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DE102023106703A1 - Schweißstromquelle und zugehöriges Betriebsverfahren - Google Patents

Schweißstromquelle und zugehöriges Betriebsverfahren Download PDF

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DE102023106703A1
DE102023106703A1 DE102023106703.6A DE102023106703A DE102023106703A1 DE 102023106703 A1 DE102023106703 A1 DE 102023106703A1 DE 102023106703 A DE102023106703 A DE 102023106703A DE 102023106703 A1 DE102023106703 A1 DE 102023106703A1
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DE
Germany
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power source
switching element
inverter
welding power
bridge circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102023106703.6A
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English (en)
Inventor
Marco MANTERO
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Jaeckle & Ess System GmbH
Original Assignee
Jaeckle & Ess System GmbH
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/10Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006Power supply
    • B23K9/1043Power supply characterised by the electric circuit

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Schweißstromquelle (2), umfassendeinen Primärkreis mit einem primären Inverter (76);einen Sekundärkreis mit einem sekundären Inverter (80) und einer Brückenschaltung (108);wenigstens einen Haupttransformator (84, 88);einen Hochfrequenztransformator (90).Erfindungsgemäß umfasst die Brückenschaltung (108) Niederspannungstransistoren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schweißstromquelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 8.
  • Aus dem Stand der Technik sind Schweißstromquellen bekannt, welche einen primären Inverter und einen sekundären Inverter sowie eine Brückenschaltung aufweisen. Schweißgeräte bzw. Schweißstromquellen weisen zwei Hauptschaltungen auf: Der primäre Inverter bzw. Primärinverter überträgt die Energie von einem primären Kreis zu einem sekundären Kreis bzw. Sekundärkreis, welcher diese Energie gleichrichtet oder wechselrichtet. Gewöhnlich werden die zwei Schaltungen von einer Steuerung separat gesteuert und die zwei Hauptschaltungen erhalten von der Steuerung die entsprechenden Befehle.
  • Die EP 2 942 142 A2 beschreibt ein Verfahren zum Regeln einer Schweißstromquelle mit einem Seriell/Parallel-Resonanzkonverter, einer Brückenschaltung und einer Steuereinheit.
  • Aus der EP 1 251 991 B1 ist ein Verfahren zum Regeln einer Schweißstromquelle mit einem Resonanzkreis bekannt. Nachteilig bei bekannten Schweißstromquellen sind der hohe Widerstandswert am Ausgang und die damit einhergehenden Verluste.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schweißstromquelle mit optimiertem Wirkungsgrad bereitzustellen. Weiterhin soll ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Schweißstromquelle bereitgestellt werden.
  • In Bezug auf die Schweißstromquelle wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1. Demnach ist erfindungsgemäß eine Schweißstromquelle umfassend einen primären Inverter, einen sekundären Inverter, eine Brückenschaltung, wenigstens einen Haupttransformator, einen Hochfrequenztransformator, wobei der sekundäre Inverter und/oder die Brückenschaltung Niederspannungstransistoren umfasst, vorgesehen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Schweißstromquelle einen hohen Wirkungsgrad aufweisen sollte. Dazu sollten die an den Schaltelementen anliegenden Widerstände möglichst gering sein.
  • Wie nunmehr erkannt wurde, kann eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Schweißsystems bzw. der Schweißstromquelle erzielt werden, indem die Ausgangsgleichrichtung mit Niederspannungstransistoren ausgerüstet wird.
  • Unter einem Niederspannungstransistor wird im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere ein Transistor mit einer Arbeitsspannung <= 100 V Arbeitsspannung verstanden.
  • Vorteilhafterweise sind die Niederspannungstransistoren als MOSFETs ausgebildet. Der Verbrauch von Niederspannung-MOSFETs ermöglicht eine sehr niederohmige Schaltung. Die bekannte Benutzung von anderen Schaltbauelementen bringt entweder hohe Verluste oder eine sehr teure Lösung. Diese Transistoren lassen sich, aufgrund ihrer schnellen Reaktionszeit, auch sehr einfach mit den Primärinverter synchronisieren. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Brückenschaltung vier Schaltelemente auf, die jeweils wenigstens einen, insbesondere zwei, MOSFETs aufweisen.
  • Die Brückenschaltung ist bevorzugt als Vollbrücke bzw. H-Brücke ausgebildet.
  • Vorteilhafterweise ist die Brückenschaltung in den sekundären Inverter logisch integriert. Diese Integration ist vorteilhaft aufgrund der Einflüsse, die die physikalischen Abstände auf die Synchronisierung und die Streuinduktivität haben. Die zwei Hauptkreise werden von der Steuerung als Einheit angesteuert, da die beiden Kreise synchronisiert sind.
  • Vorteilhafterweise sind in der Brückenschaltung ein erstes und ein zweites Schaltelement mit einer positiven Versorgung und ein drittes und ein viertes Schaltelement mit einer negativen Versorgung verbunden, wobei zwischen den mit der positiven Versorgung verbundenen Schaltelementen und den mit der negativen Versorgung verbundenen Schaltelementen wenigstens ein HF-Transformator geschaltet ist. Die Schaltelemente schalten zusammen die Ausganspolarität.
  • An jeder Reihenmitte der Schaltelemente befindet sich der Ausgang (Schweißgerät, Hauptstrom-Anschlüsse). Die mit der negativen Versorgung verbundenen Schaltelemente bzw. Schalter können den Ausgang kurzschließen, dies erfolgt vorteilhaft in der Regel immer dann, wenn der Freilaufstrom möglichst kurz und effizient günstig geleitet wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist zu dem jeweiligen Schaltelement keine oder nur eine klein- bzw. niedrig-dimensionierte Freilaufdiode und/oder Schottky-Diode parallel oder antiparallel geschaltet, sodass auf diese Bauteile und den benötigten Bauraum komplett verzichtet werden kann. Besonders vorteilhaft sind hier klein-dimensionierte Schottky-Dioden angebracht, damit die Schaltverluste bei kleinen Strömen minimiert werden können. Weiterhin entstehen durch den Freilauf keine (Widerstands-) Verluste, sodass die Effizienz der Schweißstromquelle erhöht wird. Unter klein-dimensionierten Dioden werden insbesondere Dioden verstanden, die mit maximalen Zeiten von 50-100 ns (ca. 1-2 % des Tacktverhältnisses) verwendet werden.
  • In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 8. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Niederspannungstransistoren (insbesondere MOSFETs) der Brückenschaltung mit dem Primärinverter synchronisiert und getaktet werden derart, dass in jeder Freilaufzeit die Stromquelle auf dem kürzesten Weg und dem geringsten Widerstandswert für jede Freilaufzeit im Invertertastverhältnis kurzgeschlossen wird. Das heißt, die Brückenschaltung bzw. Ausgangsbrücke wird kurzgeschlossen, sodass durch die MOSFETs mit niedrigem Widerstand die Freilaufströme kurzschließen können.
  • Der Primärinverter bzw. Eingangswechselrichter synchronisiert auf diese Weise den Sekundärinverter bzw. Ausgangsgleichrichter.
  • Vorteilhafterweise werden in einer Schweißbetriebsart das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement in eine Ein-Stellung geschaltet, wobei das vierte Schaltelement, insbesondere periodisch, derart in eine An-Stellung geschaltet wird, dass der Ausgang der Stromquelle auf dem kürzesten Weg und dem geringsten Widerstandswert für jede Freilaufzeit im Invertertastverhältnis kurzgeschlossen wird, und wobei bei entgegengesetzter Polarität das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement in eine Ein-Stellung geschaltet werden, und wobei das dritte Schaltelement, insbesondere periodisch, derart in eine An-Stellung geschaltet wird, dass der Ausgang der Stromquelle auf dem kürzesten Weg und dem geringsten Widerstandswert für jede Freilaufzeit im Invertertastverhältnis kurzgeschlossen wird.
  • Zwischen dem Kurzschließen der Brückenschaltung bzw. Ausgangsbrücke und dem Erzeugen des Lichtbogens wird vorteilhafterweise ein Zeitintervall im Bereich von mehreren 10er Nanosekunden (z.B. 20 ns, 30 ns, ...) eingehalten Dadurch wird die Kurzschlussgefahr (Primärleistung kurzgeschlossen durch Sekundärtransistoren) reduziert. Hierzu kann bevorzugt auch die Bauteil-charakteristische Streuung mitberechnet werden. Weiter wird vorzugsweise berücksichtigt, dass die Sekundärbrückenkapazität eine gewisse Energie erhält (in Form von Spannung) die, wenn zu früh kurzschlossen wird, vernichtet wird.
  • Die Synchronisierung des Systems wird erweitert auf die HF Zündung zum Start des Lichtbogens. Diese erweiterte Synchronisierung ermöglicht das Verwenden von sehr günstigen und sehr effizienten Bauteilen im Bereich des Wechselrichters (AC Teil des Inverters) und Zündgerätes (HF Startprozess), ohne die Gefahr, dass das Zündgerät mit seinem Zündimpuls (mehreren kV) dem Gerät schaden kann. Der Zündimpuls wird nur ausgeführt, wenn die Ausgangsbrücke kurzgeschlossen ist. Wenige hunderte Nanosekunden später kann der Inverter seinen Schweißstrom zum Lichtbogen liefern und die Schweißung kann beginnen.
  • Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch die Verwendung von Niederspannungstransistoren maximal nur kleine Schottky-Dioden benötigt und so Spannungsverluste minimiert werden. Dadurch, dass die Niederspannungstransistoren des sekundären Inverters mit dem Primärinverter synchronisiert und getaktet werden, wird der Ausgang der Stromquelle auf dem kürzesten Weg und dem geringsten Widerstandswert für jede Freilaufzeit im Invertertastverhältnis kurzgeschlossen. Der an den MOSFETs anliegende Widerstand ist sehr niedrig, sodass die Verluste gering sind und die Schweißstromquelle eine gesteigerte Effizienz aufweist.
  • Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Dabei zeigen zum Teil schematisch:
    • 1 eine explosive Darstellung von elektronischen Komponenten einer Schweißstromquelle,
    • 2 die Komponenten gemäß 1,
    • 3 ein Blockschaltbild der elektronischen Komponenten,
    • 4 ein Schaltbild einer Hauptplatine einer Schweißstromquelle,
    • 5 ein Schaltbild einer Schaltelementanordnung einer H-Brücke einer Schweißstromquelle,
    • 6 ein Diagramm der Schaltelementanordnung gemäß 5,
    • 7 ein zeitliches Diagramm einer Schaltung von Schaltelementen mit der Schaltelementanordnung gemäß 6,
    • 8 eine Darstellung von elektronischen Komponenten und
    • 9 ein zeitliches Diagramm einer Schaltung mit Schaltelementen der Schaltelementanordnung gemäß 6 und weiteren Schaltelementen.
  • Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In 1 sind elektronische Komponenten einer Schweißstromquelle 2 dargestellt, welche eine Hauptplatine 6, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 10, zwei Haupttransformatoren 14, einen PFC (Power Factor Corrector)-Induktor 18, einen EMC Filter 22, einen PFC Halbleiter 26, einen Inverter-Halbleiter 30, eine HF-Transformator-Platine 34 mit einem Hochfrequenztransformator bzw. HF-Transformator 90 (siehe 6) und eine Sekundär-Schaltplatine (Gleichrichter und AC-Wechselrichter) 40 aufweist. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 10 erlaubt die Einstellung von Parametern und das An- bzw. Ausschalten der Schweißstromquelle. In 2 ist die Schweißstromquelle 2 in einer weiteren Darstellung gezeigt.
  • Die 3 (vgl. auch mit 2) zeigt die Schweißstromquelle 2 in einem Blockschaltbild. Die Schweißstromquelle 2 umfasst einen Brückengleichrichter 60 und eine Startstromquelle 64, welche verwendet wird, um den Inverter an das Netz anzuschließen. Die Schweißstromquelle 2 umfasst weiterhin zwei Leistungsinduktoren 68, 72, einen primären Inverter 76, einen sekundären Inverter 80, zwei Haupttransformatoren 84, 88, einen HF-Transformator bzw. Hochfrequenztransformator 90, der verantwortlich für die Zündung und die höhere Spannungserzeugung ist und einen Ausgang 96.
  • In der 4 ist ein Schaltbild der Schweißstromquelle 2 dargestellt. Darin ist eine weitere sekundäre-spannungsregelbar Energiequelle 84 für einen Hochfrequenztransformator 90 (siehe 6) dargestellt, weiterhin ein Zündschalter mit Zündtransformator-Verbindung 94, ein Trigger (Transistoransteuerung) 98 für den Hochfrequenztransformator 90, einen Sync 102 und MOSFET Treiber-Anschlüsse 106 für den sekundären Inverter 80. Zu sehen ist die komplette Schaltung, bei der eine geregelte Spannung (auf 84) an eine der Primärwicklungen des HF-Transformers angebracht wird, wobei die Transistoren von einer Transistoransteuerung angesteuert werden. Mit dem Sync-Signal (Sync 102) synchronisiert ein Controller (U1006 auf TiG3) die Transistoransteuerung in die Freilaufphase bis kurz vor der Inverter-getriebenen Zeitspanne.
  • In der 5 ist ein Schaltbild einer Schaltelementanordnung bzw. Brückenschaltung 108 (Vollbrücke) des sekundären Inverters 80 dargestellt, welche ein erstes Schaltelement 110, ein zweites Schaltelement 114, ein drittes Schaltelement 118, ein viertes Schaltelement 122, einen mit Schaltelement 110 und 122 verbindbaren bzw. verbundenen Masseanschluss 126, aufweist. Weiterhin dargestellt sind eine Primärwicklung des HF-Transformators 130, eine Sekundärwicklung 132 des und ein Anschluss 134 zum Brenner. Das jeweilige Schaltelement 110, 114, 118, 122 umfasst jeweils zwei Niederspannungstransistoren, die als MOSFETs 120 ausgebildet sind mit jeweils 0.75 mΩ (milli-Ohm).
  • In 6 ist ein Schaltbild mit den vier Schaltelementen 110, 114, 118, 122 gemäß 5 dargestellt. Schematisch dargestellt sind auch der Haupttransformator 84 bzw. 88 und eine Diode 140 (insbesondere vom Typ STPS30170DJF). Der Transformator 84, 88 wechselt die Ausgangspannung je nach Einsteuerung, die Diode 140 lässt davon nur den positiven Anteil passieren. Die Schaltelemente 110, 114, 118, 122 sind in einer Ausgangskonfiguration dargestellt, in welcher der Brenner bzw. Schweißbrenner nicht aktiv ist. Dabei sind alle vier Schaltelement in einer Aus-Stellung.
  • Mit einer elektrischen Verbindung zwischen den Schaltelementen 114 und 118 ist der Hochfrequenztransformator 90 verbunden, der zwischen zwei Kontakten 144, 148 am Ausgang des Schweißgeräts angeordnet ist. Zwischen den Schaltelementen 110 und 122 bzw. den Schaltelementen 114 und 118 liegt jeweils eine vom Haupt-Transformator 84, 88 bereitgestellte Spannung V1 an. Die 6 zeigt damit den Inverter-Ausgang. Die zwei Haupttransformatoren 84, 88 stellen die Spannung V1 bereit, die Sekundärbrücke bzw. Brückenschaltung 108 wird damit versorgt und schaltet die gewünschte Ausgangspolarität aus (für die Polarisierung des Ausgangs). Der „Low-Side-Transistor“ wird synchron getaktet, sodass der Freilaufstrom direkt kurzgeschlossen wird.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Spannung V1 von zwei Primärinvertern 76 bereitgestellt, welche die Haupttransformatoren 84, 88 versorgen, es ist aber auch möglich, dass nur ein oder mehr als zwei Primärinverter eingesetzt werden. Bei zwei Primärinvertern kann vorgesehen sein, dass diese mit Phasenverschiebung betrieben werden, d.h. beide treiben denselben Strom und liefern mehr Ausgangsspannung. Alternativ können sie gleichzeitig getaktet werden (die Inverter teilen sich den Ausgangsstrom wenn die Anwendung entsprechenden höher Spannungen nicht braucht). In den Darstellungen ist immer die Phasen-Verschiebung dargestellt.
  • In der 7 sind Schaltvorgänge der vier Schaltelemente 110, 114, 118, 122 dargestellt. Ein Signal 154 ist ein pulsweitenmoduliertes Signal der Spannung V1, die sich aus der Phasen-Verschiebung zwischen den zwei Invertern ergibt. Ein Signal 158 korrespondiert zu dem ersten Schaltelement 110, das in einer Aus-Stellung ist. Ein Signal 162 korrespondiert zu dem zweiten Schaltelement 114. Das zweite Schaltelement 114 ist in einer An-Stellung. Ein Signal 166 korrespondiert zu dem dritten Schaltelement 118. Ein Signal 170 korrespondiert zu dem vierten Schaltelement 122, das in einer An-Stellung ist. Die Ausgangspolarität entspricht den Signalen 158, 166 auf An-Stellung („ein“) oder den Signalen 162, 170 auf An-Stellung („ein“), je nach aktuellem Wert der Ausganspolarität.
  • Wenn die Signale 158 und 166 ein sind, taktet das vierte Schaltelement 122 (Signal 170) synchron, um die Verluste zu reduzieren. Wenn die Signale 162 und 170 ein sind, taktet das dritte Schaltelement 118 (Signal 166) synchron, um die Verluste zu reduzieren.
  • Das dritte Schaltelement 118 wird dabei wie dargestellt jeweils intervallweise in die An-Stellung geschaltet, und zwar zwischen den Pulsen der Spannung V1. Auf diese Weise wird der Ausgang kurzgeschlossen zur Minimierung der Verluste in der Freilaufzeit. Die Transistoren der Schaltelemente 118, 122 werden mit dem Primärinverter / den Primärinvertern 76 auf kürzestem Weg und dem geringsten Widerstandswert für jede Freilaufzeit im Invertertastverhältnis kurzgeschlossen. Durch diese Synchronisierung kann auf Freilaufdioden, die insbesondere antiparallel zu den jeweiligen Schaltelementen geschaltet sind, verzichtet werden.
  • Die Synchronisierung des Systems ist weiterhin erweitert auf die HF-Zündung zum Start des Lichtbogens. Diese erweiterte Synchronisierung ermöglicht das Verwenden von sehr günstigen und sehr effizienten Bauteilen in Bereich des Wechselrichters (AC Teil des Inverters) bzw. sekundären Inverters 80 und Zündgerätes (HF-Startprozess), ohne die Gefahr, dass das Zündgerät mit seinem Zündimpuls den AC Teil und damit sich selbst zerstören kann. Der Zündimpuls wird daher nur ausgeführt, wenn die in dem gezeigten Beispiel die Ausgangsbrücke bzw. Brückenschaltung 108 kurzgeschlossen ist, d.h. wenn die Schaltelemente 122 und 118 gleichzeitig kurzgeschlossen sind. Wenige Nanosekunden später kann der Inverter 80 den Schweißstrom zum Lichtbogen bringen und die Schweißung kann beginnen.
  • Zur Ausführung des Zündimpulses werden Komponenten verwendet, die in der 8 dargestellt sind. Darin zu sehen sind eine Schaltanordnung 200, welche ein Schaltelement und eine bevorzugt parallel (alternativ antiparallel) dazu geschaltete Diode umfasst, sowie ein Schaltelement 204 (Step-Down zum Regulieren einer Spannung kleiner als eine V1-Spitze), ein Schaltelement 208 (Step-Up zum Regulieren einer Spannung großer als V1), einen Kondensator 212, welcher die Zündenergie enthält, und für die Spitze der Zündspannung verantwortlich ist, ein Schaltelement 216, welches den Kondensator 212 mit dem HF-Transformator 90 verbindet (Teil des Zündschalters 94; versorgt eine Wicklung der Primärwicklung des HF-Zündtransformer 130) und ein Schaltelement 220, welches den Kondensator 212 mit dem HF-Transformator 90 verbindet (Teil des Zündschalters 94; versorgt eine Wicklung der Primärwicklung des HF-Zündtransformer 130).
  • Der Kondensator 212 wird mit Hilfe der Schaltelemente 204, 208 geladen. Die Schaltelemente 216 oder 220 (je nach Zündpolarität) polarisieren den HF-Transformator 90 mit der Spannungsquelle 212 bis an die Sättigung des HF-Transformer-Kerns oder bis die Zündung erfolgt.
  • In der 9 ist die 7 im unteren Bereich erweitert, um die Darstellung von zwei Signalen 230, 234. Das Signal 230 korrespondiert dabei mit dem Schaltelement 220; das Signal 230 korrespondiert mit dem Schaltelement 216. Die beiden Signale 230, 234 repräsentieren den HF-Zündimpuls. Wie aus der 9 hervorgeht, liegt die zeitlich erste Flanke des HF-Zündimpulses innerhalb eines Zeitintervalls, in welchem das dritte Schaltelement 118 beispielsgemäß in eine An-Stellung geschaltet ist, und (mit dem dauereingeschalteten Schaltelement 122) in welchem daher die Ausgangsbrücke bzw. Brückenschaltung kurzgeschlossen ist.
  • Der Zündvorgang wirkt, bevor die Brückenschaltung die Inverter-Spannung an den Ausgang bringt. Ein Schaltelement 220 (siehe Signal 230) aktiviert sich und die Spannung, auf Transformatorverhältnisse verstärkt, wird am Ausgang gebracht. Nach einer festen Zeit und immer noch bevor die Brückenschaltung die Inverter-Spannung an den Ausgang liefert, schließt das andere Schaltelement 216 (Signal 234) den HF-Transformator 90 kurz, sodass der Zündstrom, in dem Fall, dass er fließt, am längsten fließen kann, bis die Brücke die Inverter-Versorgung am Ausgang anschließt.
  • Der Zündvorgang endet, wenn der HF-Transformator von seinem Kurzschlusszustand (in umgekehrter Folge) gelöst wird. Dazu wird beispielsweise erst das Schaltelement 216 zu Signal 234 und dann das Schaltelement 220 zu Signal 230 ausgeschaltet. Wenige Nanosekunden später kann der Inverter seinen Schweißstrom zum Lichtbogen bringen und die Schweißung kann beginnen.
  • Diese erweiterte Synchronisierung ermöglicht das Verwenden von sehr günstigen und sehr effizienten Bauteilen in Bereich des Wechselrichters (AC Teil des Inverters) und Zündgerätes (H.F. Startprozess), ohne die Gefahr, dass das Zündgerät mit seinem Zündimpuls den AC Teil und damit das Gerät sich selbst zerstören kann.
  • Es ist bekannt, dass das Zündgerät die Niederspannungstransistoren zerstören kann, bis jetzt waren die Möglichkeiten entweder die Verwendung von Hochspannungstransistoren (die sich gegen einen guten Wirkungsgrad aussprechen) oder teure Maßnahmen, die den Wirkungsgrad niedriger machen. Die Erfindung liefert hier dagegen eine effiziente, bauteilschonende und kostengünstige Lösung.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Schweißstromquelle
    6
    Hauptplatine
    10
    Mensch-Maschine-Schnittstelle
    14
    Haupttransformatoren
    18
    PFC-Induktor
    22
    EMC Filter
    26
    PFC Halbleiter
    30
    Inverter Halbleiter
    34
    HF-Transformator-Platine
    40
    Schaltplatine
    60
    Brückengleichrichter
    64
    Startstromquelle
    68
    Leistungsinduktor
    72
    Leistungsinduktor
    76
    primärer Inverter
    80
    sekundärer Inverter
    84
    primärer HF-Transformator
    88
    primärer Transformator
    90
    Hochfrequenztransformator
    94
    Zündschalter und Zündtransformator-Verbindung
    96
    Ausgang
    98
    Trigger
    102
    Sync
    106
    MOSFET Treiber-Anschlüsse
    108
    Brückenschaltung
    110
    erstes Schaltelement
    114
    zweites Schaltelement
    118
    drittes Schaltelement
    120
    MOSFET
    122
    viertes Schaltelement
    126
    Masseanschluss
    130
    Primärwicklung des HF-Zündtransformer
    132
    Sekundärwicklung
    134
    Anschluss zum Brenner
    140
    Diode
    144
    Kontakt
    148
    Kontakt
    154
    Signal
    158
    Signal
    162
    Signal
    166
    Signal
    170
    Signal
    200
    Schaltanordnung
    204
    Schaltelement
    208
    Schaltelement
    212
    Kondensator
    216
    Schaltelement
    220
    Schaltelement
    230
    Signal
    234
    Signal
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2942142 A2 [0003]
    • EP 1251991 B1 [0004]

Claims (10)

  1. Schweißstromquelle (2), umfassend einen Primärkreis mit einem primären Inverter (76); einen Sekundärkreis mit einem sekundären Inverter (80) und einer Brückenschaltung (108); wenigstens einen Haupttransformator (84, 88); einen Hochfrequenztransformator (90); dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung (108) Niederspannungstransistoren umfasst.
  2. Schweißstromquelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederspannungstransistoren der Brückenschaltung (108) im Sekundärkreis als MOSFETs (120) ausgebildet sind.
  3. Schweißstromquelle (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung (108) vier Schaltelemente (110, 114, 118, 122) aufweist, die jeweils wenigstens einen, insbesondere zwei, MOSFETs (120) aufweisen.
  4. Schweißstromquelle (2) nach Anspruch 3, wobei die Brückenschaltung (108) als H-Brücke ausgebildet ist.
  5. Schweißstromquelle (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung (108) in den sekundären Inverter (80) logisch integriert ist.
  6. Schweißstromquelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brückenschaltung (108) ein erstes (110) und ein zweites Schaltelement (114) mit einer positiven Versorgung (154) verbunden sind und ein drittes (118) und ein viertes Schaltelement (122) mit einer negativen Versorgung (154) verbunden sind, und wobei zwischen den mit der positiven Versorgung verbundenen Schaltelementen (110, 114) und den mit der negativen Versorgung verbundenen Schaltelementen (118, 122) wenigstens ein Hochfrequenztransformator (90) geschaltet ist.
  7. Schweißstromquelle (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem jeweiligen Schaltelement (110, 114, 118, 122) keine oder eine klein dimensionierte Freilaufdiode und/oder Schottky-Diode parallel oder antiparallel geschaltet ist.
  8. Verfahren zum Betreiben einer Schweißstromquelle (2), insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die insbesondere als MOSFETs (120) ausgebildeten Niederspannungstransistoren der Brückenschaltung (108) mit dem primären Inverter (76) synchronisiert und getaktet werden derart, dass in jeder Freilaufzeit die Stromquelle auf dem kürzesten Weg und dem geringsten Widerstandswert für jede Freilaufzeit im Invertertastverhältnis kurzgeschlossen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8 zum Steuern und/oder Regeln einer Schweißstromquelle (2) nach Anspruch 6, wobei in einer Schweißbetriebsart das erste Schaltelement (110) und das dritte Schaltelement (118) in eine Ein-Stellung geschaltet werden, und wobei das vierte Schaltelement (120), insbesondere periodisch, in eine An-Stellung geschaltet wird derart, dass der Ausgang der Stromquelle auf dem kürzesten Weg und dem geringsten Widerstandswert für jede Freilaufzeit im Invertertastverhältnis kurzgeschlossen wird, und wobei bei entgegengesetzter Polarität das zweite Schaltelement (114) und das vierte Schaltelement (122) in eine Ein-Stellung geschaltet werden, und wobei das dritte Schaltelement (118), insbesondere periodisch, in eine An-Stellung geschaltet wird derart, dass der Ausgang der Stromquelle auf dem kürzesten Weg und dem geringsten Widerstandswert für jede Freilaufzeit im Invertertastverhältnis kurzgeschlossen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Zündimpuls nur ausgeführt wird, wenn die Ausgangsbrücke / Brückenschaltung (108) wenigstens auf einer Seite kurzgeschlossen ist.
DE102023106703.6A 2023-03-17 2023-03-17 Schweißstromquelle und zugehöriges Betriebsverfahren Withdrawn DE102023106703A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1251991B1 (de) 2000-01-20 2005-04-13 Fronius International GmbH Verfahren zum regeln und/oder steuern einer schweissstromquelle mit einem resonanzkreis
EP2942142A2 (de) 2014-04-02 2015-11-11 Lorch Schweisstechnik GmbH VERFAHREN ZUM REGELN EINER SCHWEIßSTROMQUELLE

Patent Citations (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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