DE3200086C2

DE3200086C2 - Elektronische Schweißenergiequelle für das Lichtbogenschweißen mit vorgebbarem statischem und dynamischem Verhalten

Info

Publication number: DE3200086C2
Application number: DE3200086A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 5100 Aachen Puschner
Original assignee: Individual
Current assignee: Elma-Technik Elektronik und Maschinenbau Spezial-G
Priority date: 1982-01-05
Filing date: 1982-01-05
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2002-01-06
Also published as: JPS58151964A; IT1212807B; US4525621A; FR2519278A1; GB2114328A; JPS6352992B2; IT8319011A0; GB8300009D0; GB2114328B; DE3200086C3; DE3200086A1

Abstract

Die elektronische Schweißenergiequelle besteht aus mehreren Moduln, die in ihrer Kombination für die System-Eigenschaften verantwortlich sind. Das Führungsmodul dient der Vorgabe konstanter oder zeitlich veränderlicher Werte, die ein Statik-Modul, ein Dynamik-Modul und ggf. ein Leistungs-Modul steuern. Vom Schweißprozeß abhängige elektrische Betriebsgrößen werden zurückgeführt, so daß die einzelnen Moduln prozeßabhängig reagieren können. Damit erhält man eine Schweißenergiequelle, deren statisches und dynamisches Verhalten vorgebbar ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die Aufgabe des Führungsmoduls und ggf. das Verhalten der Statik- und Dynamik-Moduln durch einen Rechner und entsprechende Algorithmen übernommen. Die erfindungsgemäße Schweißenergiequelle ist für alle Lichtbogenschweißverfahren einsetzbar und auf den Prozeß optimierbar.

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schweißenergiequelle für das Lichtbogenschweißen mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei einer bekannten elektronischen Schweißenergiequelle (EP-OS 00 12 576) sollen die Eigenschaften einer besonders ausgeführten konventionellen Schwcißstromquelle, die in ihrem Schweißstromkreis eine Parallelschaltung von Induktivität und Widerstand aufweist, durch eine elektronische Steuerung erzielt werden. Diese bekannte elektronische Schweißstromquelle vermeidet jedoch nicht sprunghafte Änderungen des Stromes als Reaktion auf Tropfenkurzschlüsse, die zu einem schlechteren Schweißprozeß führen. Sie sind vielmehr dort erforderlich, da erst als Folge eines Stromsprunges über ein Differenzierglied die Schweißspannung durch Steuerung einer als Schaltverstärker ausgeführten Konstantspannungsquelle als Leistungsteil vermindert werden kann. Als Folge der Umladung des Kondensators des beschriebenen Differenziergliedes wird die Spannung dann mit der aus der Umladung sich ergebenden Zeitfunktion wieder auf die durch einen Vorgabewert bestimmte Spannung zurückgeführt. Sie ermöglicht damit nur eine Näherung für den gewünschten Reaktionsverlauf im Leistungsteil und weist daher keine für das Lichtbogenschweißen hinreichend befriedigenden Schweißeigenschaften auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer

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Schweißenergiequelle der im Oberbegriff des Patentan- Bens als auch in der Zündphase.

Spruchs 1 beschriebenen Art mit einfachen Mitteln ein 11. Vorgebbarer Minimalstrom beim MIG- bzw.

besseres Schweißverhalten zu ermöglichen. MAG- und UP-Schweißen erhöht die Prozeßstabi-

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich eine:erfin- litäu

dungsgemäße Schweißenergiequelle aus durch die im 5 IZ Unsymmetrische Drosselwirkung führt zur

kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebe- Spritzerreduzierung beim Bogenwiederzünden

nen Merkmale. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen nach einer Materialbrücke.

der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 ange- 13. Alle Schweißprogramme könneil über Rechner

führt geführt und archiviert werden.

Die Erfindung schafft eine elektronische Schweiß- io 14. Die Kennlinien-Moduln können mehrere Lei-

energiequelle, bei der sich das für den Schweißprozeß stungs-Moduln in Parallelschaltung für Prozesse

erforderliche statische und dynamische Verhalten allein mit hohen Stromstärken steuern. Dabei gibt es kei-

durch die beiden elektronischen Schaltkreise im Zusam- ne Stromverteilungsprobleme, wenn die Leistungs-

menwirken mit einem schnell steuerbaren elektroni- moduln als Konstantstromquellen arbeiten,

sehen Leistungsteil vorgeben und damit auch program- 15 15. Die elektronische Schweißenergiequelle läßt

mieren läßt Nach den schnell ablaufenden Vergleichs- sich in hervorragender Weise über Batterien be-

und Stell vorgängen im ersten und zweiten elektroni- treiben.

sciien Schaltkreis wird eine davon abhängige Verschie- Nachstehend werden der prinzipielle Aufbau und die

bung der Kennlinie des Leistungsteils bewirkt. prinzipielle Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen

Von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung ist, 20 elektronischen Schweißeriergiequelle anhand eines in daß das Leistungs-Modul keine auf den Schweißprozeß der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erabgestimmten Eigenschaften besitzt wie dies z. B. bei läutert Es handelt sich dabei um eine Ausführungsform, bekannten Schweißenergiequellen durch Drosseln im wie sie vorzugsweise für das Schutzgas- und Unterpul-Schweißstromkreis oder durch den Aufbau des Trans- ver-Schweißen mit kurzschlußbehaftetem oder kurzformators z. B. mit definierten Streuinduktivitäten der 25 schlußfreiem Werkstoffübergang und für das MIG-FaIl ist Ebenso wesentlich ist daß Prozeßzustände, auf bzw. MAG-lmpulslichtbogenschweißen eingesetzt werdie die elektronische Schweißenergiequelle mit einem den kann. In der Zeichnung zeigt
bestimmten Verhalten reagieren soll, durch Messen von Rg. 1 ein Übersichts-Blockdiagramm einer erfin-Spannung und/oder Strom des Schweißprozesses, was dungsgemäßen Schweißenergiequelle,
der Einfachheit halber direkt an den Schweißstrom- 30 Flg. 2 ein Schaltbild für ein Leistungs-Modul nach Klemmen der Quelle geschehen kann, und Verarbeitung Fig. 1,

in elektronischen Einheiten wie Statik- und/oder Dyna- Rg. 3 ein Schaltbild eines Statik-Moduls nach Fig. 1,

mik-Modul erfolgen. Das Ergebnis dieser Verarbeitung Rg. 4 und 5 zwei Grafiken zur Darstellung der Cha-

wird dann zur Steuerung des Leistungsmoduls herange- rakteristik der Fig. 3,

zogen. Diese Technik ist besonders vorteilhaft bei kurz- 35 Rg. 6 und 7 zwei Schaltbilder mit verschiedenen Aus-

schjußbehafteten Lichtbogenschweißprozessen und führungsformen eines Dynamik-Moduls nach Fig. 1,

beim MIG- bzw. MAG-lmpulslichtbogenschweißen. Rg. 8 und 9 zwei grafische Darstellungen zur Veran-

Je nach Ausgestaltung ergeben sich für eine erfin- schaulichung des Stromquellen-Verhaltens bei einem

dungsgemäße elektronische Schweißenergiequelle fol- Kurzschluß-Zyklus,

gende Vorteile: 40 Angemerkt sei, daß in den Fig. 2,3,6 und 7 und in der

1. Die Quelle ist frei einstellbar bezüglich ihres sta- zugehörigen Beschreibung alle Versorgungs- und Hilfstischen und dynamischen Verhaltens. spannungen für die elektronischen Schaltkreise nicht

2. Alle Eigenschaften können auch während des dargestellt bzw. erwähnt werden, um den erfindungsge-Schweißens verändert und optimiert werden. mäßen Gedanken, der sich auf den Signalverlauf und die

3. Alle Einstellungen sind reproduzierbar und über- 45 Signalverarbeitung bezieht, deutlicher veranschaulitragbar. chen und herausstellen zu können.

4. Die eingestellten Quelleneigenschaften sind völ- Bestandteil der erfindungsgemäßen Schweißenergie-Hg unabhängig vom treibenden Netz. quelle ist eine elektronische Leistungseinheit, die entwe-

5. Es lassen sich prozeßgesteuerte Drosselwirkun- der auf der Basis eines geschalteten Verstärkers (Chopgen mit unterschiedlichem Anstiegs- und Abfallver- 50 per) oder eines analog arbeitenden Verstärkers ausgehalten erzielen. führt ist Geschaltete Verstärker können nach heutigem

6. Für das MIG- bzw. MAG-Lichtbogenimpuls- Stand der Technik mit Thyristoren oder Transistoren, schweißen lassen sich Pulse mit Charakteristiken analog arbeitende Verstärker nur mit Transistoren auferzeugen, die entweder zu einem harten, treiben- gebaut werden. Vorteilhafterweise soll die Leistungsden oder zu einem weichen, nicht treibenden Licht- 55 einheit einen Frequenzgang von 0 bis einige KHz haben, bogen führen. im Idealfall von 0 bis einige MHz bei konstentem Über-

7. Durch Optimieren der Reaktionsgeschwindigkei- tragungsverhalten. Zur Zeit lassen sich analog arbeitenten des Dynamik-Moduls läßt sich der bei höheren de Verstärker mit Ausgangsströmen bis zu 2000 A mit Pulsfrequenzen störend wirkende Lichtbogen- einer Grenzfrequenz im Bereich 100 KHz bis 500 KHz Schall auf ein Minimum herabsetzen. 60 realisieren. Beispielhaft soll von der analog arbeitenden

8. Beim MIG- bzw. M AG-Pulsen läßt sich der Variante für das Leistungs-Modul ausgegangen werden. Grundstrom bis an die Prozeßstabilitätsgrenze ab- Ein Transformator M1 lädt über einen Gleichrichter senken. C 1 einen Kondensator Cl, wobei die Serienschaltung

9. Alle Parameter für das Pulsschweißen sind frei von Kondensator Cl, Längs-Transistor Π und wählbar und nicht vom Netz abhängig. 65 Schweißprozeß den Sekundärkreis bzw. Schweißstrom-

10. Durch Detektor-Wirkung des Statik-Moduls er- kreis darstellen (Fig. 2). Der Transformator M1 hat die gibt sich eine hohe Prozeßstabilität beim MIG- Aufgabe, den Kondensator C1 möglichst auf konstan- bzw. MAG-Pulsen sowohl während des Schwei- ter Betriebsspannung Ub zu halten. Diese Betriebsspan-

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nung Ub ist vorteilhaft geringfügig höher als die höchste an den Schweißprozeß zu liefernde Spannung zu halten. Die Basis des Längstransistors, der ggf. aus der Parallelschaltung einiger 10—100 handelsüblicher Leistungstransistoren mit je 100 bis 250W Verlustleistung und entsprechenden Treibertransistoren bestehen kann, wird von einem Verstärker VA vorteilhaft derart gesteuert, daß sich eine elektronisch steuerbare Konstantstromquelle hoher Leistung zum Treiben des gewünschten Schweißprozesses ergibt Hierzu wird vorzugsweise über einen Shunt Sh und entsprechendem Verstärker V2 der Ist-Strom gemessen und nach Durchlaufen eines Inverters V3 und Vergleich mit einem Soll-Strom-Signal einem Regler VA zugeführt Der Ausgang des Reglers VA steuert den Leistungstransistor im Schweiß-Stromkreis. Vorzugsweise wird der Regler VA als Proportionalregier mit hoher Verstärkung ausgelegt Bei unendlicher Verstärkung ist die erzeugte Stromkennlinie einer solchen Leistungseinheit im i/-/-Diagramm absolut senkrecht Es gilt also / Φ f(u). Nach oben wird die Stromkennlinie durch die Kondensatorspannung begrenzt. Für die praktische Ausführung sind Verstärkungsfaktoren des Reglers VA, die sich mit Potentiometer Pl einstellen lassen, von 100—1000 bei einer Normierung von 1 V & 100 A als ausreichend anzusehen. Das Leistungs-Modul wird an der mit i„n bezeichneten Klemme gesteuert. Der Übersichtlichkeit halber ist nur ein einphasiger Transformator M1 mit Brückengleichrichter G1 gezeichnet. Natürlich können hier auch mehrphasige, ggf. auch thyristorgesteuerte Transformatoren oder Gleichrichter eingesetzt werden. Für besondere Anwendungsfälle kann sogar M1 und G1 durch eine Batterie mit entsprechender Kapazität ersetzt werden.

An den Eingang /»λ des Leistungs-Moduls ist der Ausgang Adyn des Dynamik-Moduls angeschlossen. Der Eingang Edyn dieses Moduls ist mit dem Ausgang A_sat des Statik-Moduls verbunden. Zur Erzeugung einer statischen Kennlinie mit einstellbarer Neigung dient ein Regelkreis mit dem Regler V 7 (Fig. 3). Hierzu wird der normierte Leerlaufspannungswert vom Führungs-Modul am Eingang "Sollwert W z. B. mit Potentiometer P2 vorgegeben. Vorzugsweise wird als Normierung IVa 10 V (Führungsspannung zu Klemmenspannung der Quelle) gewählt. Das i/;«-Signal wird mit Verstärker Vb invertiert, normiert und zusammen mit dem "Sollwert IT-Signal von V5 dem Regelverstärker Vl mit über Potentiometer P3 einstellbarer Verstärkung zugeführt Der Reglerausgang von V7 wird über V8, der ebenso wie V9 als ideale Diode geschaltet ist der Ausgangsklemme des Statik-Moduls A_sta, zugeführt. Mit P3 des Führungs-Moduls kann die Verstärkung von V7 und damit die Kennlinien-Neigung der Quelle eingestellt werden. Für Sollwert U = 4 V und Verstärkung von V7 zweifach erhält man eine Kennlinie mit U₀ = 40 V und /* = 800 A (Fig. 4). Ober die ideale Diode V9 und Sollwert /, der über Potentiometer PA des Führungsmoduls vorgegeben wird, kann ein Minimal-Strom vorgegeben werden (Fig. 5). Damit kann der Ausgang des Statik-Moduls A_sa, nicht 0 werden, wodurch dem Lichtbogen unter allen Bedingungen ein Strom angeboten wird, der zur Aufrechterhaltung der Ionisierungdient

Fig. 6 zeigt ein einfaches Dynamikmodul mit seinem Eingang Ed_yn und dem Ausgang Adyn· Es beinhaltet zwei Trennverstärker V10 und V11 sowie ein einstellbares RC-G\\ed, bestehend aus P5 und Cl. P5 ist Bestandteil des; Führungsmoduls. Im Betrieb verhält sich die erfindungsgemäße Schweißenergiequelle dann so, als wäre im Schweißstromkreis eine Drossel. Durch Ändern des Widerstandswertes von P5 läßt sich diese Drosselwirkung auch während des Schweißens verändern.

Eine andere vorteilhafte Ausführung des Dynamik-Moduls zeigt Fig. 7. Der in seiner Verstärkung über P6 des Führungsmoduls einstellbare Regelverstärker V12 vergleicht das Ein- und über Inverter V13 das Ausgangssignal dieses Dynamik-Moduls, verstärkt die sich aus dem Vergleich ergebende Regelabweichung und steuert über zwei Potentiometer Pl und Pi des Führungsmoduls zwei als steuerbare Konstantstromquellen geschaltete Verstärker V\A und V15, die über gegensinnig gepolte Dioden D1 und D 2 einen Kondensator C 3 laden bzw. entladen. V16 dient als Trennverstärker mit hohem Eingangswiderstand und liefert das Ausgangssignal Adyn· Wählt man die Verstärkung von V12 mittels Potentiometer P6 gleich 1 und stellt Pl = Pi ein, so wirkt das Modul wie ein ÄC-Glied ähnlich Fig. 6. Die Zeitkonstante wird durch das mit Pl und Pi festgelegte Teilerverhältnis eingestellt Die Übergangsfunktion bei sprunghafter Eingangssignal-Änderung ist eine e-Funktion.

Wählt man die Verstärkung von V12 mittels P6 gegen unendlich, so ergibt sich eine Rampen-Funktion, die Ausgangssignale von V16 sind also über der Zeit dargestellt Geraden, die entweder horizontal (für U_A = Uk) oder in der Neigung mittels Pl und P8 einstellbar steigen (für Ue > Ua) oder fallen (für Ue < U_A). Wählt man das Teilerverhältnis von Pl ungleich dem Teilerverhältnis von Pi, so ergeben sich unterschiedlich schnelle Anstiegs- und Abfallbewegungen. Dies gilt für alle einstellbaren Verstärkungen von V12. Natürlich sind auch alle Zwischenwerte von P 6 möglich.

Entsprechend dem Ausgangssignal des Dynamik-Moduls verändert sich auch die Stromkennlinie des Leistungs-Moduls und damit der Strom des Schweißprozesses.

Ein kompletter Funktionsablauf sei für einen Kurzschlußzyklus beim MAG-Schweißen unter CO2 erläutert Ausgegangen wird von einem stationär brennenden Lichtbogen mit seiner Kennlinie Kb und mit der Spannung U\ und dem Strom l\ (Fig. 8, Fig. 9). Ist über P2 eine Spannung von 4 V vorgegeben und die Verstärkung von Vl gleich 2 gewählt so ergibt sich bei den vorgenannten Normierungswerten eine statische Kennlinie Ks mit i/o = 40 V und I_K = 800 A (Fig. 9). Der sich durch U\ und /1 ergebende Arbeitspunkt A 1 ist durch die statische Kennlinie und den Prozeßwiderstand festgelegt Für den Fall, daß dieser Zustand vor /1 lang genug vorhanden ist, gilt für das Dynamik-Modul Edyn = Adyn, also Eingangssignal gleich Ausgangssignal. Das Leistungssignal wird also mit einem konstanten Signal angesteuert und liefert die Stromkennlinie K 1 mit dem Strom/1 (Fig. 9).

Kommt es nun im Zeitpunkt 12 zu einer Kurzschlußbrücke im Prozeß, so wird zunächst am Eingang von V 7 sich die Differenz von "Sollwert U" und u/_s, sprunghaft verändern, da sich der Prozeßarbeitspunkt von A i nach A 2 entlang der statischen Kennlinie K 1 des Leistungs-Moduls verschoben hat nach A 2. Die Prozeßkennlinie während der Kurzschlußbrücke sei mit Ky angenommen. Sie wird hier vereinfachend für die Dauer des Kurzschlusses als konstant angenommen. Galt vor dem Zeitpunkt t2: Edyn=Adyn, so gilt nach /2: Ed_yn>Ad_yn- 1st die Verstärkung von V12 gleich 1 gewählt so wird nun der Ausgang von V12, der vor 12 gleich 0 war zur Zeit 12 einen positiven Wert nämlich (Edy_n—Ad_y„)x 1 annch-

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men und die Konstantstromquelle V14 aktivieren, die den Kondensator C3 über D t auflädt. Während des Aufladens verringert sich durch das Rückführungssignal über V13 das Ausgangssignal und damit der Strom der Konstantstromquelle V14. Die Spannung an C3 steigt langsamer. Sie nimmt damit den Verlauf einer e-Funktion an und steuert über den Ausgang von V16 das Leistungsmodul. Dadurch steigt der Strom des Schweißprozesses exponentiell an. Die Stromkennlinie verschiebt sich von K 1 nach K 2. Da die Kurzschlußkennlinie des Prozesses als konstant angenommen worden ist, verschiebt sich der Arbeitspunkt entlang von Kk von A 2 nach A 3. Letzterer ist beschrieben durch i/3 und /3 (Fig. 8, Fig. 9). Durch physikalische Effekte kommt es zum Zeitpunkt 13 zur Zerstörung der Kurzschlußbrücke und zum Wiederzünden des Lichtbogens. Der Prozeßwiderstand steigt nahezu sprunghaft. Da nach wie vor K 2 des Leistungsmoduls wirkt, erhöht sich sprunghaft die Ausgangsspannung des Leistungsmoduls von {/3 auf L/4, der Arbeitspunkt verschiebt sich von A 3 nach A 4. Die Prozeßkennlinie sei mit K_w für den Augenblick des Bogen-Wiederzündens angenommen. Unmittelbar nach f 3 bekommt das Statik-Modul über V6 die Spannungsrückmeldung Ua und stellt fest, daß dieser Spannungswert außerhalb der festgelegten statischen Kennlinie K_s liegt. Für L/4 < LO stellt sich am Ausgang von Vl ein kleiner positiver, für iA> LO ein negativer Wert ein. Dies führt zur sprunghaften Verringerung von E^_n. Da je nach Prozeßkennlinie K_w Un auch größer LO werden kann und damit der Ausgang von Vl negativ, kann über P4 ein Minimalwert vorgegeben werden, so daß Ed_yn in jedem Fall positiv bleibt, so daß auch unter extremen Bedingungen der Lichtbogen stabil bleibt Da nun Edyn<Adyn ist, wird Stromquelle V15 aktiviert und entlädt C 3, wodurch die Stromkennlinie K 2 des Leistungsmoduls wieder zu niedrigeren Stromwerten verschoben wird, bis der stationäre Arbeitspunkt A 1, definiert durch K\ und K₅ sowie Kg des brennenden Lichtbogens wieder eingeschwungen ist. Mit den sich ändernden Lichtbogenverhältnissen ändert sich die momentane Prozeßkennlinie K„ kontinuierlich während der Rückverschiebung von A 4 nach A 1 von K_w nach Kb- Sowohl die Quelle als auch der Prozeß machen eine Kennlinienverschiebung durch.

Unterschiedliche Stellungen der Potentiometer Pl und PS des Führungsmoduls führen zu unterschiedlichen Zeitkonstanten von Stromanstieg und -abfall (Fig. 8). Der Vorgang zeigt, daß die sich während dynamischer Prozeßphasen ergebenden Arbeitspunktbewegungen nicht auf der statischen Kennlinie K₁ liegen müssen. Das Statik-Modul stellt jedoch fest, ob der momentane Arbeitspunkt oberhalb oder unterhalb der definierten Kennlinie K₅ liegt und liefert entsprechende Signale, um das Dynamik-Modul zu steuern. Dieses versucht dann über ein einstellbares Zeitverhalten den momentanen Arbeitspunkt wieder auf die statische Kennlinie K_s zurückzuführen.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen elektronischen Schweißenergiequelle erhält man, wenn beispielsweise anstelle des vom Führungsmodul mit Potentiometer P 2 gelieferten statischen Eingangssignals ein Pulsgenerator mit einstellbarer Pulshöhe, Pulsdauer und Pulsfrequenz an den Eingang von V 5 (Sollwert U) angeschlossen wird. Eine solchermaßen geführte Quelle ist besonders geeignet für das MIG- bzw. MAG-lmpulsschweißen, wobei über Sollwert /der sog. Grundstrom eingestellt wird.

Für einen Puls-Prozeß unter Mischgas mit 82% Ar und 18% CO₂ mit 1,2 mm Drahtelektrode wählt man die Pulshöhe beispielsweise 38 V (normiert 3,8 V) und eine Pulszeit von beispielsweise 2 ms. Schaltet man nach Beendigung des Pulses das Eingangssignal von V5 nicht auf 0 zurück, sondern auf einen Wert wenig unterhalb der minimalen Brennspannung des Lichtbogens, so wirkt das Statik-Modul zusätzlich wie ein Detektor, der bei Bogenverlöschen durch Kurzschlußbrücken zwischen Elektrode und Schmelzbad bzw. Werkstück selbsttätig durch entsprechende Steuerung des Dynamik-Moduls einen Puls mit Stromanstieg auslöst, bis sich die Kurzschlußbrücke geöffnet und der Lichtbogen wiedergezündet hat. Damit wird eine Prozeßstabilisierung erzielt, wie sie bislang nicht möglich war.

Eine andere vorteilhafte Ausbildung erhält man, wenn der Sollwert U zu 0 gemacht wird und die Quelle nur über den Eingang Sollwert / geführt wird. Man erhält so eine Quelle für das WIG-, Plasma- und Stabelektrodenschweißen. Schließt man an den Eingang von V9 anstelle von PA des Führungs-Moduls einen Puls- oder Funktionsgenerator an, so erhält man eine Quelle mit Puls- oder Stromprogramm und einstellbaren Rampen- und Flankenzeiten (Slopes).

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Schweißenergiequelle werden die beiden Eingänge der Verstärker V5 und V9 von Analogausgängen eines Rechners geführt. Alle Potentiometer P3, />6, Pl, PS und ggf. P1 und P5 des Führungs-Moduls werden durch programmierbare Widerstandsnetzwerke ersetzt und von Digitalausgängen des Rechners gesteuert.

Unbeschadet der Erfindung können natürlich auch die Funktionen der beschriebenen Moduln komplett oder teilweise durch entsprechende Algorithmen über Software realisiert werden, so daß der Rechner beispielsweise direkt über einen Analogausgang auf den Sollwerteingang i_soii des Leistungs-Moduls wirkt. Das Rückführungssignal u/_s, wird dem Rechner in diesem Fall durch einen Analog-Eingang zugänglich gemacht.

Die vorab angeführten Beispiele zeigen nur einige Möglichkeiten von vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung auf. Natürlich lassen sich die Funktionen der Moduln auch in Parallelschaltung oder anderer Vermaschung elektronisch ausführen. Wesentlich für die Erfindung ist. daß die statischen und die dynamischen Eigenschaften der Quelle durch elektronische Schaltkreise erzeugt werden, die eine oder mehrere Leistungseinheiten steuern. Ebenso sind auch über Schaltfunktionen abrufbare unterschiedliche Eigenschaften beherbergende Moduln denkbar, wobei das Abrufen z. B. auch auf Anforderung durch den Prozeß selbst geschehen kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche 32 OO 086

1. Elektronische Schweißenergiequelle für das Lichtbogenschweißen mit einem durch elektrische Führungsgrößen steuerbaren Leistungsteil, wobei die elektrischen Führungsgrößen über zwei elektronische Schaltkreise vorgegeben werden, von denen der eine das statische und der andere das dynamische Verhalten der Schweißenergiequelle bestimmt, und wobei zumindest einer der beiden elektronischen Schaltkreise stetig von prozeßabhängigen Signalen beeinflußt ist, dadurch gekennzeich net, daß das Leistungsteil eine Stromquelle mit Konstantstromcharakteristik oder annähernder Konstantstromcharakteristik ist

2. Elektronische Schweißenergiequelle nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der erste, das statische Verhalten der Schweißenergiequelle bestimmende elektronische Schaltkreis zur Vorgabe einer statischen Kennlinie dient und feststellt, ob der momentane Prozeßarbeitspunkt oberhalb oder unterhalb der vorgegebenen statischen Kennlinie liegt und davon abhängig bei Abweichungen den zweiten, das dynamische Verhalten der Schweißenergiequelle bestimmenden elektronischen Schaltkreis so steuert, daß das Leistungsteil den momentanen Prozeßarbeitspunkt wieder auf die durch den ersten elektronischen Schaltkreis vorgegebene statische Kennlinie zurückführt.

3. Elektronische Schweißenergiequelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den zweiten, das dynamische Verhalten der Schweißenergiequelle bestimmenden elektronischen Schaltkreis beliebige Zeitfunktionen für Stromanstieg und -abfall vorgebbar sind.

4. Elektronische Schweißenergiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Ausgangssignal des ersten, das statische Verhalten bestimmenden elektronischen Schaltkreises ein weiteres Führungssignal entweder vor oder hinter dem zweiten elektronischen Schaltkreis so eingekoppelt wird, daß nur jeweils eines der beiden Signale die Führung der nachfolgenden Stufe übernimmt.

5. Elektronische Schweißenergiequelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel des die Führung des zweiten, das dynamische Verhalten bestimmenden elektronischen Schaltkreises übernehmenden Signals von einem Funktionsgenerator gesteuert wird.

6. Elektronische Schweißenergiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Führungssignal mit dem Sollwert / entweder vor oder hinter den zweiten elektronischen Schaltkreis derart zu dem bereits an dessen Eingang bzw. Ausgang liegenden Signal eingekoppelt wird, daß nur das momentan größere Signal am Koppelpunkt die Führung der nachfolgenden Stufe übernimmt.

7. Elektronische Schweißenergiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert U von einem Funktionsgenerator gesteuert wird, welcher Impulse vorgegebener Form, Höhe und Dauer einmalig, mehrfach, periodisch oder durch eine geeignete Prozeßrückführung gesteuert, abgibt.

8. Elektronische Schweißenergiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß der Sollwert U zu Null gemacht wird und daß der Sollwert / von einem Funktionsgenerator gesteuert wird, welcher Impulse vorgebbarer Form, Höhe und Dauer einmalig, mehrfach, periodisch oder durch eine geeignete Prozeßrückführung gesteuert, abgibt

9. Elektronische Schweißenergiequelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß das Signal des Funktionsgenerators am Pulsende nur soweit zurückgenommen wird, daß der nun anliegende Sollwert i/die minimale Brennspannung des Lichtbogens gerade unterschreitet

10. Elektronische Schweißenergiequelle nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert U wenig unterhalb der Lichtbogenbrennspannung vorgegeben und mit dem Sollwert / ein Wert für den gewünschten Schweißstrom während der Lichtbogenbrennphase vorgegeben wird.

11. Elektronische Schweißenergiequelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, das statische Verhalten der Schweißenergiequelle bestimmende elektronische Schaltkreis und/oder der zweite, das dynamische Verhalten der Schweißenergiequelle bestimmende elektronische Schaltkreis jeweils ein- oder mehrfach vorhanden und im Wechsel zur Steuerung heranziehbar sind.

12. Elektronische Schweißenergiequelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionen der elektronischen Schaltkreise komplett oder teilweise durch einen Rechner und entsprechende Algorithmen über Software realisiert sind und/oder die Schaltkreise Signale verarbeiten, die von Prozeßrechnern oder Generatoren vorgegeben und/oder aus dem ' Schweißprozeß abgeleitet sind.