DE3200086C2 - Elektronische Schweißenergiequelle für das Lichtbogenschweißen mit vorgebbarem statischem und dynamischem Verhalten - Google Patents
Elektronische Schweißenergiequelle für das Lichtbogenschweißen mit vorgebbarem statischem und dynamischem VerhaltenInfo
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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,
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 Asat 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 Asta, 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 Asa, 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 Edyn 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 UA = Uk) oder in der Neigung mittels Pl und P8 einstellbar steigen
(für Ue > Ua) oder fallen (für Ue
< UA). 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 IK = 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: Edyn>Adyn- 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 (Edyn—Ady„)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 Kw 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 Ks 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 Kw Un auch größer LO werden kann
und damit der Ausgang von Vl negativ, kann über P4
ein Minimalwert vorgegeben werden, so daß Edyn 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 Kw 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 Ks
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 isoii 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 (12)
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.
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