
Bei der Stromkennlinie SK2 in 4 hat in dem Übergangsbereich UB der Tastgrad TG den Wert TG = 0,75. Bei der Stromkennlinie SK3 in 4 hat der Tastgrad TG in einem ersten Abschnitt UB1 des Übergangsbereichs UB den Wert TG = 0,5 und in einem zweiten Abschnitt UB2 des Übergangsbereichs UB den Wert TG = 0,75.
Durch die unterschiedlichen Tastgrade TG wird der Verlauf der Stromkennlinie SK in dem Übergangsbereich UB beeinflusst, wie in 4 ersichtlich. Insbesondere führt ein kleinerer Tastgrad TG zu einem flacheren Ansteigen der Stromkennlinie SK.
So ist mittels des Tastgrads TG der Verlauf der Stromkennlinie SK, in dem Übergangsbereich UB einstellbar bzw. steuerbar. Durch Veränderung des Tastgrads TG ist daher der Schweißstrom IS an unterschiedliche Anforderungen der jeweiligen Schweißaufgabe anpassbar.
Die 5 zeigt beispielhaft vier verschiedene Stromkennlinien SK4, SK5, SK6 und SK7. Ferner ist in 5 die Grenze G der thermischen Kopplung beispielhaft dargestellt.
Jede der in 5 gezeigten Stromlinien SK4, SK5, SK6, SK7 weist einen identischen Vorpuls V auf. Die Stromkennlinien SK4 und SK5 weisen jeweils keinen Übergangsbereich UB auf, sondern der Hauptpuls H schließt sich unmittelbar an den Vorpuls A an. Die Stromlinien SK4 und SK5 sind sowohl mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung als auch mit der in der bereits eingangs erwähnten EP 3 138 649 B1 beschriebenen Vorrichtung bzw. dem dort beschriebenen Verfahren realisierbar. Die Stromkennlinien SK6 und SK7 sind mit der vorliegenden Erfindung realisierbar, aber nicht mit der in der EP 3 138 649 B1 beschriebenen Vorrichtung bzw. dem dort beschriebenen Verfahren.
Bei der EP 3 138 649 B1 sind anstelle einer Schaltmitteleinrichtung 6 mit einem abschaltbaren ersten Schaltmittel 12 und einem als Thyristor ausgebildeten zweiten Schaltmittel 13 mehrere parallel geschaltete Thyristoren vorgesehen. Hierdurch entsteht der Nachteil, dass die Zündverzögerung zwischen dem Vorpuls V und dem Hauptpuls H nicht beliebig groß gewählt werden kann, ohne dass die Grenze G der thermischen Kopplung unterschritten wird, wie nachfolgend insbesondere anhand von 5 näher erläutert wird.
In 5 wird bei der Stromkennlinie SK4 die Grenze G der thermischen Kopplung nicht unterschritten, sodass bei der Stromkennlinie SK4 der Vorpuls V und der Hauptpuls H thermisch gekoppelt sind bzw. der Schweißprozess zwischen dem Vorpuls V und dem Hauptpuls H nicht unterbrochen wird.
Bei der in 5 dargestellten Stromkennlinie SK5 hingegen wird die Grenze G der thermischen Kopplung durch die spätere Zündung des Thyristors bzw. den größeren zeitlichen Abstand zwischen Vorpuls V und Hauptpuls H unterschritten. Somit sind bei der Stromkennlinie SK5 der Vorpuls V und der Hauptpuls H thermisch voneinander entkoppelt bzw. ist zu Beginn des Hauptpulses H der Schweißprozess bereits abgeschlossen bzw. unterbrochen. Insbesondere stellen damit der Vorpuls V und der Hauptpuls H bei der Stromkennlinie SK5 genau genommen nicht verschiedene Pulse des gleichen Schweißvorgangs dar, sondern den Puls eines Schweißvorgangs und einen nachfolgenden Puls, der nur noch ein Anlassen bewirkt, wie eingangs bereits erläutert.
Wie aus der Darstellung in 5 hervorgeht, wird bei Verwendung der Vorrichtung aus der EP 3 138 649 B1 die Grenze G der thermischen Kopplung unterschritten, sobald die Zündverzögerung zu groß gewählt wird bzw. Zeitpunkt TD, also der Beginn D des Hauptpulses H, zu spät gewählt wird. Somit ist bei der Vorrichtung bzw. dem Verfahren aus der EP 3 138 649 B1 die Zündverzögerung bzw. der zeitliche Abstand zwischen dem Vorpuls V und dem Hauptpuls H nicht beliebig groß einstellbar.
Die in 5 dargestellten Stromkennlinien SK6 und SK7 sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren realisierbar. Insbesondere weisen die Stromkennlinien SK6 und SK7 einen Übergangsbereich UB auf, in dem die Grenze G der thermischen Kopplung nicht unterschritten wird. Insbesondere kann die Zündverzögerung zwischen dem Vorpuls V und dem Hauptpuls H bzw. der Zeitpunkt TD des Beginns des Hauptpulses H bzw. der Abstand zwischen dem Zeitpunkt TA des Maximums A des Vorpulses V und dem Zeitpunkt TD des Beginns D des Hauptpulses H beliebig gewählt werden, ohne dass die Grenze G der thermischen Kopplung unterschritten wird.
Insbesondere kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Absinken des Schweißstroms IS unter die Grenze G der thermischen Kopplung durch ein getaktetes Schalten des ersten Schaltmittels 12 in dem Übergangsbereich UB bzw. zwischen dem Vorpuls V und dem Hauptpuls H verhindert werden.
Bei der Stromkennlinie SK6 aus 5 wurde in dem Übergangsbereich UB das erste Schaltmittel 12 derart getaktet geschaltet bzw. der Tastgrad TG derart gewählt, dass die Stromstärke IS während des Übergangsbereichs UB, in 5 also insbesondere zwischen etwa T = 2 ms und T = 4 ms, (abgesehen von den durch das getaktete Schalten bedingte Zacken/Rippel) etwa konstant bleibt, und dann der Thyristor gezündet wird, sodass der Hauptpuls H entsteht. Durch das getaktete Schalten des ersten Schaltmittels 12 unterschreitet die Stromstärke des Schweißstroms IS bzw. die Stromkennlinie SK6 die Grenze G der thermischen Kopplung nicht und der Zeitpunkt TD des Beginns D des Hauptpulses H kann flexibel und abhängig vom beabsichtigten Schweißergebnis und von den Fügeteileigenschaften gewählt werden, ohne dass der Schweißprozess zwischen dem Vorpuls V und dem Hauptpuls H unterbrochen wird.
Ferner ist der Verlauf der Stromkennlinie SK vorzugsweise in dem Übergangsbereich UB, flexibel anpassbar bzw. einstellbar. Dies ist in 5 insbesondere durch die Stromkennlinie SK7 veranschaulicht. Im Vergleich zur Stromkennlinie SK6 wurde bei der Stromkennlinie SK7 kurz vor dem Zeitpunkt, zu dem bei der Stromkennlinie SK6 der Thyristor gezündet und somit der Hauptpuls H erzeugt wurde, der Tastgrad TG geändert, insbesondere erhöht. Hierdurch wird der Verlauf des Schweißstroms IS aus dem Übergangsbereich UB im Hauptpuls H fortgesetzt. Durch die Erhöhung des Tastgrads TG steigt in dem zweiten Abschnitt UB2 die Stromstärke bzw. die Stromkennlinie SK7 an. Bei etwa T = 6 ms wurde schließlich der Thyristor gezündet, sodass hierdurch der Hauptpuls H erzeugt wird. Insgesamt wurde bei der Stromkennlinie SK7 daher der Übergangsbereich UB im Vergleich zur Stromkennlinie SK6 länger gewählt und der Verlauf der Stromkennlinie SK7, insbesondere in dem Übergangsbereich UB, flexibel angepasst, wobei die Grenze G der thermischen Kopplung nicht unterschritten wird. Der Hauptpuls H in der Stromkennlinie SK7 erhält durch den zweiten Abschnitt UB2 des Übergangsbereichs UB praktisch einen flacheren Stromanstieg als in der Stromkennlinie SK6, wodurch ein verändertes Schweißverhalten, insbesondere mit einer verringerten Spritzerausbringung, erzielt wird.
Das Verfahren zur Erzeugung des Schweißstroms IS läuft vorzugsweise wie folgt ab bzw. weist vorzugsweise die folgenden Schritte auf:

Zur Erzeugung des Schweißstroms IS nach dem Laden des Kondensators 5 wird zunächst das erste Schaltmittel 12 mittels der Steuereinrichtung 17 angeschaltet. Hierdurch wird insbesondere die Entladung des Kondensators 5 über das erste Schaltmittel 12 ausgelöst und der Vorpuls V erzeugt.

Zu einem späteren Zeitpunkt, vorliegend dem Zeitpunkt TD des Beginns D des Hauptpulses H, wird das zweite Schaltmittel 13 geschaltet bzw. der Thyristor gezündet. Hierdurch wird der Hauptpuls H erzeugt.
Im Darstellungsbeispiel wird das erste Schaltmittel 12 vor dem Zünden des Thyristors bzw. Erzeugen des Hauptpulses H abgeschaltet, vorliegend zu dem Zeitpunkt TA des Vorpulsmaximums A. Durch Abschalten des ersten Schaltmittels 12 in dem Zeitpunkt TA fällt die Stromstärke IS nach dem Zeitpunkt TA ab, sodass zu dem Zeitpunkt TA das Vorpulsmaximum A bzw. die maximale Stromstärke IA des Vorpulses V erreicht wird. Durch das Abschalten des ersten Schaltmittels 12 zum Zeitpunkt TA wird der Vorpuls V mit seinem Maximum und der anschließend fallenden, aber bevorzugt die Grenze G oder thermischen Kopplung nicht unterschreitenden Stromstärke des Schweißstroms IS erzeugt.
Bevorzugt wird vor dem Zünden des Thyristors bzw. dem Zeitpunkt TD des Beginns D des Hauptpulses H das erste Schaltmittel 12 getaktet geschaltet, und zwar durch Steuermittel der Steuereinrichtung 17.
Das getaktete Schalten des Schaltmittels 12 erfolgt vorzugsweise nach dem (anfänglichen) Anschalten des ersten Schaltmittels 12 und/oder nach dem Abschalten des ersten Schaltmittels 12 zum Zeitpunkt TA. Durch das getaktete Schalten des ersten Schaltmittels 12 wird der Vorpuls V beendet und/oder der Übergangsbereich UB zwischen dem Vorpuls V und dem Hauptpuls H erzeugt.
Besonders bevorzugt wird in dem Übergangsbereich UB eine Mindeststromstärke bzw. die Grenze G der thermischen Kopplung nicht unterschritten bzw. wird der Tastgrad TG, mit dem das erste Schaltmittel getaktet geschaltet wird, derart gewählt, dass die Mindeststromstärke bzw. Grenze G der thermischen Kopplung nicht unterschritten wird.
Optional, aber bevorzugt, wird in dem Übergangsbereich UB der Tastgrad TG geändert. Die Änderung des Tastgrads TG erfolgt insbesondere zum Zeitpunkt TC. Durch die Änderung des Tastgrads TG ändert sich vorzugsweise der Verlauf der Stromkennlinie SK, sodass der dem Zeitpunkt TC zugeordnete Punkt C der Stromkennlinie SK als Wendepunkt C bezeichnet wird. Durch Änderung des Tastgrads TG bzw. durch den Wendepunkt C weist der Übergangsbereich UB einen ersten Abschnitt UB1 und einen zweiten Abschnitt UB2 auf bzw. wird der Übergangsbereich UB in einen ersten Abschnitt UB1 und einen zweiten Abschnitt UB2 unterteilt. Folglich ist der Tastgrad TG, mit dem das erste Schaltmittel 12 getaktet geschaltet wird, in dem ersten Abschnitt UB1vorzugsweise anders als in dem zweiten Abschnitt UB2.
Insgesamt ist mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens die Stromkennlinie SK bzw. deren Verlauf flexibel einstellbar, insbesondere derart, dass die Stromkennlinie SK einen Vorpuls V, optional einen Übergangsbereich, in dem die Grenze G der thermischen Kopplung vorzugsweise nicht unterschritten wird, und einen sich an den Vorpuls V oder Übergangsbereich UB anschließenden Hauptpuls H aufweist, wie insbesondere in 3 dargestellt ist. Der Übergangsbereich UB weist vorzugsweise einen ersten Abschnitt UB1 und einen zweiten Abschnitt UB2 mit qualitativ unterschiedlichen Verläufen der Stromkennlinie SK auf.
Dies ist jedoch nicht zwingend. Mit der Schaltungsanordnung 1 sind auch Stromkennlinien SK mit einem komplexeren Verlauf mit mehreren, durch Steuerung des ersten Schaltmittels 12 erzeugten Pulsen und/oder durch Taktung erzeugten zeitlichen Phasen oder einem weniger komplizierten Verlauf realisierbar:

Die Stromkennlinie SK eines mit der Schaltungsanordnung 1 erzeugten Schweißstroms IS kann einen Übergangsbereich UB ohne Wendepunkt C bzw. mit einem einheitlichen/konstanten Tastgrad TG aufweisen.

Ferner ist der Übergangsbereich UB lediglich optional. Eine Stromkennlinie SK ohne Übergangsbereich UB kann durch Zünden des Thyristors nach dem Vorpuls V erzeugt werden bzw. dadurch erzeugt werden, dass nach dem Vorpuls V das erste Schaltmittel 12 nicht getaktet geschaltet wird, sondern direkt der Thyristor gezündet und somit der Hauptpuls H erzeugt wird, wie in den beiden Stromverläufen SK4 und SK5 in 5 dargestellt ist.
Schließlich ist es auch nicht zwingend, dass die mit der Schaltungsanordnung erzeigte Stromkennlinie einen Vorpuls V aufweist, sondern sie kann auch lediglich den Hauptpuls H aufweisen bzw. daraus bestehen. Eine solche Stromkennlinie SK wird insbesondere dadurch realisiert, dass zur Erzeugung des Schweißstroms IS nur der Thyristor gezündet wird und das erste Schaltmittel 12 nicht angeschaltet wird.
Grundsätzlich ist es auch möglich, mittels des ersten Schaltmittels 12 einen Schweißstrom IS mit einem Profil zu erzeugen, das nicht zwingend einen Vorpuls V aufweisen muss. Hierzu kann der Entladestrom IK vollständig oder zumindest abschnittsweise gepulst sein oder auf andere Weise derart erzeugt werden, dass sich ein Verlauf ergibt, der nach Erreichen der Grenze G der thermischen Kopplung sich bevorzugt über dieser Grenze erstreckt. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen von Zacken/Rippeln abgesehen kontinuierlichen, stetigen, zumindest im Wesentlichen (abschnittsweise) konstanten und/oder monotonen Verlauf handeln. Dieser kann dann mit Zündung des Thyristors in den Hauptpuls H übergehen.
Gemäß einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt wird bei dem Verfahren zum Erzeugen des Schweißstroms IS der Verlauf der Stromkennlinie SK des Schweißstroms IS durch Zielparameter vorgegeben und werden ausgehend von diesen Zielparametern Schaltparameter bzw. die Steuergrößen 17A berechnet. Die Schaltparameter bzw. die Steuergrößen 17A sind vorzugsweise andere Parameter bzw. Größen oder Werte als die Zielparameter.
Die Schaltparameter bzw. die Steuergrößen 17A werden so berechnet, dass durch Schalten der Schaltmittel 12, 13 der Schaltmitteleinrichtung 6 mit den berechneten Schaltparametern bzw. Steuergrößen 17A die Stromkennlinie SK den durch die Zielparameter vorgegebenen Verlauf aufweist. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 17 zur Berechnung der Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A ausgehend von den vorgegebenen Zielparametern ausgebildet bzw. erfolgt die Berechnung mittels der Steuereinrichtung 17.
Mit anderen Worten legen die Zielparameter vorzugsweise den Verlauf der Stromkennlinie SK fest, zumindest teilweise bzw. an bestimmten Punkten bzw. durch bestimmte Punkte. Insbesondere umfassen die Zielparameter markante Punkte der Stromkennlinie, insbesondere Zeitpunkte und/oder Stromstärken an diesen markanten Punkten. Die markanten Punkte sind insbesondere durch eine Änderung des Schaltzustandes der Schalteinrichtung 6 gekennzeichnet.
Vorzugsweise weisen die Zielparameter wenigstens einen oder mehrere der Punkte A bis E, also des Vorpulsmaximums A, des Endes B des Vorpulses V, des Wendepunkts C des Übergangsbereichs UB, des Beginns D des Hauptpulses H und/oder des Hauptpulsmaximums E bzw. deren jeweilige Koordinaten (das heißt, den jeweiligen Zeitpunkt TA bis TE und/oder die jeweilige Stromstärke IA bis IE) auf.
Es ist nicht zwingend, dass die Stromkennlinie SK, deren Verlauf durch die Zielparameter festgelegt ist bzw. wird, einen Vorpuls V, einen Übergangsbereich UB mit einem ersten Abschnitt UB1 und einem zweiten Abschnitt UB2 sowie einen Hauptpuls H aufweisen. Insbesondere kann die Stromkennlinie SK auch lediglich einen Hauptpuls H aufweisen oder daraus bestehen oder lediglich einen Vorpuls V und einen Hauptpuls H aufweisen oder daraus bestehen oder lediglich einen Vorpuls V, Hauptpuls H und einen Übergangsbereich UB ohne Wendepunkt bzw. ohne zwei unterschiedliche Abschnitte UB1, UB2 aufweisen oder daraus bestehen.
Die Zielparameter stellen vorzugsweise Punkte dar, an denen sich das Schaltregime bzw. der Schaltzustand der Schaltmitteleinrichtung 6 ändert bzw. geändert wird. Bei der nachfolgenden Auflistung möglicher Zielparameter wird jeweils auch in Klammern die zu dem Zielparameter korrespondierende Änderung des Schaltregimes bzw. Schaltzustands angegeben.
Die Zielparameter umfassen insbesondere einen, mehrere oder alle der nachfolgend aufgelisteten Parameter:

- die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E (vorzugsweise entsprechend dem Strommaximum bei der Restentladung mit bzw. über den Thyristor),
- die Stromstärke IA des Vorpulsmaximums A (vorzugsweise entsprechend einem Abschalten des ersten Schaltmittels 12 bzw. einem Übergang von einem angeschalteten Zustand des ersten Schaltmittels 12 zu einem abgeschalteten Zustand des ersten Schaltmittels 12),
- die Stromstärke IB am Ende B des Vorpulses V (vorzugsweise entsprechend einem Übergang von einem abgeschalteten Zustand des ersten Schaltmittels 12 zu einem getakteten Betrieb des ersten Schaltmittels 12),
- die Stromstärke ID am Beginn D des Hauptpulses H (vorzugsweise entsprechend vom getakteten Betrieb des ersten Schaltmittels 12 zum Betrieb des Thyristors),
- die Stromstärke IC zum Zeitpunkt TC des Wendepunkts C (vorzugsweise entsprechend einer Änderung des Tastgrads TG beim getakteten Betrieb des ersten Schaltmittels 12 bzw. einem Übergang zwischen getakteten Betriebsarten mit unterschiedlichen Tastgraden TG),
- eine Zeitspanne TBD zwischen dem Ende B des Vorpulses V und Beginn D des Hauptpulses H (vorzugsweise entsprechend der gesamten Dauer des getakteten Betriebs des ersten Schaltmittels 12),
- die Zeitspanne TBC zwischen dem Ende B des Vorpulses V und dem Wendepunkt C (vorzugsweise entsprechend der Dauer des ersten getakteten Betriebs des ersten Schaltmittels 12 bzw. des Betriebs mit dem ersten Tastgrad TG),
- eine Zeitspanne TCD zwischen dem Wendepunkt C und dem Beginn D des Hauptpulses H (vorzugsweise entsprechend der Dauer des zweiten getakteten Betriebs des ersten Schaltmittels 12 bzw. des Betriebs mit dem zweiten Tastgrad TG).

Die Zeitspanne TBD zwischen dem Ende B des Vorpulses V und und Beginn D des Hauptpulses H ist die Differenz zwischen dem Zeitpunkt TD und dem Zeitpunkt TB (TBD = TD - TB). Insbesondere entspricht die Zeitspanne TBD der Länge/Dauer des Übergangsbereichs UB.
Die Zeitspanne TBC zwischen dem Ende B des Vorpulses V und Wendepunkt C ist die Differenz zwischen dem Zeitpunkt TC und dem Zeitpunkt TB (TBC = TC - TB). Insbesondere entspricht die Zeitspanne TBC der Länge/Dauer des ersten Abschnitts UB1.
Die Zeitspanne TCD zwischen dem Wendepunkt C und dem Beginn D des Hauptpulses ist die Differenz zwischen dem Zeitpunkt TD und dem Zeitpunkt TC (TCD = TD - TC). Insbesondere entspricht die Zeitspanne TCD der Länge/Dauer des zweiten Abschnitts UB2.
Die Zielparameter sind insbesondere intuitive bzw. markante Punkte der Stromkennlinie SK, anhand derer sich ein Benutzer bzw. Schweißer den Verlauf der Stromkennlinie SK gut vorstellen kann. So ermöglichen die Zielparameter eine einfache und/oder intuitive Vorgabe der Stromkennlinie SK und somit eine einfache und/oder intuitive Bedienung der Schweißvorrichtung 2 und/oder Bedienung bzw. Steuerung der Schaltungsanordnung 1, insbesondere der Entladeschaltung 4.
Während die genannten Zielparameter den Vorteil einer intuitiven Vorgabe der Stromkennlinie SK bieten, besteht das Problem, dass diese Parameter zumindest zum Teil nicht direkt bzw. unabhängig voneinander beim Betrieb der Schaltungsanordnung 1 bzw. Entladeschaltung 4 einstellbar bzw. steuerbar sind. Dies gilt insbesondere für die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E, die das Schweißergebnis maßgeblich beeinflusst.
Soll zum Beispiel ausgehend von einer gegebenen Stromkennlinie SK die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E erhöht werden, ohne dass der Verlauf der Stromkennlinie SK während des Vorpulses V und des Übergangsbereichs UB geändert wird, so ist dies nicht ohne Weiteres möglich.
Um die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E zu erhöhen, ist es nämlich erforderlich, die Ladung bzw. Energie des Kondensators 5 zu erhöhen. Da aber der Vorpuls V, der Übergangsbereich UB und der Hauptpuls H durch Entladung eines einzelnen Kondensators 5 realisiert werden, hängt die Energie des Kondensators 5 zum Beginn D des Hauptpulses H auch von dem Vorpuls V und dem Übergangsbereich UB bzw. der beim Vorpuls V und dem Übergangsbereich B abgegebenen Energie ab.
Wenn also einfach nur die Kondensatorenergie erhöht wird, um die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E zu erhöhen, so wird nicht nur die Stromstärke IE erhöht, sondern die Änderung bzw. Erhöhung der Kondensatorenergie hat auch Einfluss auf den Vorpuls V und den Übergangsbereich UB bzw. ändert deren Verlauf, denn eine Erhöhung der Kondensatorenergie hat einen schnelleren Stromanstieg zu Beginn des Vorpulses V zur Folge. Ohne eine Änderung der Zeiten, zu denen die Schaltmittel 12, 13 geschaltet werden und/oder ohne ein Takten oder Ändern des Tastgrads TG führt eine Erhöhung der Kondensatorenergie daher zu erhöhten Stromstärken IA bis ID in den Punkten A bis D. Bei Verwendung der Zielparameter können entsprechende Änderungen (automatisch) vorgenommen werden, um beispielsweise bei verändertem Hauptpulsmaximum E den Verlauf der Stromkennlinie SK im Übrigen zumindest im Wesentlichen beizubehalten.
Über entsprechendes Anpassen der anderen Zielparameter bzw. über alle Zielparameter kann dennoch eine Anpassung der Stromkennlinie SK erfolgen bzw. der Verlauf der Stromkennlinie SK eingestellt werden.
Die Schaltparameter sind vorzugsweise direkt und/oder unabhängig voneinander einstellbare Parameter bzw. „natürliche“ Parameter bzw. korrespondierende Verläufe sind Steuergrößen 17A zum Steuern der Schaltmittel 12, 13 der Schaltungsanordnung 1 bzw. Entladeschaltung 4. Die Steuergrößen 17A korrespondieren vorzugsweise zu den Schaltparametern bzw. weisen Verläufe auf, die die Schaltparameter mittels Steuerung der Schaltmittel 12, 13 realisieren. Hierbei weisen die Steuergrößen 17A vorzugsweise Verläufe von Steuersignalen zum Steuern der Schaltmittel 12, 13 über die jeweiligen Steuereingänge 12C, 13C auf, sodass die Schaltparameter realisiert werden.
Die Steuereinrichtung 17 ist vorzugsweise so eingerichtet, dass die Steuergrößen 17A für die jeweiligen Schaltmittel 12, 13 aus den Zielparametern ermittelt werden. Beispielsweise kann die Steuergröße 17A für das erste Schaltmittel 12 anhand der Zielparameter so bestimmt werden, dass im zeitlichen Verlauf das erste Schaltmittel 12 derart angeschaltet wird, dass zum beabsichtigten Zeitpunkt TA des Vorpulsmaximums A ein bestimmter Stromwert erreicht wird. Ferner kann zum Zeitpunkt TA des Vorpulsmaximums A die Steuergröße 17A, die das erste Schaltmittel 12 ansteuert, dieses erste Schaltmittel 12 abschalten, sodass nach Erreichen des Vorpulsmaximums A, das zu dem berechneten Zeitpunkt TA erreicht wurde, der Schweißstrom IS wieder zu sinken beginnt.
In entsprechender Weise können die Steuergrößen 17A für die Schaltmittel 12, 13 die Schaltparameter in kontinuierlichen Steuersignalen implementieren. Ganz besonders bevorzugt korrespondieren die Schaltparameter unmittelbar zu entsprechenden Einstellungen bzw. Änderungen der Steuergrößen 17A zur Steuerung der Schaltmittel 12, 13. Ein Verlauf der zur Steuerung der Schaltmittel 12, 13 verwendeten Steuergrößen 17A kann entsprechend ein Signal sein, das das Schaltmittel 12, 13 zu Beginn eines Pulses anschaltet, zu bestimmten Zeitpunkten abschaltet (wodurch diese Zeitpunkte insbesondere ein Maximum des jeweiligen Pulses darstellen) und/oder zur Erzeugung eines bestimmten Verlaufs mit einem Tastgrad, Puls oder auf sonstige Weise steuert.
Die Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A ergeben sich vorzugsweise aus den Zeitpunkten, zu denen das Betriebsregime bzw. der Schaltzustand der Schalteinrichtung 6 bzw. der Schaltmittel 12, 13 geändert wird, insbesondere ergänzt durch die verschiedenen Tastgrade des ersten Schaltmittels 12 während der einzelnen Betriebsregime.
Die Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A umfassen vorzugsweise einen, mehrere oder alle der nachfolgend aufgelisteten Parameter, mittels derer insbesondere die in den Figuren dargestellten beispielhaften Verläufe der Stromkennlinie SK realisierbar sind:

- die Kondensatorenergie bzw. Energie des Kondensators 5 oder einen dazu korrespondierenden Parameter, beispielsweise eine Ladespannung des Kondensators 5,
- den Zeitpunkt TA des Vorpulsmaximums A,
- den Zeitpunkt TB des Endes B des Vorpulses V,
- den Zeitpunkt TD des Beginns D des Hauptpulses H,
- den Zeitpunkt TC des Wendepunkts C,
- den Tastgrad TG bis zum Vorpulsmaximum A,
- den Tastgrad TG zwischen dem Vorpulsmaximum A und dem Ende B des Vorpulses V,
- den Tastgrad TG in dem ersten Abschnitt UB1 des Übergangsbereichs UB, und/oder
- den Tastgrad TG in dem zweiten Abschnitt UB2 des Übergangsbereichs UB

Der Tastgrad TG bis zum Vorpulsmaximum A hat vorzugsweise den Wert TG = 1. Mit anderen Worten ist das erste Schaltmittel 12 bis zum Vorpulsmaximum A bzw. dessen Zeitpunkt TA vorzugsweise stets vollständig angeschaltet. Es sind jedoch auch andere Tastgrade TG<1 möglich, beispielsweise um den Verlauf abzuflachen und/oder das Vorpulsmaximum A zu verringern, ohne den Zeitpunkt TA zu ändern.
Der Tastgrad TG zwischen dem Vorpulsmaximum A und dem Ende B des Vorpulses V hat vorzugsweise stets den Wert TG = 0. Mit anderen Worten ist das erste Schaltmittel 12 bis zwischen Vorpulsmaximum A bzw. dessen Zeitpunkt TA und dem Ende B des Vorpulses V bzw. dessen Zeitpunkt TB vorzugsweise stets vollständig abgeschaltet. Es sind jedoch auch andere Tastgrade TG>0 möglich, beispielsweise um den Verlauf abzuflachen, ohne den Zeitpunkt TB zu ändern.
Die Berechnung der Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A ausgehend von den Zielparametern beruht insbesondere auf der Theorie der KE-Schweißvorrichtungen, die in der Dissertation „Prozesstechnische Anforderungen und elektrotechnisches Design von Kondensatorentladungsmaschinen“ von Hans-Jürgen Rusch, Dresdner Fügetechnische Berichte, Band 39/2018, erläutert ist. Insbesondere erfolgt die Berechnung der Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A ausgehend von den Zielparametern mittels der darin aufgestellten Gleichungen, die insbesondere das Verhalten von KE-Schweißmaschinen bzw. deren Schaltungsanordnungen analytisch beschreiben.
Zur Berechnung der Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A ausgehend von den Zielparametern wird die Stromkennlinie SK, bevorzugt durch die Steuereinrichtung 17, die auch (teilweise) getrennt von den Komponenten zur Erzeugung und dem Einsatz des Schweißstroms IS realisiert sein kann, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen „rückwärts“ abgearbeitet. Insbesondere werden zunächst die Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A zur Erzeugung des Hauptpulses H berechnet, danach (optional) die Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A zur Erzeugung des Übergangsbereichs UB bzw. des zweiten Abschnitts UB2 und danach die des ersten Abschnitts UB1 und anschließend (optional) die Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A zur Erzeugung des Vorpulses VP.
Insbesondere weist das Verfahren einen, mehrere oder alle der nachfolgend aufgelisteten Schritte auf, wobei einzelne Schritte auch weggelassen oder durch andere Schritte ersetzt werden können:

- Berechnung der Stromanstiegszeit vom Beginn D des Hauptpulses H bis zum Hauptpulsmaximum E, also die Zeitspanne TE - TD.
- Berechnung der notwendigen Kondensatorenergie zum Beginn D des Hauptpulses H.
- Berechnung der Zeit, in der sich der Kondensator 5 vollständig entlädt.
- Berechnung des Stroms bzw. der Stromstärke am Ende der Kondensatorentladung und/oder am Ende der Kommutierung. Der Begriff „Kommutierung“ bezeichnet insbesondere den Wechsel des Stromflusses von einem der Schaltmittel 12, 13 auf das Freilaufmittel 14 bzw. den entgegengesetzten Wechsel, also von dem Freilaufmittel 14 auf eines der Schaltmittel 12, 13. Dies ist in der oben erwähnten Dissertation von Hans-Jürgen Rusch, dort insbesondere in Kapitel 5.2 und A2, näher erläutert.
- Berechnung der Stromkennlinie SK und/oder einer Spannungskennlinie für den Hauptpuls H bzw. aller Punkte dieser.
- Berechnung von Summenparametern für den Hauptpuls H, insbesondere Berechnung von Schweißzeit, Stromflusszeit, Effektivstrom, spezifischer Energie und/oder Spannungs-Zeit-Integral.
- Berechnung der Anzahl von Zyklen während des getakteten Schaltens im Übergangsbereich UB, insbesondere im zweiten Abschnitt UB2 und/oder im ersten Abschnitt UB1.
- Berechnung des notwendigen Tastgrads TG im zweiten Abschnitt UB2 und/oder im ersten Abschnitt UB1, insbesondere über eine Iteration.
- Berechnung der Zeiten, während der das erste Schaltmittel 12 im Übergangsbereich UB, insbesondere im zweiten Abschnitt UB2 und/oder im ersten Abschnitt UB1, angeschaltet und abgeschaltet ist.
- Berechnung von weiteren Zwischenwerten, die für die weitere Berechnung erforderlich und/oder hilfreich sind.
- Berechnung des notwendigen Ladezustands des Kondensators 5 am Wendepunkt C und/oder am Ende B des Vorpulses V. Dies erfolgt insbesondere während der Iteration zur Berechnung des notwendigen Tastgrads TG.
- Berechnung der Abweichung der berechneten Stromstärke IC und/oder IB am Wendepunkt C und/oder Ende B des Vorpulses V. Durch die endliche Größe der Taktfrequenz, die vorzugsweise 5 kHz beträgt, können die berechneten Stromstärken IC, IB nicht exakt mit den durch die Zielparameter vorgegebenen Werten übereinstimmen, wobei die Abweichungen jedoch im Promillebereich liegen.
- Berechnung der während des Übergangsbereichs UB umgesetzten Kondensatorenergie.
- Berechnung der Stromkennlinie SK und/oder einer Spannungskennlinie für den Übergangsbereich UB bzw. aller Punkte dieser.
- Berechnung von Summenparametern für den Übergangsbereich UB, insbesondere Berechnung von Effektivstrom, spezifischer Energie und/oder Spannungs-Zeit-Integral.
- Berechnung der Zeit TA. Diese ist insbesondere von der Schaltungsanordnung 1 bzw. Entladeschaltung 4 abhängig, insbesondere deren Induktivität, Widerstand und Kapazität, und somit nicht vorgebbar.
- Berechnung der Zeit TB - TA. Diese ist insbesondere von der Schaltungsanordnung 1 bzw. Entladeschaltung 4 abhängig, insbesondere deren Induktivität, Widerstand und Kapazität, und somit nicht vorgebbar.
- Berechnung der notwendigen Ladespannung des Kondensators 5 zu Beginn des Schweißvorgangs.
- Berechnung der während des Vorpulses V umgesetzten Kondensatorenergie.
- Berechnung der Stromkennlinie SK und/oder einer Spannungskennlinie für den Vorpuls V bzw. aller Punkte dieser.
- Berechnung von Summenparametern für den Vorpuls V, insbesondere Berechnung von Effektivstrom, spezifischer Energie und/oder Spannungs-Zeit-Integral.
- Berechnung der Stromkennlinie SK und/oder einer Spannungskennlinie für den gesamten Schweißvorgang bzw. aller Punkte dieser. Dies erfolgt vorzugsweise durch Kombination der bereits berechneten Stromkennlinie SK und/oder einer Spannungskennlinie bzw. Punkte für den Hauptpuls H, Übergangsbereich UB und Vorpuls V.
- Berechnung von Summenparametern für den gesamten Schweißvorgang, insbesondere Berechnung von Schweißzeit, Stromflusszeit, Effektivstrom, spezifischer Energie und/oder Spannungs-Zeit-Integral.

Wie bereits zuvor erläutert, kann bzw. können auf Basis der berechneten Schaltparameter für die Schaltmittel 12, 13 korrespondierende Steuergrößen 17A gebildet werden, die als Signale unmittelbar an Steuereingängen 12C, 13C der Schaltmittel 12, 13 angelegt werden, um ein hierzu korrespondierendes Verhalten der Schaltmitteleinrichtung 6 zu bewirken.
Alternativ oder zusätzlich zur Vorgabe der Zielparameter ist es möglich, zu den Zielparametern korrespondierende Eigenschaften der durch den Schweißvorgang herzustellenden bzw. herstellbaren Schweißverbindung zu verwenden, um die Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A zu berechnen. Nicht ausgeschlossen ist also eine Vorgabe physikalischer Eigenschaften der Schweißverbindung, woraus mittelbar, ggf. über entsprechende Zielparameter, direkt oder auf sonstige Weise die Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A berechnet werden.
Es gilt zu berücksichtigen, dass die vorschlagsgemäße Berechnung von Schaltparametern bzw. Steuergrößen 17A aus Zielparametern bzw. hierzu korrespondierenden Eigenschaften der durch den Schweißvorgang herzustellenden Schweißverbindung besonders vorteilhaft zur oder bei Steuerung der vorschlagsgemäßen Schaltungsanordnung 1 sind. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, ausgehend von den Zielparametern bzw. hierzu korrespondierenden Eigenschaften der durch den Schweißvorgang herzustellenden Schweißverbindung auch bei Einsatz anderer Schaltmittel oder Entladeschaltungen - beispielsweise bei Einsatz mehrerer Reihenschaltungen von Kondensatoren und Schaltmitteln wie Thyristoren, deren Entladeströme zu einem Gesamtentladestrom zusammengeführt zur Bildung eines Schweißstroms verwendet werden, oder dergleichen - basierend auf Zielparametern, insbesondere den erwähnten Zielparametern, für die jeweils im Einsatz befindlichen Schaltmittel, (automatisch) passende Schaltparameter bzw. Steuergrößen zu berechnen. Insofern stellt das Verfahren zur automatischen Ermittlung der Schaltparameter bzw. korrespondierender Steuergrößen einen eigenständigen Erfindungsgedanken dar, der auch unabhängig von der vorschlagsgemäßen Schaltungsanordnung 1 realisiert werden kann.
Gemäß einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt aufweisend Befehle, die (wenn sie auf einem Prozessor 17B ausgeführt werden) bewirken, dass die voranstehend beschriebene Schaltungsanordnung 1 und/oder Schweißvorrichtung 2 (bei Ausführung des Computerprogrammprodukts) die Verfahrensschritte eines oder mehrerer der voranstehend beschriebenen Verfahren ausführt.
Das beschriebene Berechnungsverfahren zur Berechnung der Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A ausgehend von den Zielparametern ist vorzugsweise auch separat auf einem Computer bzw. Prozessor 17B ausführbar bzw. ein computerimplementiertes Verfahren. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung vorzugsweise auch eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung aufweisend Mittel zur Ausführung des Berechnungsverfahrens und/oder ein Computerprogrammprodukt aufweisend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer bzw. Prozessor 17B diesen veranlassen, die Schritte des Berechnungsverfahrens auszuführen und/oder die Schaltparameter bzw. Steuergrößen 17A zu berechnen.
Das Computerprogrammprodukt ist vorzugsweise auf einem computerlesbaren Speichermedium 17C gespeichert.
Die Schweißvorrichtung 2 bzw. Steuereinrichtung 17 weist vorzugsweise einen entsprechenden Computer bzw. Prozessor 17B und/oder das Computerprogrammprodukt auf.
Vorzugsweise weist die Schweißvorrichtung 2 eine Bedieneinrichtung 18 zur Bedienung der Schweißvorrichtung 2 durch einen Benutzer bzw. Schweißer auf. Die Bedieneinrichtung 18 ist vorzugsweise zur Anzeige und/Eingabe von Bedienparametern der Schweißvorrichtung 2 ausgebildet.
Insbesondere sind mittels der Bedieneinrichtung 18 die Zielparameter und/oder die Kraft der Schweißelektroden 15 eingebbar und/oder vorgebbar und/oder auswählbar.
Die Bedieneinrichtung ist insbesondere zur Anzeige eines Bedienmenüs ausgebildet, in dem verschiedene Schweißprozesse bzw. Stromkennlinien SK auswählbar sind und/oder in dem die Zielparameter für verschiedene Schweißprozesse bzw. Stromkennlinien SK vorgebbar sind. Insbesondere lässt sich hierdurch - je nach gewünschtem bzw. ausgewähltem Schweißprozess bzw. ausgewählter Stromkennlinie SK die Anzahl der vorzugebenden Zielparameter reduzieren.
Vorzugsweise ist eine erste Stromkennlinie SK auswählbar, die (lediglich) einen Hauptpuls H aufweist oder daraus besteht bzw. die keinen Vorpuls V und keinen Übergangsbereich UB aufweist. Bei dieser ersten Stromkennlinie SK ist vorzugsweise (lediglich) die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E als Zielparameter vorgebbar. Alternativ zur Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E kann auch die Kondensatorenergie vorgebbar sein. Vorzugsweise ist die Elektrodenkraft ebenfalls vorgebbar.
Vorzugsweise ist eine zweite Stromkennlinie SK auswählbar, die (lediglich) einen Hauptpuls H und einen Vorpuls V aufweist oder daraus besteht bzw. die keinen Übergangsbereich UB aufweist. Bei dieser zweiten Stromkennlinie SK sind vorzugsweise (lediglich) die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E, die Stromstärke IA des Vorpulsmaximums A und die Stromstärke IB/ID zum Ende B des Vorpulses V bzw. Beginn D des Hauptpulses H als Zielparameter vorgebbar. Vorzugsweise ist die Elektrodenkraft ebenfalls vorgebbar.
Unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind teilweise und/oder vollständig miteinander kombinierbar, wobei synergistische Vorteile erreicht werden können, auch wenn diese aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit erläutert sind.
Vorzugsweise ist eine dritte Stromkennlinie SK auswählbar, die (lediglich) einen Hauptpuls H, einen Vorpuls V und einen Übergangsbereich UB mit einem konstanten Tastgrad TG aufweist oder daraus besteht bzw. bei der der Übergangsbereich UB keinen Wendepunkt C aufweist bzw. nicht in zwei Abschnitte UB1, UB2 unterteilt ist. Bei dieser dritten Stromkennlinie SK sind vorzugsweise (lediglich) die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E, die Stromstärke IA des Vorpulsmaximums A, die Stromstärke IB zum Ende B des Vorpulses V, die Stromstärke ID zum Beginn D des Hauptpulses H und die Länge/Dauer des Übergangsbereichs UB, insbesondere also die Zeitspanne TBD, als Zielparameter vorgebbar. Vorzugsweise ist die Elektrodenkraft ebenfalls vorgebbar.
Vorzugsweise ist eine vierte Stromkennlinie SK auswählbar, die einen Hauptpuls H, einen Vorpuls V und einen Übergangsbereich UB mit einem Wendepunkt C bzw. einem ersten Abschnitt UB1 und einem zweiten Abschnitt UB2 aufweist oder daraus besteht. Bei dieser vierten Stromkennlinie SK sind vorzugsweise die Stromstärke IE des Hauptpulsmaximums E, die Stromstärke IA des Vorpulsmaximums A, die Stromstärke IB zum Ende B des Vorpulses V, die Stromstärke ID zum Beginn D des Hauptpulses H, die Stromstärke IC des Wendepunkts C und die Länge/Dauer des ersten Abschnitts UB1 und des zweiten Abschnitts UB2, insbesondere also die Zeitspannen TBC und TCD, als Zielparameter vorgebbar. Vorzugsweise ist die Elektrodenkraft ebenfalls vorgebbar.
Bezugszeichenliste:

1: Schaltungsanordnung
2: Schweißvorrichtung
3: Ladeschaltung
4: Entladeschaltung
5: Kondensator
6: Schaltmitteleinrichtung
6A: Eingang
6B: Ausgang
7: Transformator
7A: Primärseite von 7
7B: Sekundärseite von 7
8: Thyristorsteller
9: Ladetransformator
10: Gleichrichter
11: Netzwechselstrom
12: erstes Schaltmittel
12A: Eingang
12B: Ausgang
12C: Steuereingang
13: zweites Schaltmittel
13A: Eingang
13B: Ausgang
13C: Steuereingang
14: Freilaufmittel
15: Schweißelektrode
16: Fügeteile
17: Steuereinrichtung
17A: Steuergröße
17B: Prozessor
17C: Speichermedium
18: Bedieneinrichtung
G: Grenze der thermischen Kopplung
H: Hauptpuls
IK: Entladestrom
IS: Schweißstrom
SK: Stromkennlinie
SK1: Stromkennlinie
SK2: Stromkennlinie
SK3: Stromkennlinie
SK4: Stromkennlinie
SK5: Stromkennlinie
SK6: Stromkennlinie
SK7: Stromkennlinie
TG: Tastgrad
UB: Übergangsbereich
UB1: erster Abschnitt des Übergangsbereichs
UB2: zweiter Abschnitt des Übergangsbereichs
UC: Kondensatorspannung
V: Vorpuls
A: Vorpulsmaximum
B: Ende des Vorpulses
C: Wendepunkt
D: Beginn des Hauptpulses
E: Hauptpulsmaximum
IA: Stromstärke des Vorpulsmaximums
IB: Stromstärke am Ende des Vorpulses
IC: Stromstärke des Wendepunkts
ID: Stromstärke zu Beginn Hauptpulses
IE: Stromstärke des Hauptpulsmaximums
TA: Zeitpunkt des Vorpulsmaximums
TB: Zeitpunkt des Endes des Vorpulses
TC: Zeitpunkt des Wendepunkts
TD: Zeitpunkt des Beginns des Hauptpulses
TE: Zeitpunkt des Hauptpulsmaximums
TBC: Zeitspanne TC-TB
TBD: Zeitspanne TD-TB
TCD: Zeitspanne TD-TC

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3138649 B1 [0008, 0009, 0189, 0190, 0193]
EP 3403756 A1 [0012, 0013]

Claims

Schaltungsanordnung (1) für eine Schweißvorrichtung (2), insbesondere zum Durchführen eines Kondensatorentladungs-Schweißverfahrens, wobei die Schaltungsanordnung (1) eine Entladeschaltung (4) zum Erzeugen eines Schweißstroms (IS) aufweist, wobei die Entladeschaltung (4) einen Kondensator (5) zum Bereitstellen von Energie für einen Schweißvorgang, eine Schaltmitteleinrichtung (6) zur Erzeugung eines Entladestroms (IK) durch Entladung des Kondensators (5) und einen Transformator (7) zum Transformieren des Entladestroms (IK) in den Schweißstrom (IS) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmitteleinrichtung (6) ein abschaltbares erstes Schaltmittel (12) und ein als Thyristor ausgebildetes zweites Schaltmittel (13) aufweist, wobei die Schaltmitteleinrichtung (6) derart verschaltet und/oder ausgebildet ist, dass, wenn der Kondensator (5) geladen ist, durch Anschalten des ersten Schaltmittels (12) und/oder Zünden des Thyristors eine Entladung des Kondensators (5) bewirkt wird und durch Transformation des Entladestroms (IK) mittels des Transformators (7) der Schweißstrom (IS) erzeugt wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmitteleinrichtung (6) genau ein erstes Schaltmittel (12) und/oder genau einen Thyristor aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeschaltung (4) eine Reihenschaltung des Kondensators (5) und der Schaltmitteleinrichtung (6) aufweist und/oder dass die Schaltmitteleinrichtung (6) eine Parallelschaltung des ersten Schaltmittels (12) und des Thyristors aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltmittel (12) einen abschaltbaren Leistungshalbleiter, insbesondere einen IGBT, einen IGCT und/oder einen GTO-Thyristor, aufweist oder dadurch gebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltmittel (12) und der Thyristor separat, insbesondere nacheinander, anschaltbar sind.
Schaltungsanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltmittel (12) getaktet schaltbar ist und/oder die Schaltungsanordnung (1) zum getakteten Schalten des ersten Schaltmittels (12) ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmitteleinrichtung (6) dem Kondensator (5) nachgeschaltet ist und/oder zwischen dem Kondensator (5) und dem Transformator (7) angeordnet ist, insbesondere sodass, wenn der Kondensator (5) geladen ist, durch Anschalten des ersten Schaltmittels (12) und/oder Zünden des Thyristors der Kondensator (5) entladen wird und der Entladestrom (IK) des Kondensators (5) mittels des Transformators (7) in den Schweißstrom (IS) transformiert wird.
Schaltungsanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) dazu ausgebildet ist, mit der Entladeschaltung (4) den Schweißstrom (IS) derart zu erzeugen, dass eine Stromkennlinie (SK) des Schweißstroms (IS) einen Vorpuls (V) mit einem Vorpulsmaximum (A) und einen nach dem Vorpuls (V) liegenden Hauptpuls (H) mit einem Hauptpulsmaximum (E) aufweist, vorzugsweise wobei das Hauptpulsmaximum (E) höher als das Vorpulsmaximum (A) ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) dazu ausgebildet ist, mit der Entladeschaltung (4) den Schweißstrom (IS) derart zu erzeugen, dass die Stromkennlinie (SK) zwischen dem Vorpuls (V) und dem Hauptpuls (H) einen Übergangsbereich (UB) aufweist, vorzugsweise wobei in dem Übergangsbereich (UB) eine Mindeststromstärke, insbesondere eine Grenze (G) der thermischen Kopplung, nicht unterschritten wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) derart ausgebildet ist, dass durch Schalten des ersten Schaltmittels (12) der Vorpuls (V) und vorzugsweise der Übergangsbereich (UB) erzeugbar sind und/oder dass durch Zünden des Thyristors der Hauptpuls (H) erzeugbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeschaltung (4) ein Freilaufmittel (14), insbesondere eine Freilaufdiode oder einen Freilaufthyristor, aufweist, vorzugsweise wobei das Freilaufmittel (14) parallel zu der Schaltmitteleinrichtung (6) und/oder dem Kondensator (5) verschaltet ist und/oder zum Verhindern einer Unterbrechung des Entladestroms (IK) bei abgeschaltetem ersten Schaltmittel (12) und/oder erloschenem Thyristor ausgebildet ist.
Schweißvorrichtung (2), insbesondere zum Durchführen eines Kondensatorentladungs-Schweißverfahrens, wobei die Schweißvorrichtung (2) eine nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildete Schaltungsanordnung (1) zum Erzeugen eines Schweißstroms (IS) und Schweißelektroden (15) zum Führen des Schweißstroms (IS) durch zwei oder mehr miteinander zu verschweißende Fügeteile (16) aufweist.
Steuereinrichtung zur Steuerung einer Schaltungsanordnung (1) für eine Schweißvorrichtung (2), insbesondere wobei die Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist, und/oder einer Schweißvorrichtung (2), insbesondere wobei die Schweißvorrichtung (2) nach Anspruch 12 ausgebildet ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) eine Schaltmitteleinrichtung (6) mit einem abschaltbaren ersten Schaltmittel (12) und einem als Thyristor ausgebildeten zweiten Schaltmittel (13) aufweist und wobei die Steuereinrichtung (17) zum Steuern der Schaltungsanordnung (1) ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgebildet ist, erst das erste Schaltmittel (12) anzuschalten und zu einem späteren Zeitpunkt den Thyristor zu zünden, insbesondere wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgebildet ist, zwischen dem Anschalten des ersten Schaltmittels (12) und dem Zünden des Thyristors das erste Schaltmittel (12) getaktet zu schalten, und/oder wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgebildet ist, ausgehend von vorgegebenen Zielparametern Steuergrößen (17A) so zu berechnen, dass durch Schalten der Schaltmittel (12, 13) der Schaltmitteleinrichtung (6) mit den berechneten Steuergrö-ßen (17A) ein Schweißstrom (IS) mit einer Stromkennlinie (SK) erzeugt wird, wobei die Stromkennlinie (SK) einen durch die Zielparameter vorgegebenen Verlauf aufweist.
Verfahren zum Erzeugen eines Schweißstroms (IS), insbesondere für ein Kondensatorentladungs-Schweißverfahren, vorzugsweise wobei das Verfahren mittels einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchgeführt wird, wobei ein Kondensator (5) geladen wird, um Energie für einen Schweißvorgang bereitzustellen und nach Laden des Kondensators (5) Schaltmittel (12, 13) einer Schaltmitteleinrichtung (6) geschaltet werden, sodass eine Entladung des Kondensators (5) erfolgt und ein durch die Entladung erzeugter Entladestrom (IK) mittels eines Transformators (7) in den Schweißstrom (IS) transformiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmitteleinrichtung (6) ein abschaltbares erstes Schaltmittel (12) und ein als Thyristor ausgebildetes zweites Schaltmittel (13) aufweist, wobei zunächst das erste Schaltmittel (12) angeschaltet wird, sodass sich der Kondensator (5) über das erste Schaltmittel (12) entlädt, und zu einem späteren Zeitpunkt (TD) der Thyristor gezündet wird, sodass sich der Kondensator (5) über den Thyristor entlädt, und/oder dass ein Verlauf einer Stromkennlinie (SK) des Schweißstroms (IS) oder hierzu korrespondierende Eigenschaften der durch den Schweißvorgang herzustellenden Schweißverbindung durch Zielparameter vorgegeben wird/werden und ausgehend von den Zielparametern Schaltparameter bzw. Steuergrößen (17A) so berechnet werden, dass durch Schalten der Schaltmittel (12, 13) der Schaltmitteleinrichtung (6) mit den berechneten Schaltparametern bzw. Steuergrößen (17A) die Stromkennlinie (SK) den durch die Zielparameter vorgegebenen Verlauf bzw. die Schweißverbindung die korrespondierenden Eigenschaften aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anschalten des ersten Schaltmittels (12) ein Vorpuls (V) einer Stromkennlinie (SK) des Schweißstroms (IS) erzeugt wird, wobei der Vorpuls (V) ein Vorpulsmaximum (A) aufweist, und dass zu einem späteren Zeitpunkt (TD) durch Zünden des Thyristors ein Hauptpuls (H) der Stromkennlinie (SK) des Schweißstroms (IS) erzeugt wird, wobei der Hauptpuls (H) ein Hauptpulsmaximum (E) aufweist, vorzugsweise wobei das Hauptpulsmaximum (E) höher ist als Vorpulsmaximum (A).
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anschalten des ersten Schaltmittels (12) und dem Zünden des Thyristors das erste Schaltmittel (12) getaktet geschaltet wird, insbesondere sodass ein Übergangsbereich (UB) der Stromkennlinie (SK) des Schweißstroms (IS) erzeugt wird, vorzugsweise wobei in dem Übergangsbereich (UB) eine Mindeststromstärke, insbesondere eine Grenze (G) der thermischen Kopplung, nicht unterschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (UB) einen ersten Abschnitt (UB1) und einen zweiten Abschnitt (UB2) aufweist, wobei ein Tastgrad (TG), mit dem das erste Schaltmittel (12) getaktet geschaltet wird, in dem ersten Abschnitt (UB1) anders ist als in dem zweiten Abschnitt (UB2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielparameter umfassen: - eine Stromstärke (IE) eines Hauptpulsmaximums (E) eines Hauptpulses (H) der Stromkennlinie (SK), - eine Stromstärke (IA) eines Vorpulsmaximums (A) eines Vorpulses (V) der Stromkennlinie (SK), - eine Stromstärke (IB) am Ende (B) des Vorpulses (V), - eine Stromstärke (ID) am Beginn (D) des Hauptpulses (H), - eine Stromstärke (IC) eines Wendepunkts (C), der in einem Übergangsbereich (UB) zwischen Ende (B) des Vorpulses (V) und Beginn (D) des Hauptpulses (H) liegt und vorzugsweise den Übergangsbereich (UB) in einen ersten Abschnitt (UB1) und einen zweiten Abschnitt (UB2) unterteilt, - eine Zeitspanne (TBD) zwischen dem Ende (B) des Vorpulses (V) und dem Beginn (D) des Hauptpulses (H), - eine Zeitspanne (TBC) zwischen dem Ende (B) des Vorpulses (V) und dem Wendepunkt (C), und/oder - eine Zeitspanne (TCD) zwischen dem Wendepunkt (C) und dem Beginn (D) des Hauptpulses (H).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergrößen 17A umfassen: - eine Energie des Kondensators (5) oder einen dazu korrespondierenden Parameter, - einen Zeitpunkt (TA) eines Vorpulsmaximums (A) eines Vorpulses (V) der Stromkennlinie (SK), - einen Zeitpunkt (TB) eines Endes (B) des Vorpulses (V), - einen Zeitpunkt (TD) des Beginns (D) eines Hauptpulses (H) der Stromkennlinie (SK), - einen Zeitpunkt (TC) eines Wendepunkts (C), der in einem Übergangsbereich (UB) zwischen Ende (B) des Vorpulses (V) und Beginn (D) des Hauptpulses (H) liegt und vorzugsweise den Übergangsbereich (UB) in einen ersten Abschnitt (UB1) und einen zweiten Abschnitt (UB2) unterteilt, - einen Tastgrad (TG) bis zum Vorpulsmaximum (A), - einen Tastgrad (TG) zwischen dem Vorpulsmaximum (A) und dem Ende (B) des Vorpulses (V), - einen Tastgrad (TG) in dem ersten Abschnitt (UB1) des Übergangsbereichs (UB), und/oder - einen Tastgrad (TG) in dem zweiten Abschnitt (UB2) des Übergangsbereichs (UB).
Kondensatorentladungs-Schweißverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatorentladungs-Schweißverfahren mit einer Schweißvorrichtung (2) nach Anspruch 12 durchgeführt wird und/oder ein Schweißstrom (IS) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19 erzeugt wird und der Schweißstrom (IS) mittels Schweißelektroden (15) durch zwei oder mehr miteinander zu verschweißende Fügeteile (16) geführt wird, sodass diese miteinander verschweißt werden.
Computerprogrammprodukt aufweisend Befehle, die bewirken, dass die Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 14 bis 19 ausführt und/oder dass die Schweißvorrichtung (2) nach Anspruch 12 die Verfahrensschritte des Kondensatorentladungs-Schweißverfahrens nach Anspruch 20 ausführt.
Computerlesbares Speichermedium (17C), auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 21 gespeichert ist.