DE4405476C2 - Verfahren zur Speisung einer Schweißelektrode und Schweißgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speisung einer Schweißelektrode, insbesondere einer Lichtbogen-Schweißelek­ trode über ein Versorgungsnetz, bei dem die Netzspannung gleichgerichtet und anschließend mittels Halbleiterbauele­ menten in eine Impulsspannung mit bestimmter Taktfrequenz und Implusbreite umgewandelt wird, die wiederum transfor­ miert wird und zumindest mittelbar die Schweißelektrode speist, und bei dem über eine Kompensationsschaltung für Netzschwankungen die Taktfrequenz und/oder die Impulsbreite beeinflußbar sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Schweißgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Bei der Speisung von Schweißelektroden ist generell zu beach­ ten, daß einerseits der Netzstromkreis vom Schweißstromkreis galvanisch zu entkoppeln ist und andererseits an der Schweiß­ elektrode nur eine geringe, für den Benutzer eines Schweißge­ rätes ungefährliche Spannung anliegen darf. Dies wird da­ durch erreicht, daß die Netzspannung durch einen galvanisch entkoppelnden Transformator in eine niedrigere Schweißspan­ nung transformiert wird.

Da es weiterhin wünschenswert ist, Schweißgeräte mit mög­ lichst geringem Gewicht bereitzustellen, kann die Netzspan­ nung gleichgerichtet und anschließend in eine Impulsspannung mit im Vergleich zur Netzspannung deutlich höherer Frequenz zerhackt werden, welche dann wiederum in eine Spannung mit ausreichend niedriger Amplitude transformiert wird. So er­ gibt sich eine galvanische Entkopplung sowie eine niedrige Betriebsspannung der Schweißelektrode, wobei gleichzeitig - wegen der hohen Taktfrequenz der Impulsspannung - ein kleine­ rer und leichterer Transformator verwendet werden kann als bei der direkten Transformation der niederfrequenten Netz­ spannung.

Problematisch bei der beschriebenen Speisung von Schweißelek­ troden ist, daß bei Netzspannungsschwankungen bzw. bei einer Verminderung der Netzspannung die Netzstromstärke erhöht wer­ den muß, um so die Schweißleistung im wesentlichen konstant zu halten, wobei sich durch die Erhöhung der Netzstromstärke eine unerwünscht hohe Belastung der elektronischen Bauteile sowie ein damit verbundenes Ansteigen der auftretenden Ver­ lustleistung ergibt. Dies kann zum einen zur Zerstörung elek­ tronischer Bauteile und zum anderen zu einem Absinken der Schweißleistung führen, welche schließlich ein Erlöschen des Lichtbogens nach sich ziehen kann.

Ein Verfahren sowie ein Schweißgerät der eingangs genannten Art sind in der DE 40 41 448 C2 beschrieben. Hierbei umfaßt die betreffende Steuerung zum Ausgleich von Schwankungen im Netz eine Überwachungs- und Kompensationsschaltung, durch die der Ausgangsstrom mittelbar konstant gehalten wird. Die Stromregelung erfolgt über eine Frequenzmodulation, die mit einer Pulsbreitenmodulation kombiniert sein kann. Die Kompen­ sationsschaltung ist in der Steuerung enthalten, durch die ein an das Netz angeschlossener Umrichter angesteuert wird.

Bei einer aus der DE 40 29 117 A1 bekannten, einen Gleich­ richter, einen Wechselrichter sowie einen Transformator um­ fassenden Vorrichtung zum elektrischen Schweißen wird einem der Vorausregelung dienenden Block einer zugeordneten, den Wechselrichter beaufschlagenden Steuereinrichtung eine zwi­ schen einem dem Gleichrichter nachgeschalteten Filter und dem Wechselrichter gemessene Spannung sowie eine an den unter Belastung stehenden Schweißutensilien gemessene Span­ nung zugeführt. Die Steuereinrichtung umfaßt ferner einen Da­ tenverarbeitungsteil, in dem Algorithmen gespeichert sind, die auf der Grundlage von Gleichungen oder Modellen des Schaltkreises definiert sind, die das elektrische System selbst regeln. Eventuell auftretende Störungen des elektri­ schen Systems sollen bei dieser Vorrichtung im voraus ausgeg­ lichen werden.

Aus der DE 43 05 243 A1 ist eine Stromquelle für Licht­ bogen-, Schweiß- und Schneideverfahren bekannt. Diese Strom­ quelle umfaßt einen Netzanschluß für ein Wechselstromnetz, einen Netzgleichrichter zur Erzeugung einer DC-Zwischenkreis­ spannung, einen die Zwischenkreisspannung mit Hochfrequenz schaltenden Primärschalter zur Erzeugung einer hochfrequen­ ten Pulsfolge, einen primärseitig von der hochfrequenten Pulsfolge gespeisten Hochfrequenzübertrager, eine sekundär­ seitig vom Hochfrequenzübertrager gespeiste Sekundärgleich­ richterschaltung sowie eine Steuerspannungsversorgung für die Ansteuerung des Primärschalters. Die Steuerspannungsver­ sorgung umfaßt eine Konstantgleichspannungsquelle, die eine außerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs der Zwischen­ kreisspannung liegende Gleichspannung erzeugt. Zudem ist ein die konstante Gleichspannung in Wechselspannung umsetzender Wechselrichter vorgesehen. Die Wechselspannung liegt an ei­ ner Primärseite eines weiteren Übertragers an. Eine Spannung auf einer Sekundärseite des weiteren Übertragers dient zur Erzeugung einer Steuerspannung des Primärschalters. Mit ei­ ner solchen Auslegung der Stromquelle soll erreicht werden, daß die Steuerspannungsversorgung für die Ansteuerung des Primärschalters gegen Spannungsschwankungen im Wechselstrom­ netz möglichst unempfindlich ist. Zur Regelung des Schweiß­ stroms kann überdies eine Pulsweitenmodulation vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Speisung einer Schweißelektrode bzw. ein Schweißgerät der eingangs angegebenen Art weiter so zu verbessern, daß die durch Netzspannungsschwankungen bedingte Belastung der elek­ tronischen Bauteile bei gleichzeitiger Verringerung der auf­ tretenden Verlustleistung auf ein Minimum reduziert wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird diese Aufgabe da­ durch gelöst, daß bei sinkender Netzspannung die Taktfre­ quenz proportional erniedrigt wird, um so die Belastung der elektronischen Bauteile und damit die entstehende Verlust­ leistung zu verringern, wobei gleichzeitig die Impulsbreite vergrößert wird, um so die Energiezufuhr zur Schweißelektro­ de konstant zu halten, und daß bei steigender Netzspannung die Taktfrequenz proportional erhöht wird, wobei die Impuls­ breite ebenfalls proportional verkleinert wird. Das erfin­ dungsgemäße Schweißgerät ist im Anspruch 7 angegeben.

Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde:

Wie bereits erwähnt, muß zur Aufrechterhaltung einer im we­ sentlichen konstanten Schweißleistung bei Absinken der Netz­ spannung die Netzstromstärke erhöht werden, was dazu führt, daß die elektronische Schaltvorrichtung, welche die gleichge­ richtete Netzspannung in eine Impulsspannung überführt, einen höheren Strom schalten muß. Das Schalten eines erhöh­ ten Stromes bedingt, daß die pro Zeiteinheit auftretende Ver­ lustleistung in der elektronischen Schaltvorrichtung erhöht wird. Die Verlustleistung setzt sich dabei aus der Schaltver­ lustleistung und der Durchlaßverlustleistung zusammen.

Schaltverlustleistung und Durchlaßverlustleistung steigen beide infolge des erhöhten zu schaltenden Stromes an. Um diese Verluste zu kompensieren, läge es nahe, die Taktfre­ quenz, mit der die Schaltvorrichtung angesteuert wird und mit der dann auf die einzelnen Impulse aufeinanderfolgen, zu erhöhen, so daß ein Impulssignal erzeugt wird, das pro Zeit­ einheit eine erhöhte Leistung aufweist, welche die durch den erhöhten Strom bedingte Verlustleistung ausgleicht.

Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch erkannt, daß bei der durch den erhöhten zu schaltenden Strom bedingten Vergröße­ rung der Verlustleistung die darin enthaltenen Schaltverlu­ ste eine erhebliche Rolle spielen, weshalb sich die auftre­ tende Verlustleistung und die damit verbundene Belastung der elektronischen Bauteile durch eine Erniedrigung der Taktfre­ quenz erreichen läßt. In diesem Fall werden aufgrund der erniedrigten Taktfrequenz pro Zeiteinheit weniger Schaltvor­ gänge ausgeführt, wodurch sich eine erhebliche Reduzierung der zu einem wesentlichen Teil aus Schaltverlusten bestehen­ den Verlustleistung ergibt.

Durch die Verringerung der Taktfrequenz wird - bei gleich­ bleibender Impulsbreite - allerdings auch die pro Zeitein­ heit geschaltete Gesamtleistung erniedrigt, wobei die erfin­ dungsgemäß erzielbare Verringerung der Verlustleistung je­ doch so groß ist, daß die Reduzierung der geschalteten Ge­ samtleistung weitgehend kompensiert wird, so daß sich bei sinkender Netzspannung folgende Leistungsbilanz ergibt:

Die dem Netz entnommene Leistung bleibt konstant, da bei Ver­ ringerung der Netzspannung die Netzstromstärke entsprechend erhöht wird. Durch die Erhöhung der Netzstromstärke wird die auftretende Verlustleistung ebenfalls erhöht, was ein Absin­ ken der Schweißleistung um einen bestimmten Betrag bedingt. Die auf diese Weise verringerte Schweißleistung kann dabei durchaus noch hoch genug sein, um einen Schweißvorgang mit ausreichender Qualität zu ermöglichen. Problematisch ist je­ doch die mit der erhöhten Verlustleistung verbundene Bela­ stung der elektronischen Bauteile.

Diese Belastung wird durch die erfindungsgemäße Erniedrigung der Taktfrequenz verringert, wodurch einerseits die Verlust­ leistung, insbesondere die auftretende Schaltverlustleistung reduziert, andererseits aber auch die pro Zeiteinheit ge­ schaltete Gesamtleistung verringert wird. Diese Verringerung der Gesamtleistung wird jedoch durch die verminderte Verlust­ leistung weitgehend kompensiert, so daß erfindungsgemäß die endgültig zur Verfügung stehende Schweißleistung im wesentli­ chen genau so groß ist, wie bei Beibehaltung der Taktfre­ quenz. Allerdings ergibt sich zusätzlich durch die Erniedri­ gung der Taktfrequenz der erfindungsgemäße Vorteil der Redu­ zierung der Belastung der elektronischen Bauteile.

Somit läßt sich erfindungsgemäß eine Reduzierung der Bela­ stung der elektronischen Bauteile erzielen, ohne daß dies mit einer Verringerung der zur Verfügung stehenden Schweiß­ leistung erkauft werden müßte.

Indem bei Erniedrigung der Taktfrequenz gleichzeitig die Impulsbreite der Impulsspannung vergrößert wird, kann die an der Schweißelektrode zur Verfügung stehende Schweißleistung zumindest im wesentlichen konstantgehalten werden.

In diesem Fall wird folglich bei einem Absinken der Netzspan­ nung die geschaltete Gesamtleistung pro Zeiteinheit erhöht, wobei gleichzeitig die Schaltverluste aufgrund der erniedrig­ ten Taktfrequenz verringert werden. Allerdings werden die Durchlaßverluste dabei aufgrund des erhöhten Stroms und der vergrößerten Impulsbreite erhöht. Der Erhöhung der Durchlaß­ verluste steht jedoch - wie erwähnt - eine Verringerung der Schaltverluste und eine Erhöhung der geschalteten Gesamtlei­ stung gegenüber, wodurch sich eine weitgehende Kompensation dahingehend ergibt, daß die an der Schweißelektrode zur Ver­ fügung stehende Schweißleistung im wesentlichen konstant bleibt.

Da es in der Praxis nicht nur zu einem unerwünschten Abfal­ len der Netzspannung, sondern auch zu einem störenden An­ steigen der Netzspannung kommen kann, wird die Taktfrequenz in diesem Fall proportional erhöht, wobei insbesondere die Impulsbreite ebenfalls proportional verkleinert wird. So läßt sich die an der Schweißelektrode zur Verfügung stehende Schweißleistung auch bei einem uner­ wünschten Ansteigen der Netzspannung weitgehend konstant hal­ ten.

Ein für die das Schweißgerät bedienende Person besonders an­ genehmes Arbeiten mit dem Schweißgerät läßt sich dadurch er­ reichen, daß die Taktfrequenz bei im Normbereich befindli­ cher Netzspannung so eingestellt wird, daß sie außerhalb des Hörbereichs liegt, wodurch ein störendes Pfeifen bzw. Quiet­ schen des Schweißgerätes vermieden wird.

Vorzugsweise kann die gesamte Ansteuerung eines erfindungsge­ mäßen Schweißgerätes, insbesondere die Ansteuerung der die Impulsspannung erzeugenden elektronischen Schaltvorrichtung von einem Mikroprozessor kontrolliert werden.

Die im Rahmen der Erfindung verwendete Transformatoreinheit wird auf vorteilhafte primärseitig mit zwei wechselseitig beaufschlagten Stromwandlern und sekundärseitig mit zwei Ausgangsspulen versehen, wobei dann ein dem Transformator sekundärseitig nachgeschalteter Gleichrichter als Mittel­ punkt-Gleichrichter ausgeführt ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; es zeigt:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtbogenschweißge­ rätes,

Fig. 2a bis 2c Ausgangsspannungsverläufe des dem Transfor­ mator nachgeschalteten Gleichrichters gemäß Fig. 1 bei unterschiedlichen Netzspannun­ gen, und

Fig. 3a und 3b Schweißspannungsverläufe bei unterschiedlich eingestellter Schweißleistung.

Fig. 1 zeigt einen über einen Stecker 1 an ein Stromversor­ gungsnetz anschließbares Schweißgerät, dessen einzelne elek­ trische bzw. elektronische Komponenten schematisch darge­ stellt sind.

An den Stecker 1 schließt sich ein Netzfilter 2 an, dessen Ausgang mit einem netzspannungsgeführten Gleichrichter 3 verbunden ist.

Dem netzspannungsgeführten Gleichrichter 3 ist ein elektroni­ scher Leistungsschalter 4 nachgeschaltet, wobei zwischen dem elektronischen Leistungsschalter 4 und dem netzspannungsge­ führten Gleichrichter 3 ein kapazitiver, spannungsstabilisie­ render Zwischenkreis 5 vorgesehen ist.

Der Ausgang des elektronischen Leistungsschalters 4 ist pri­ märseitig mit einem Transformator 6 verbunden, welcher sekun­ därseitig einen weiteren Gleichrichter 7 aufweist, dessen Ausgang mit einer Schweißdrossel 8 gekoppelt ist.

An den Ausgang der Schweißdrossel 8 ist die Schweißelektrode 9 angeschlossen, welche zur Erzeugung eines Lichtbogens 10 zwischen Schweißelektrode 9 und einem Werkstück 11 geeignet ist.

Die an der Schweißelektrode 9 anliegende Spannung bzw. der zwischen Schweißdrossel 8 und Schweißelektrode 9 fließende Strom wird einem Schweißprozeßregler 12 zugeführt, welcher mit einem Sollwertgeber 13 verbunden ist.

Ein Ausgang des Schweißprozeßreglers 12 ist mit einer Steuer­ einheit 14 verbunden, welche eine Ansteuerung des elektroni­ schen Leistungsschalters 4 bewirkt.

Einer Frequenzkorrektureinrichtung 15 wird das am Eingang oder am Ausgang des netzspannungsgeführten Gleichrichters 3 anliegende Spannungssignal zugeführt, wobei die Frequenzkor­ rektureinrichtung 15 die Steuereinheit 14 mit einem Frequenz­ wert bzw. einem Taktsignal versorgt, der bzw. das in Abhän­ gigkeit von der am Eingang bzw. am Ausgang des netzspannungs­ geführten Gleichrichters 3 anliegenden Spannung eingestellt wird.

Die beschriebene Anordnung funktioniert wie folgt:

Dem Stromversorgungsnetz wird über den Stecker 1 eine sinus­ förmige Wechselspannung entnommen, welche durch das Netzfil­ ter 2 geglättet wird, woraufhin sich ein schematischer Span­ nungsverlauf gemäß Bezugszeichen 16 ergibt.

Die geglättete Spannung wird anschließend dem netzspannungs­ geführten Gleichrichter 3 zugeführt, dessen gleichgerichte­ tes Ausgangssignal durch den Zwischenkreis 5 stabilisiert wird, wodurch sich der schematische Gleichspannungsverlauf gemäß Bezugszeichen 17 ergibt.

Der über die Steuereinheit 14 mit einem Taktsignal beauf­ schlagte elektronische Leistungsschalter 4 zerhackt die an seinem Eingang anliegende Gleichspannung in eine Wechselspan­ nung, deren Verlauf schematisch dargestellt und mit dem Be­ zugszeichen 18 bezeichnet ist. Der elektronische Leistungs­ schalter 4 könnte dabei auch so ausgebildet sein, daß sich keine Impulswechselspannung gemäß 18 sondern lediglich ein Impulssignal mit ausschließlich positiven oder ausschließlich negativen Impulsen ergibt.

Im elektronischen Leistungsschalter 4 werden vorzugsweise Schalttransisto­ ren, Thyristoren, IGBTs verwendet.

Die Impulswechselspannung gemäß Bezugszeichen 18 wird an den primär­ seitigen Eingang des Transformators 6 angelegt und in ein Wechselsignal mit erniedrigter Spannung und erhöhter Stromstärke transformiert, wie es schematisch bei Bezugszeichen 19 dargestellt ist.

Da der elektronische Leistungsschalter 4 mit einer sehr hohen Taktfre­ quenz, vorzugsweise einer Taktfrequenz die außerhalb des Hörbereichs liegt, getaktet ist, kann als Transformator 6 ein kleiner Stromwandler mit gerin­ gem Gewicht eingesetzt werden, was bei direkter Transformation der Netz­ spannung nicht möglich wäre.

Die vom Transformator 6 sekundärseitig zur Verfügung gestellte Impuls­ wechselspannung wird einem weiteren Gleichrichter 7 zugeführt, welcher eine Impulsspannung mit ausschließlich positiven Impulsen gemäß dem schematischen Spannungsverlauf entsprechend Bezugszeichen 20 erzeugt.

Diese bei 20 dargestellte Impulsspannung wird über die Schweißdrossel der Schweißelektrode 9 zugeführt, welche schließlich den Lichtbogen 10 mit konstantem Spannungsverlauf entsprechend Bezugszeichen 21 erzeugt.

Parallel zur Schweißelektrode 9 kann eine nicht dargestellte Freilaufdiode geschaltet werden.

Durch die beschriebene Umwandlung der Netzspannung in die Lichtbogenspannung wird zum einen eine galvanische Entkopp­ lung von Stromversorgungsnetz und Lichtbogen und anderer­ seits eine niedrige, für den Schweißer ungefährliche Schweiß­ spannung erreicht, wobei das Schweißgerät gleichzeitig mit geringem Gewicht ausgebildet werden kann, und störende Geräu­ sche infolge niedriger Schaltfrequenzen vermieden werden.

Im Schweißprozeßregler 12 wird die über den Sollwertgeber 13 eingestellte Schweißspannung bzw. der eingestellte Schweiß­ strom mit dem an der Schweißelektrode 9 anliegenden Span­ nungs- bzw. Stromwert verglichen, wobei ein entsprechender Differenzwert der Steuereinheit 14 zugeführt wird, die dann beispielsweise durch Veränderung der Impulsbreite des von ihr dem elektronischen Leistungsschalter 4 zugeführten Takt­ signals für eine Regelung des Schweißstromes bzw. der Schweißspannung auf den eingestellten Sollwert sorgt. Bei zu niedriger Spannung bzw. zu niedrigem Strom wird die Impuls­ breite des Taktsignals vergrößert, bei zu hoher Spannung bzw. zu hohem Strom an der Schweißelektrode 9 wird die Im­ pulsbreite des Taktsignals verringert.

Am Ausgang des netzspannungsgeführten Gleichrichters 3 wird die dort anliegende Gleichspannung abgegriffen und der Fre­ quenzkorrektureinrichtung 15 zugeführt, welche ein eine be­ stimmte Frequenz kennzeichnendes Signal an die Steuereinheit 14 abgibt, die wiederum die Frequenz des Taktsignals für den elektronischen Leistungsschalter 4 bzw. die Zeitintervalle, mit denen die einzelnen Impulse aufeinanderfolgen, entspre­ chend dem von der Frequenzkorrektureinrichtung 15 übermittel­ ten Frequenzwert einstellt.

Ebenso ist es möglich, anstelle des Ausgangssignals des netz­ spannungsgeführten Gleichrichters 3 dessen Eingangssignal (siehe gestrichelte Linie in Fig. 1) der Frequenzkorrektur­ einrichtung 15 zuzuführen. Sowohl mit dem Eingangs- als auch mit dem Ausgangssignal des netzspannungsgeführten Gleichrich­ ters 3 können Netzspannungsschwankungen detektiert werden.

Die Frequenzkorrektureinrichtung 15 ist so ausgelegt, daß das von ihr abgegebene Frequenzsignal proportional zur gemes­ senen Netzspannung ansteigt bzw. abfällt, was durch die sche­ matisch in Fig. 1 dargestellte Spannungs-Frequenz-Kennlinie veranschaulicht ist. Eine fallende Netzspannung bewirkt dem­ zufolge eine niederfrequentere Taktung des elektronischen Leistungsschalters 4.

Die Steuereinheit 14 kann dabei so ausgeführt sein, daß bei Verringerung der Taktfrequenz gleichzeitig die Breite der dem elektronischen Leistungsschalter 4 zugeführten Impulse vergrößert wird, um so beispielsweise bei fallender Netzspan­ nung eine gleichbleibende Schweißleistung garantieren zu kön­ nen.

Fig. 2a bis c zeigt jeweils den Ausgangsspannungsverlauf an dem dem Transformator 6 nachgeschalteten Gleichrichter 7 bei unterschiedlichen Netzspannungen.

Der Spannungsverlauf gemäß Fig. 2a entspricht einer Netz­ spannung von 220 V, wobei hier Impulse mit hoher Spannung und hoher Frequenz gezeigt sind.

Fig. 2b zeigt den Ausgangsspannungsverlauf am Gleichrichter 7 bei einer verringerten Netzspannung von 190 V.

Gegenüber Fig. 2a ist hier die Taktfrequenz der Impulse ver­ ringert, d. h. die Pausen zwischen den einzelnen Impulsen ist größer. Gleichzeitig wurde gegenüber Fig. 2a die Impuls­ breite vergrößert und die Impulsspannung verringert.

Fig. 2c zeigt den Ausgangsspannungsverlauf des Gleichrichters 7 nach ei­ ner weiteren Erniedrigung der Netzspannung auf 150 v.

Die Taktfrequenz sowie die Impulshöhe ist hier gegenüber Fig. 2b noch­ mals verringert, wobei gleichzeitig die Impulsbreite gegenüber Fig. 2b ver­ größert wurde.

Die Verringerung der Impulshöhe von Fig. 2a über Fig. 2b bis zu Fig. 2c ist auf die verringerte Netzspannung zurückzuführen.

Die Verringerung der Taktfrequenz stellt die erfindungsgemäße Maßnahme dar, durch die sich die auftretenden Schaltverluste wesentlich reduzieren lassen.

Durch die Verbreiterung der Impulse mit abnehmender Netzspannung wird gemäß der Erfindung die an der Schweißelektrode zur Verfügung stehende Schweißleistung bei sinkender Netzspannung weitgehend konstant gehal­ ten.

Zusätzlich zu dieser erfindungsgemäß über das Taktsignal des elektroni­ schen Leistungsschalters 4 bevorzugt automatisch erfolgenden Regelung der Ausgangsspannung des Gleichrichters 7 kann vom Schweißer über den Sollwertgeber 13 eingestellt werden, welche Schweißleistung an der Schwei­ ßelektrode 9 zur Verfügung stehen soll.

Diese Einstellung erfolgt vorzugsweise über die Einstellung der Impulsbreite der Schweißspannung, was in Fig. 3a und 3b veranschaulicht ist.

Fig. 3a zeigt die minimale Einstellung der Schweißspannung mit einem relativ kleinen Tastverhältnis und schmalen Impul­ sen.

Fig. 3b zeigt die Einstellung der maximalen Schweißspan­ nung, wobei hier ein relativ großes Tastverhältnis und brei­ te Impulse gewählt wurden. Die Taktfrequenz, mit der die ein­ zelnen Impulse aufeinanderfolgen, ist in den Fig. 3a und 3b gleich groß.

Bei einem in Fig. 1 dargestellten Lichtbogenschweißgerät kann die manuelle Regelung gemäß Fig. 3 mit einer erfin­ dungsgemäßen, vorzugsweise automatisch erfolgenden Regelung der Taktfrequenz bzw. der Impulsbreite kombiniert werden.

In diesem Fall wird die Taktfrequenz immer durch eine automa­ tische, netzspannungsabhängige Regelung verändert, während die Impulsbreite des am elektronischen Leistungsschalter 4 anliegenden Taktsignals sowohl durch die automatische, erfin­ dungsgemäß bevorzugte Regelung entsprechend der Patentansprü­ che 2 und 3 als auch infolge einer beispielsweise überlager­ ten manuellen Einstellung am Sollwertgeber 13 verändert wer­ den kann.

Die Erfindung ist beispielsweise bei Lichtbogenschweißgerä­ ten, aber auch bei artverwandten Verfahren, wie z. B. bei Plasma-Schneid- oder Plasma-Schweißverfahren einsetzbar.

Claims (14)

1. Verfahren zur Speisung einer Schweißelektrode (9), insbesondere einer Lichtbogen-Schweißelektrode, über ein Versorgungsnetz, bei dem die Netzspannung gleichgerichtet und anschließend mittels Halbleiterbauelementen in eine Impulsspannung mit bestimmter Taktfrequenz und Impulsbreite umgewandelt wird, die wiederum transformiert wird und zumindest mittelbar die Schweißelektrode (9) speist, und bei dem über eine Kompensationsschaltung für Netz­ schwankungen die Taktfrequenz und/oder die Impulsbreite beein­ flußbar sind/ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei sinkender Netzspannung die Taktfrequenz proportional er­ niedrigt wird, um so die Belastung der elektronischen Bauteile und damit die entstehende Verlustleistung zu verringern, wobei gleich­ zeitig die Impulsbreite vergrößert wird, um so die Energiezufuhr zur Schweißelektrode (9) konstant zu halten, und daß bei steigender Netzspannung die Taktfrequenz proportional erhöht wird, wobei die Impulsbreite ebenfalls proportional verkleinert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzspannung direkt gemessen und die dadurch erhaltene Information zur Einstellung der Taktfrequenz verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichgerichtete Netzspannung gemessen und die dadurch erhaltene Information zur Einstellung der Taktfrequenz verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstrom oder die Schweißspannung an der Schweiß­ elektrode (9) an die jeweiligen Schweißbedingungen durch Verände­ rung der Impulsbreite der Einzelimpulse der Impulsspannung ange­ paßt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsspannung eine Impulswechselspannung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz bei im Normbereich befindlicher Netzspan­ nung so eingestellt wird, daß sie außerhalb des Hörbereichs liegt.

7. Schweißgerät, insbesondere Lichtbogenschweißgerät mit einem netzspannungsgeführten Gleichrichter (3), einer nachgeschalteten Transformatoreinheit (6), die sekundärseitig zumindest mittelbar ei­ ne Schweißelektrode (9) speist und primärseitig mit einer dem Gleichrichter (3) nachgeschalteten elektronischen Schaltvorrichtung (4) gekoppelt ist, welche von einer Steuerschaltung (13, 14) mit ei­ nem Taktsignal beaufschlagt ist und mit einer entsprechenden Taktfrequenz aufeinanderfolgende Impulse erzeugt, und mit einer zwischen Netzanschluß (1) und Schaltvorrichtung (4) vorgesehenen Spannungsdetektionseinheit, welche die Steuerschaltung (13, 14) mit einem die momentane Netzspannung repräsentierenden Signal beaufschlagt, wobei über die Steuerschaltung (13, 14) zur Kompen­ sation von Netzschwankungen die Taktfrequenz und/oder die Im­ pulsbreite beeinflußbar sind/ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13, 14) so ausgelegt ist, daß bei sinkender Netzspannung die Taktfrequenz proportional erniedrigbar ist, um so die Belastung der elektronischen Bauteile und damit die entstehen­ de Verlustleistung zu verringern, wobei gleichzeitig die Impulsbreite vergrößerbar ist, um so die Energiezufuhr zur Schweißelektrode (9) konstant zu halten, und daß bei steigender Netzspannung die Takt­ frequenz proportional erhöhbar ist, wobei die Impulsbreite ebenfalls proportional verkleinerbar ist.

8. Schweißgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13, 14) eine manuelle Einstellvorrichtung (13) für den Schweißstrom bzw. die Schweißspannung umfaßt.

9. Schweißgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (4) elektronische Leistungsschalter wie z. B. Schalttransistoren, Thyristoren, IGBTs aufweist.

10. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13, 14) einen Mikroprozessor umfaßt, wel­ cher die Ansteuerung der Schaltvorrichtung (4) kontrolliert.

11. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gleichrichter (3) und Schaltvorrichtung (4) ein kapa­ zitiver Zwischenkreis (5) geschaltet ist.

12. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Transformatoreinheit (6) und Schweißelektrode (9) ein weiterer Gleichrichter (7) geschaltet ist.

13. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoreinheit (6) primärseitig zwei wechselseitig be­ aufschlagte Stromwandler und sekundärseitig zwei Ausgangsspulen aufweist und der weitere Gleichrichter (7) als Mittelpunkt-Gleich­ richter ausgeführt ist.

14. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur Schweißelektrode (9) eine Schweißdrossel (8) und/oder parallel zur Schweißelektrode (9) eine Freilaufdiode ge­ schaltet ist.