DE2913627A1 - Einrichtung zum gleich- und/oder wechselstrom-lichtbogenschweissen mit einem wechselrichter - Google Patents

Einrichtung zum gleich- und/oder wechselstrom-lichtbogenschweissen mit einem wechselrichter

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Description

MESSER GRIESHEIM GMBH MG 1178
Phasenanschnitt (Eingang)
Kennwort: LEW 4 - Parallelschaltung B 412/3
Transduktor Ordner: VI
Erfinder: BODEWIG
Einrichtung zum Gleich- und/oder Wechselstrom-Lichtbogenschweißen mit einem Wechselrichter
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Gleich- und/oder Wechselstrom-Lichtbogenschweißen mit einem Wechselrichter, zur Erzeugung eines Wechselrichterausgangswechselstromes , dessen Frequenz höher als die Netzfrequenz ist, wobei der Wechselrichter unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters an ein Drehstromnetz angeschlossen ist und ferner der Wechselrichterausgang unter Zwischenschaltung eines Transformators sowie ggfs. eines Gleichrichters oder zweiten Wechselrichters mit einem Werkstück und einer Schweißelektrode .verbunden ist.
Mit diesem Oberbegriff wird auf Schweißeinrichtungen Bezug genommen, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 17 65 775, DE-OS 26 51 510, DE-OS 27 20 347, DE-OS 27 20 942, Applikationsbericht AN-66 20 der Firma RCA mit dem Titel "Design
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and Applications of High Power Ultrasonic Converters Using ASCR1s" bekannt geworden sind.
Der Vorteil dieser aus der Literatur bekanntgewordenen Einrichtungen zum Lichtbogenschweißen soll darin bestehen, daß durch den Wechselrichter die Eingangsfrequenz für den nachgeschalteten Transformator gegenüber der Netzfrequenz wesentlich angehoben werden kann, beispielsweise soweit, daß die Frequenz oberhalb der Hörschwelle des Menschen liegt, -also oberhalb 18 Kilohertz.Durch diese Frequenzer- ; höhung wird eine geringere Dimensionierung des nachge- \ schalteten Transformators möglich, wodurch vorteilhaft eine Gewichtsreduzierung der gesamten Schweißeinrichtung ermöglicht wird, so daß nunmehr die Schweißeinrichtung im Vergleich zu nicht mit Wechselrichtern arbeitenden Schweißgeräten etwa um den Faktor 10 leichter ist. i
In den obengenannten Druckschriften werden wohl Wechselrichter beschrieben, die einen Ausgangswechselstrom mit einer Frequenz bis zu 30 Kilohertz erzeugen sollen. Die bisher in ' der Praxis bekanntgewordene Einrichtung zum Lichtbogenschweißen dieser Art, wobei der Wechselrichter mit Thyristoren gebaut ist, arbeitet mit einer Frequenz von 1000 Hertz. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß diese Frequenz im hörbaren Bereich liegt und während des Schweißens ein unangenehmes Störgeräusch entsteht. Die bisherige Verwendung dieser niedrigen, unvorteilhaften Frequenz bei Wechselrichtern mit einer das Schweißen ermöglichenden Leistung dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die Forderung nach hoher Sperrspannung und hohen Strömen der Thyristoren einerseits und kurzen Freiwerdezeiten andererseits sich widersprechen und deshalb bisher von den Halbleiterherstellern nur ein Kompromiß angeboten werden kann.
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ORIGINAL INSPECTED
Damit der Wechselrichter wegen der gewünschten Schweißleistung an ein 380 V-Netz angeschlossen werden kann, ist es notwendig, im Wechselrichter Thyristoren mit einer hohen Sperrspannung zu verwenden. Derartige Thyristoren erlauben jedoch im Hinblick auf die erzielbaren Freiwerdezeiten des Thyristors keinen Betrieb mit hohen Frequenzen (z.B. größer 18 KHz).
Aus dem Applikationsbericht AN-66 28 sind ferner Thyristoren bekanntgeworden,die Freiwerdezeiten in der Größe von 4μ sec aufweisen. Die Sperrspannung dieser Thyristoren ermöglicht jedoch keinen Betrieb am 380 V-Netz. Auch ist eine Reihenschaltung von mehreren dieser Thyristoren bei den infrage kommenden Frequenzen von größer als 18 Kilohertz kritisch. An einem 220 V-Netz ist ein Betrieb des Wechselrichters auch mit diesen hohen Frequenzen möglich, wobei jedoch die erreichbare Ausgangsleistung (Wirkungsgrad des Wechselrichters =0,8) bei max 2,8 KW liegt. Mit dieser Ausgangsleistung sind jedoch nur kleinere Schweißströme erreichbar.
Eine weitere Forderung der Lichtbogenschweißeinrichtungen mit einem Wechselrichter besteht darin, daß die Ausgangsleistung über einen großen Bereich (bis 1:150) stufenlos regelbar sein muß, wobei dann auch in den untersten Regelbereichen der Wechselrichter noch in Frequenzen arbeitet, die unhörbar sind. Die bisher bekanntgewordene Stufenumschaltung erfüllt diese Forderung nicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schweiß-3Q einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei hohen, im gesamten Regelbereich unhörbaren, Frequenzen des Wechselrichterausgangswechselstromes ein Schweißen auch bei hohen Leistungen ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgäbe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
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daß der Gleichrichter zwischen Wechselrichter und Drehstromversorgungsnetz als Drehstrombrückengleichrichter mit steuerbaren Halbleitern,vorzugsweise Thyristoren, ausgebildet ist, die von einer Phasenanschnittsteuerung ansteuerbar sind. Dadurch kann jeweils nach Thyristorenspezifikation die Speisegleichspannung für den Wechselrichter auf eine für diesen sicheren Wert herabgesetzt werden, so daß einerseits die Sperrspannung des Thyristors nicht überschritten wird, andererseits die höhere Leistung des Dreh-Stromnetzes ausgenutzt werden kann. Bevorzugt wird dabei die Ausgangsgleichspannung durch eine an sich bekannte Regelschaltung auf den gewünschten Wert stabilisiert.
In vorteilhafter Weiterbildung wird zum Erreichen noch höherer^ Leistungen vorgeschlagen, daß der Wechselrichter f mehrere Einzelwechselrichter und der Ausgangstransformator j mehrere Primärteilwicklungen aufweisen, wobei jeweils ein Einzelwechselrichter mit einer Primärteilwicklung verbunder ist. Dadurch ist eine beliebig hohe Ausgangsleistung
erreichbar. I
Damit im gesamten Leistungsbereich eine stufenlose Einstellung/Regelung von Schweißstrom/Schweißspannung erreichbar ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß dem Ausgang des Wechselrichters/der Wechselrichter ein Transduktor ; nachgeschaltet ist. Dieser Transduktor kann aufgrund der hohen Frequenzen vorteilhaft klein und kompakt ausgeführt werden, wodurch eine sehr kurze Zeitkonstante, die ein schnelles Regeln ermöglicht, erreicht wird. Dabei liegt die Zeitkonstante in der Größenordnung, die ansonsten nur mit ausgangsseitigen Phasenanschnittsteuerungen (s. a. J DE-OS 26 51 510) erreichbar sind. \
In der nachfolgenden Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung sowie unter Hinweis auf weitere vorteil-
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r-
ORIGINAL INSPECTED
--ir- η
hafte Merkmale die Erfindung näher erläutert.
Die in der Zeichnung veranschaulichte Einrichtung zum Lichtbogenschweißen weist einen Gleichstromteil 10 auf, dem ein Wechselrichter 11 mit zugeordneter Ansteuereinheit 12 nachgeschaltet ist. Ausgangsseitig ist der Wechselrichter 12 über einen Transformator 13 und einen Gleichrichter 14 mit einem Werkstück 15 und einem Schweißbrenner 16 elektrisch verbunden.
Der Gleichstromteil 10 besteht erfindungsgemäß aus einem, an ein Drehstromnetz RST angeschlossenen Drehstrombrückengleichrichter 17, der drei ansteuerbare Thyristoren 18 und drei Dioden 19 (halbgesteuerte Brücke) aufweist. Die Thyristören 18 stehen mit einer an sich bekannten, nicht näher dargestellten, eine Spannungsstabilisierungsschaltung aufweisende Phasenanschnittsteuerung 10 in Verbindung. Selbstverständlich ist auch ein vollgesteuerter Drehstrombrückengleichrichter vorteilhaft einsetzbar. Ferner, weist der Gleichstromteil 10 eine Glättungseinheit 21 mit Glättungskondensatoren 22 und Glättungsdrossel 23 auf. Ausgangsseitig sind am Gleichstromteil 10 ein oder mehrere Einzelwechselrichter 11a, 11b... angeschlossen.
Jeder der Einzelwechselrichter 11a und 11b ist als VoIlbrückenthyristorwechselrichter aufgebaut und weist einen Kommutierungskondensator 24 auf, dem die ansteuerbaren Thyristoren 25, 26, 27, 28 zugeordnet sind. Die Thyristoren 25 bis 28 weisen in an sich bekannter Weise eine du/dt-Beschaltung auf, die eine Diode 29 sowie einen Kondensator 30 und einen Widerstand 31 in entsprechender Dimensionierung umfaßt. Ferner sind den Thyristoren 25 bis 28 zur di/dt-Begrenzung Beschaltungsdrosseln 32, 33, 34, 35 zugeordnet. Die Thyristoren 25 bis 28 werden durch die Ansteuereinheit 12 wechselweise angesteuert, so daß die Ausgangs-
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frequenz vorzugsweise größer als 18 Kilohertz ist. Der Aufbau derartiger Ansteuereinheiten ist bekannt und braucht deshalb nicht näher erläutert zu werden.
Dem Ausgang 36 jedes Wechselrichters 11a, 11b ist eine Primärteilwicklung 13a, 13b des Transformators 13 zugeordnet. Erfindungsgemäß weist die Primärwicklung 13 eine der vorgesehenen Anzahl der Einzelwechselrichter entsprechende Anzahl von Teilwicklungen auf.
' Ferner ist dem Ausgang 36 der Einzelwechselrichter 11a, 11b zur stufenlosen Schweißstrom-ZSchweißspannungseinstellung ein Transduktor 37 nachgeschaltet. Beim Ausführungsbeispiel ist der Transduktor 37 im Sekundärkreis 38 des Transformators 13 geschaltet. Der Transduktor 37 wird in an sich bekannter Weise von einer nicht näher beschriebenen Einrichtung 39 spannungs- oder stromgesteuert.
Bei den obengenannten Ausführungsbeispielen sind Thyristorwechselrichter in Vollbrückenschaltung vorgesehen. Es ist selbstverständlich möglich und liegt im Rahmen der Erfindung, anstelle dieser Wechselrichter in Brückenschaltung Wechselrichter in anderen Schaltanordnungen vorzusehen. Auch Wechselrichter mit anderen Schaltelementen als Thyristören, beispielsweise mit Transistoren als Schaltelemente können vorteilhaft Anwendung finden.
Die obengenannten Einrichtungen zum Lichtbogenschweißen sind nicht auf das Lichtbogenschweißen mit nichtabschmelzender Elektrode beschränkt, auch können damit abschmelzende Elektroden nach dem Elektrodenhandschweißverfahren oder nach dem Metallschutzgasschweißverfahren verschweißt werden. Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft auch zum UP-Schweißen, Plasma-Schweißen und -Schneiden eingesetzt werden.
Be /ma
Pfm., den 28. 2. 1979 030 0 hl /0 2 6 7
ORIGINAL IMSPECTEP
Zusammenfassung:
Bei einer Einrichtung zum Gleich- und/oder Wechselstromlichtbogenschweißen mit einem Wechselrichter(11) zur Erzeugung eines Wechselrichterausgangswechselstromes, dessen Frequenz höher als die Netzfrequenz ist, ist der Wechselrichtern 1) unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters (10) an ein Drehstromnetz RST angeschlossen und ferner ausgangsseitig unter Zwischenschaltung eines Transformators
(13) mit einem Werkstück(15) und einer Schweißelektrode (16) verbunden■. Um ein Schweißen bei hohen Leistungen und einem großen Regelbereich, auch bei hohen, im gesamten Regelbereich unhörbaren Frequenzen des Wechselrichterausgangsstromes zu ermöglichen, ist der Gleichrichter(10) als Drehstrombrückengleichrichteri17) mit Thyristoren(18) ausgebildet, die durch eine Phasenanschnittsteuerung(20) ansteuerbar sind, ferner mehrere Einzelwechselrichter(11a, 11b) parallel zueinander geschaltet und vorzugsweise ein
Transduktor( 37) dem Ausgang( 36) der Wechselrichter 11) züge- f ο ordnet. I
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■Hl·
Leerseite

Claims (5)

Patentansprüche;
1.)Einrichtung zum Gleich- und/oder Wechselstrom-Lichtbogenschweißen mit einem Wechselrichter zur Erzeugung eines Wechselrichterausgangswechselstromes, dessen Frequenz höher als die Netzfrequenz ist, wobei der Wechselrichter unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters an ein " Drehstromnetz angeschlossen ist und der Wechselrichterausgang unter Zwischenschaltung eines Transformators sowie gegebenenfalls eines Gleichrichters oder zweiten Wechselrichters mit einem Werkstück und einer Schweißelektrode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter(10)als Drehstrombrückengleichrichter (17) mit steuerbaren Halbleitern (18), vorzugsweise Thyristören, ausgebildet ist, die von einer Phasenanschnittsteuerung (20) ansteuerbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgleichspannung des Gleichrichters(17)durch eine an sich bekannte Regelschaltung stabilisiert wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter(11)mehrere Einzelwechselrichter (11a, 11b) und der Ausgangstransformator (1 3) entsprechend der Anzahl der Einzelwechselrichter Primärteilwicklungen (13a, 13b) aufweisen, wobei jeweils ein Einzelwechselrichter (11a bzw. 11b) mit einer Primärteilwicklung(13a bzw.- 13b) verbunden ist.
3Q
4. Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang(36)der Wechselrichter 11)zur stufenlosen Schweißspannungs-/ Schweißstromsteuerung/regelung ein Transduktor(37)nachgeschaltet ist.
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5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswechselstrom des Wechselrichters eine Frequenz größer als 18 Kilohertz aufweist. 5
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