DE102008051844A1

DE102008051844A1 - Electric power source for the supply of electric power to workpiece-processing device and/or workpiece processing process, comprises a digital processing control unit for a process parameter, a power section and a bus distributor

Info

Publication number: DE102008051844A1
Application number: DE102008051844A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ess
Original assignee: ESS SCHWEISSTECHNIK GmbH
Current assignee: Ess Schweißtechnik GmbH
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-04-22

Abstract

The electric power source comprises a first digitally operating control unit (8) for a process parameter, a first power section (1) with a primary circuit (1.1) and a secondary circuit (1.2), and a bus distributor. A further power section (2) is equipped with primary and secondary circuits, where the first and the further power sections comprise a digitally operating power section control unit (20). The respective power section control unit receives digital control datas from the first digitally operating control unit in the type of a master-slave arrangement. The electric power source comprises a first digitally operating control unit (8) for a process parameter, a first power section (1) with a primary circuit (1.1) and a secondary circuit (1.2), and a bus distributor. A further power section (2) is equipped with primary and secondary circuits, where the first and the further power sections comprise a digitally operating power section control unit (20). The respective power section control unit receives digital control datas from the first digitally operating control unit in the type of a master-slave arrangement. The power section control unit regulates the power sections excluding the respective primary circuit. The digital control datas to be transmitted are independent from the first control unit at the respective power section control unit by the construction type of relevant power sections. The first digitally operating control unit determines the digital control datas to be transmitted at the power section control unit in dependence of the process parameter. The digital control datas are measured with regard to further power section. The first digitally operating control unit generates the control datas based on a power regulator and/or a voltage regulator. The power section control unit regulates the electric flow of the power section. A pulse amplitude modulator and/or a phase shift unit is provided for the exertion of influence on the electric power flowing in primary circuit of the power section. The power section comprises a reactive-current consumption-correction unit. The power sections are parallely switched on entrance side and/or exit side. A signal transmission of components of the power source is arranged at the first and/or further control unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Stromquelle zur Versorgung einer Werkstück-Bearbeitungs-Vorrichtung bzw. eines Werkstücks-Bearbeitungs-Prozesses nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to an electric power source for Supplying a workpiece processing device or a workpiece machining process according to the preamble of claim 1.

Stand der Technik:State of the art:

Durch die fortschreitende Technologie im Leistungshalbleiterbreich sind handelsüblich elektrische Stromquellen bekannt, deren Ausgangsstrom mittels einer elektronischen Schaltung den von einer Werkstück-Bearbeitungs-Vorrichtung bzw. einem Werkstück-Bearbeitungs-Prozess erforderlichen Strom bereit stellen können. Eine solche elektrische Stromquelle ist beispielsweise aus der eine Regelvorrichtung für ein Schweißgerät offenbarenden EP 1 119 434 B1 bekannt.Due to the advancing technology in the power semiconductor industry, commercially available electric current sources are known whose output current can provide the current required by a workpiece processing device or a workpiece processing process by means of an electronic circuit. Such an electrical power source is disclosed, for example, from a control device for a welding device EP 1 119 434 B1 known.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung:Object and advantages of the invention:

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine elektrische Stromquelle der eingangs dargelegten Art zu verbessern.task In the present invention, it is an electric power source of to improve at the beginning.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2. In den nachfolgenden Unteransprüchen werden zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen beschrieben.The Solution of this task is based on the preamble of claim 1 according to the invention by the license plate of claims 1 and 2. In the following subclaims Be useful and advantageous developments described.

Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine elektrische Stromquelle zur Versorgung einer Werkstück-Bearbeitungs-Vorrichtung bzw. eines Werkstück-Bearbeitungs-Prozesses, insbesondere einer Schweißvorrichtung bzw. eines Schweißprozesses, mit elektrischem Strom. Diese Stromquelle umfasst eine erste, digital arbeitende Kontrolleinheit für wenigstens einen Prozessparameter wie Strom I, insbesondere den von der Stromquelle zu liefernden Ausgangsstrom I_A, eine Spannung U, eine Lichtbogenlänge L oder der gleichen prozessspezifischen Parameter. Weites enthält die Stromquelle ein erstes Leistungsteil mit einem Primärstromkreis und einem Sekundärstromkreis, welches vorzugsweise separat von der ersten Kontrolleinheit ausgebildet aber ggf. in einem mit diesem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein kann oder aber auch in einem Separaten.Accordingly, in a first aspect, the present invention relates to an electric current source for supplying a workpiece processing device or a workpiece processing process, in particular a welding device or a welding process, with electric current. This current source comprises a first, digitally operating control unit for at least one process parameter such as current I, in particular the output current I _A to be supplied by the current source, a voltage U, an arc length L or the same process-specific parameters. Furthermore, the power source includes a first power section having a primary circuit and a secondary circuit, which may be formed separately from the first control unit, but may be disposed in a common housing, or may be separate.

In einem ersten Aspekt zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, dass wenigstens ein weiteres Leistungsteil mit einem Primärstromkreis und einem Sekundärstromkreis vorgesehen ist, wobei das erste und das wenigstens eine weitere Leistungsteil jeweils eine digitale Leistungsteil-Kontrolleinheit umfassen, und wobei die jeweiligen Leistungsteil-Kontrolleinheiten von der ersten digital arbeitenden Kontrolleinheit digitale Kontrolldaten empfangen können, in der Art einer Master-Slawe Anordnung.In In a first aspect, the present invention is characterized from that at least one further power unit with a primary circuit and a secondary circuit is provided, wherein the first and the at least one further power part in each case one digital power part control unit, and wherein the respective Power unit control units from the first digitally operating Control unit can receive digital control data, in the manner of a master-Slawe arrangement.

Ein solcher Aufbau hat den Vorteil, dass die betreffende elektrische Stromquelle modular aufgebaut werden kann, wodurch im Vergleich zu einer lediglich ein Leistungsteil umfassenden Stromquelle einerseits ein vergleichsweise größerer Ausgangsstrombereich zur Verfügung gestellt werden kann, bei vergleichsweise gleicher Leistungsfähigkeit der verglichenen Leistungsteile. Andererseits kann bei gleicher Gesamtleistung eine genauere Stromregelung dadurch erreicht werden, dass die beiden Leistungsteile in Bezug auf einen vergleichbaren Ausgangstrom über einen wesentlich größeren Bereich in einem optimalen, idealer Weise linear arbeitenden Kennlinienbereich der betreffenden Bauelemente betrieben werden können. Dies dadurch, dass jedes Leistungsteil vergleichsweise nur den halben Strom erzeugen muss und die digitale Leistungsteil-Kontrolleinheit deshalb mit doppelter Auflösung arbeiten kann.One Such structure has the advantage that the relevant electrical Power source can be modular, thereby comparing to a comprehensive power source only one power source on the one hand a comparatively larger output current range can be made available at comparatively same performance of the compared power units. On the other hand, with the same overall performance, a more accurate current regulation can be achieved be achieved that the two power parts in relation to one comparable output current over a much larger Range in an optimal, ideally linear working characteristic range the relevant components can be operated. This in that each power unit comparatively only half Must generate power and the digital power unit control unit therefore can work with double resolution.

Ein weiterer Vorteil eines solchen modularen bzw. skalierbaren Aufbaus einer elektrischen Stromquelle liegt aufgrund der im jeweiligen Leistungsteil separat vorgesehenen Intelligenz, in der Form seiner Leistungsteils-Kontrolleinheit, in der Möglichkeit eines vom Betriebszustand des wenigstens einen weiteren Leistungsteils unabhängigen Betrieb. So kann das wenigstens eine weitere Leistungsteil beispielsweise völlig abgeschaltet und nur das erste Leistungsteil alleine betrieben werden, sodass hierdurch bei Bedarf ein vergleichsweise deutlich niedrigerer minimaler Ausgangsstrom zur Verfügung gestellt werden kann, als dies bei einer Stromquelle mit einem einzigem Leistungsteil mit gleicher Gesamtausgangsleistung der Fall ist.One Another advantage of such a modular or scalable design an electrical power source is due to the respective Power unit separately provided intelligence, in the form of its power unit control unit, in the possibility of one of the operating state of at least another power unit independent operation. So For example, the at least one other power unit can be completely switched off and only the first power unit are operated alone, thereby, if necessary, a comparatively much lower minimum Output current can be provided as this with a power source with a single power unit with the same Overall output is the case.

In einem zweiten Aspekt zeichnet sich die vorliegende Erfindung, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die Leistungsteil-Kontrolleinheit ausschließlich den jeweiligen Primärstromkreis des Leistungsteils regelt. Ein solcher Aufbau hat den Vorteil, dass die dafür erforderlichen elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente für vergleichsweise wesentlich geringere Ströme ausgelegt werden können, als dies beispielsweise bei einer Beeinflussung des mit zum Teil extrem hohen Ausgangsströmen mit bis zu mehreren 100 Ampere beaufschlagten Sekundärstromkreis der Fall ist. Somit können einerseits vergleichsweise deutlich geringere Maximalleistungen aufweisende Bauelemente verwendet werden und andererseits können Bauelemente verwendet werden, deren Steuerbereich so ausgelegt ist, dass er eine sehr präzise Kontrolle des Ausgangsstroms des betreffenden Leistungsteils ermöglicht.In In a second aspect, the present invention is characterized from the preamble of claim 1 characterized in that the power unit control unit exclusively the respective primary circuit of the power unit. Such a structure has the advantage that the required electrical or electronic Components for comparatively much lower currents can be interpreted as this, for example, in an influence of extremely high output currents with up to several 100 amps applied secondary circuit of the Case is. Thus, on the one hand, comparatively clearly lower maximum performance components may be used and on the other hand, components may be used whose Tax area is designed so that it is a very precise Control of the output current of the relevant power unit allows.

In weiter vorteilhafter Weise können die von der ersten Kontrolleinheit an die jeweiligen Leistungsteil-Kontrolleinheiten zu übermittelnden digitalen Kontrolldaten von der Bauart des betreffenden Leistungsteils unabhängig sein. Dies ist durch das Vorsehen einer Leistungsteil-Kontrolleinheit in einem jeweiligen Leistungsteil möglich, welches dadurch unabhängig von Parametern des Werkstück-Bearbeitungs-Prozesses wird, für den es einen Teil des insgesamt erforderlichen Gesamtstroms durch seinen Ausgangsstrom liefert.In more advantageously, that of the first control unit to be transmitted to the respective power unit control units digital control data of the type of the relevant power unit be independent. This is by providing a power unit control unit in a respective power unit possible, which thereby independent of parameters of the workpiece processing process, for which it is part of the total required total electricity through its output current.

Die Kontrolle des mit der elektrischen Stromquelle mit elektrischem Strom zu versorgenden Werkstück-Bearbeitungs-Prozess kann alleine durch die erste, digital arbeitende Kontrolleinheit erfolgen, der es je nach erfassten Parameterwerten obliegt, den verschiedenen Leistungsteil-Kontrolleinheiten entsprechend aufbereitete digitale Kontrolldaten zu übermitteln. Die jeweilige Leistungsteil-Kontrolleinheit liest diese digitalen Kontrolldaten ein und beeinflusst darauf basierend den von ihm von einer Stromversorgung, z. B. einem Stromnetz aufgenommenen und in seinem Primärstromkreis fließenden elektrischen Strom.The Checking with the electric power source with electric Power to be supplied workpiece machining process can be done by the first, digitally working control unit, the Depending on the parameter values recorded, it is up to the various Power unit control units according processed digital Submit control data. The respective power unit control unit reads in and influences this digital control data from him from a power supply, z. B. a power grid recorded and in its primary circuit flowing electrical Electricity.

In weiter vorteilhafter Weise können die an die Leistungsteil-Kontrolleinheit zu übertragenden digitalen Kontrolldaten in Bezug auf wenigstens ein weiteres Leistungsteil der elektrischen Stromquelle gewichtet sein. Damit kann die den Werkstück-Bearbeitungs-Prozess kontrollierende erste Kontrolleinheit festlegen, welches Leistungsteil mit seinem Ausgangsstrom welchen Anteil am gesamten Prozessstrom liefern soll.In more advantageously, the power unit to the control unit digital control data to be transmitted with respect to at least weighted another power section of the electrical power source be. This allows the the workpiece-machining process controlling first control unit determine which power unit with its output current what proportion of the total process stream should deliver.

Als Basis für diese Festlegung kann die erste Kontrolleinheit mit verschiedensten Eingangsparametern beaufschlagt werden, vorzugsweise von allen der Stromquelle zugehörigen Komponenten. Zu nennen wären hierzu beispielhaft und ohne abschließenden Charakter die Anzahl der elektrischen Stromquelle zur Verfügung stehenden Leistungsteile, die Soll- und Istparameter des Werkstücks-Bearbeitungs-Prozesses, ggf. Korrekturparameter und dergleichen mehr.When Basis for this determination can be the first control unit with Various input parameters are applied, preferably from all components associated with the power source. To call would be exemplary and without concluding Character the number of electrical power source available standing power components, the setpoint and actual parameters of the workpiece machining process, possibly correction parameters and the like.

Je nach Art des Prozesses, mit welchem das Werkstück bearbeitet wird, kann zu dessen Kontrolle eine Stromregelung oder eine Spannungsregelung besser geeignet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erste Kontrolleinheit daher sowohl eine Spannungsregelung als auch eine Stromregelung auf. Basierend auf einer oder gegebenenfalls auch auf beiden Reglern kann sie die an die jeweiligen Leistungsteil-Kontrolleinheiten zu übermittelnden digitalen Kontrolldaten erstellen. Basierend auf den so erhaltenen Kontrolldaten regelt die betreffende Leistungsteil-Kontrolleinheit den im Primärstromkreis des betreffenden Leistungsteils fließenden elektrischen Strom. In einer davon abgewandelten Ausführungsform kann aber auch eine Spannungsregelung im Primärstromkreis vorgesehen sein.ever the type of process with which the workpiece is machined can be to control it, a current control or voltage regulation better be suitable. In a particularly preferred embodiment Therefore, the first control unit has both a voltage control as well as a current control. Based on one or optionally It can also be sent to the respective power unit control units on both controllers create digital control data to submit. Based on the control data thus obtained controls the relevant power unit control unit the current flowing in the primary circuit of the relevant power unit electricity. In a modified embodiment thereof but can also be a voltage regulation in the primary circuit be provided.

Für die Regelung des Primärstromkreises im betreffenden Leistungsteil können vorzugsweise ein Pulsweitenmodulator (PWM) und/oder eine Phasenschiebereinheit und/oder andere zur Strom- bzw. Spannungsregelung geeignete elektrische, elektronische Bauteile und Schaltungen vorgesehen sein.For the regulation of the primary circuit in the relevant power unit Preferably, a pulse width modulator (PWM) and / or a phase shifter unit and / or others for current or voltage regulation suitable electrical, electronic components and circuits are provided be.

In weiter vorteilhafter Weise kann das Leistungsteil mit einer Blindstromaufnahme-Korrektureinheit ausgestattet sein, zum Beispiel mit einer so genannten Power-Faktor-Korrektureinheit, die die durch das Leistungsteil erzeugten Oberwellen reduziert.In more advantageously, the power unit with a reactive power consumption correction unit equipped with, for example, a so-called power factor correction unit, which reduces the harmonics generated by the power unit.

Bezüglich der Schaltungsanordnung der beiden Leistungsteile können diese je nach Gegebenheiten hinsichtlich der Energieversorgung und Abgabe an den damit zu beaufschlagenden Werkstück-Bearbeitungs-Prozess in einer bevorzugten Ausführungsform eingangsseitig und/oder ausgangsseitig parallel geschaltet sein.In terms of the circuit arrangement of the two power parts can these depending on the circumstances regarding the energy supply and Delivery to the workpiece machining process to be loaded therewith in a preferred embodiment on the input side and / or be connected in parallel on the output side.

Die einzelnen Leistungsteile können vorzugsweise als primär getaktete Invertersysteme aufgebaut sein, deren Transistorbrücken phasengleich oder phasenversetzt takten. Die Brücken können als Halbbrücken oder Vollbrücken ausgebildet sein. Grundsätzlich können auch unterschiedlich aufgebaute Leistungsteile, zum Beispiel eines mit einer Halbbrücke und eines mit einer Vollbrücke, in der elektrischen Stromquelle angeordnet werden. Dies deshalb, da jedes Leistungsteil eine eigene Intelligenz in der Form der in ihr angeordneten Leistungsteil-Kontrolleinheit aufweist, die die von der ersten Kontrolleinheit empfangenen digitalen Daten in der dem Aufbau des betreffenden Leistungsteils entsprechenden Weise in der von ihr geforderten Beeinflussung des Primärstromkreises umsetzt.The individual power units may preferably be considered primary clocked inverter systems be constructed, the transistor bridges in phase or out of phase. The bridges can be designed as half bridges or full bridges. in principle can also different constructed power parts, for example, one with a half bridge and one with a Full bridge, arranged in the electric power source become. This is because every power unit has its own intelligence in the form of the power unit control unit arranged in it comprising the digital data received from the first control unit Data corresponding to the structure of the relevant power unit Way in the required by it influencing the primary circuit implements.

In weiter bevorzugter Weise kann ein Datenbus zum Anschluss der Komponenten der Stromquellen an die erste und/oder eine weitere Kontrolleinheit vorgesehen sein. Damit ist einerseits die Übermittlung der digitalen Kontrolldaten von der ersten Kontrolleinheit zu den jeweiligen Leistungsteil-Kontrolleinheiten möglich. Andererseits kann die erste Kontrolleinheit Start- und/oder Korrekturparameter und/oder prozessbezogene Sollwerte von verschiedenen Komponenten der Stromquelle wie zum Beispiel einer Ein- und Ausgabeeinheit in der Form eines Bedienpanels, eines Fernreglers oder dergleichen erhalten.In more preferably, a data bus for connection of the components the power sources to the first and / or another control unit be provided. Thus, on the one hand, the transmission the digital control data from the first control unit to the respective power unit control units possible. on the other hand The first control unit may have start and / or correction parameters and / or process-related setpoints of various components the power source such as an input and output unit in the shape of a control panel, a remote controller or the like receive.

Sofern erforderlich, kann gegebenenfalls auch ein Datenaustausch zwischen einem Speicher und der ersten Kontrolleinheit erfolgen. Auch eine Datenübermittlung von den Leistungsteil-Kontrolleinheiten an die erste digitale Kontrolleinheit kann mittels eines solchen Datenbusses erfolgen. Dieser kann der gleiche Datenbus sein, wie er zur Datenübermittlung von der ersten Kontrolleinheit an die jeweiligen Leistungsteil-Kontrolleinheiten vorgesehen ist. In einer davon abgewandelten Ausführungsform kann beispielsweise aber auch ein hierzu separat ausgebildeter Datenbus vorgesehen sein.If necessary, may also be a data exchange between a memory and the first control unit. A data transmission from the power unit control units to the first digital control unit can also take place by means of such a data bus. This may be the same data bus as provided for data transmission from the first control unit to the respective power unit control units. In a modified embodiment thereof, however, a data bus designed separately for this purpose may also be provided, for example.

Um eine zuverlässige und von der Belegung verschiedener Busanschlussstellen unabhängige Datenübermittlung auf dem betreffenden Datenbus ermöglichen zu können, kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Busverteiler vorgesehen sein. Der Busverteiler kann beispielsweise so in die Bustopologie eingebunden sein, dass diese sternförmig aufgebaut ist. Durch entsprechende Steuerung des Busverteilers ist es möglich, dass sich offene Busleitungen nicht störend auf den jeweiligen Wellenwiderstand der Busleitungen auswirken. Dieser bleibt weitgehend konstant, wodurch die Abschlusswiderstände an jedem Ende der Busleitungen gleich bleiben können.Around a reliable and by the assignment of different bus connection points independent data transmission on the relevant Can enable data bus in one Particularly preferred embodiment, a bus distributor be provided. The bus distributor, for example, so in the Bustopologie be integrated, that this star-shaped is. By appropriate control of the bus distributor, it is possible that open bus lines do not interfere with the characteristic impedance affect the bus lines. This remains largely constant, which the terminators on each end of the bus lines are the same can stay.

Der Busverteiler kann beispielsweise in der Form eines integrierten Bausteins aufgebaut sein, der bezüglich der Datenleitungen als Verteiler arbeitet.Of the Bus distributor, for example, in the form of an integrated Be constructed, which with respect to the data lines works as a distributor.

Von den Komponenten der Stromquelle an die erste und/oder eine weitere Kontrolleinheit zu übertragende Signale können beispielsweise Bereitschafts-, Start-, Korrektursignale- oder dergleichen mehr Signale sein. Von den Leistungsteil-Kontrolleinheiten an die erste digitale Kontrolleinheit zu übertragende Signale können beispielsweise auch Fehlersignale sein, so dass die erste Kontrolleinheit entsprechend der betreffenden Fehlermeldung gegebenenfalls eine Umgewichtung in den von ihr an die verschiedenen Leistungsteil-Kontrolleinheiten zu übertragenden digitalen Kontrolldaten vornehmen kann und/oder gegebenenfalls eine Abschaltung einzelner Komponenten der Stromquelle oder der gesamten Stromquelle veranlassen kann.From the components of the power source to the first and / or another Control unit to be transmitted signals for example, standby, start, correction signals or the like Be signals. From the power unit control units to the first one digital control unit to transmit signals For example, be error signals, so that the first control unit if appropriate, a message according to the relevant error message Re-weighting in that of it to the various power unit control units can carry out digital control data to be transmitted and / or optionally a shutdown of individual components of the power source or the entire power source.

Mit einer derart aufgebauten elektrischen Stromquelle können verschiedenste Vorrichtungen und Prozesse zur Werkstück-Bearbeitung versorgt werden, insbesondere verschiedenste Schweißgeräte bzw. Schweißverfahren mit oder ohne abschmelzender Elektrode, Drahtzufuhr, Gasbeaufschlagung und dergleichen mehr. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit einer solchen elektrischen Stromquelle besteht in der Versorgung elektrochemischer Prozesse bzw. der hierfür vorgesehenen Vorrichtungen. Auch Vorrichtungen zur Werkstückbearbeitung mittels Gasentladungsverfahren können mit einer derartigen Stromquelle versorgt werden.With Such a constructed electric power source can various devices and processes for workpiece processing be supplied, in particular a variety of welding equipment or welding process with or without consumable electrode, Wire feed, gas supply and the like. Another Use of such an electrical power source exists in the supply of electrochemical processes or for this purpose provided devices. Also devices for workpiece machining By means of gas discharge methods can be used with such Power source to be supplied.

Ausführungsbeispiel:Embodiment:

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die betreffenden Figuren nachfolgend näher erläutert:One Embodiment of the invention is shown in the attached Drawings shown and will be with reference to the relevant Figures explained in more detail below:

Im Einzelnen zeigen:in the Show individual:

1 beispielhaft und schematisch eine erste Ausführungsform einer elektrischen Stromquelle zur Versorgung einer Werkstück-Bearbeitungs-Vorrichtung bzw. eines Werkstück-Bearbeitungsprozesses und 1 by way of example and schematically a first embodiment of an electric current source for supplying a workpiece processing device or a workpiece processing process, and

2 und 3 weitere Details bzw. eine weitere Ausführungsform. 2 and 3 further details or a further embodiment.

Die 1 zeigt beispielhaft und schematisch eine elektrische Stromquelle I zur Versorgung einer Werkstück- Bearbeitungs-Vorrichtung II, in Form einer Schweißvorrichtung. Diese Schweißvorrichtung umfasst einen von der Stromquelle I mit elektrischem Strom zu versorgenden Brenner 6, um an einem Werkstück 7 einen Werkstück-Bearbeitungs-Prozess in Form eines Schweißprozesses durchzuführen.The 1 shows by way of example and schematically an electrical power source I for supplying a workpiece processing device II , in the form of a welding device. This welding device includes one from the power source I to be supplied with electric current burner 6 to work on a workpiece 7 perform a workpiece machining process in the form of a welding process.

Die elektrische Stromquelle I umfasst eine erste, digital arbeitende Kontrolleinheit 8 für wenigstens einen Prozessparameter wie den Schweißstrom I, die Schweißspannung U und/oder die Lichtbogenlänge L. Der von der Kontrolleinheit zu kontrollierende Schweißstrom I kann beispielsweise mittels eines Shunt 3 und einem AD-Wandler 18, in digitaler Form aufbereitet, der ersten Kontrolleinheit 8 als Eingangsparameter zur Verfügung gestellt werden. Die Schweißspannung U, kann beispielsweise über einen Abgriff an zwei entsprechend geeigneten Stellen, wie beispielsweise einem Pluspol 4 am Brenner und einem Minuspol 5 am Werkstück und/oder an den Leistungsteilen, abgegriffen und ebenfalls mittels eines AD-Wandlers 18 digital aufbereitet als weiterer Eingangsparameter der ersten Kontrolleinheit zur Verfügung gestellt werden.The electrical power source I includes a first, digitally operating control unit 8th for at least one process parameter such as the welding current I, the welding voltage U and / or the arc length L. The welding current I to be controlled by the control unit can be achieved, for example, by means of a shunt 3 and an AD converter 18 , processed in digital form, the first control unit 8th be provided as input parameters. The welding voltage U, for example, via a tap on two correspondingly suitable locations, such as a positive pole 4 at the burner and a negative pole 5 on the workpiece and / or power parts, tapped and also by means of an AD converter 18 digitally prepared be provided as another input parameter of the first control unit.

Die elektrische Stromquelle I umfasst im Weiteren ein erstes Leistungsteil 1 mit einem Primärstromkreis 1.1 zur Aufnahme eines elektrischen Stromes aus einer Stromversorgung, die hier beispielsweise als Drehstromversorgung mit 3 × 400 V beispielhaft und symbolisch als Eingangsvektor dargestellt ist. Dieser Primärstromkreis 1.1 ist über einen Trafo 23 mit einem Sekundärstromkreis 1.2 gekoppelt. Das Übersetzungsverhältnis des Trafos gibt im Wesentlichen das Übersetzungsverhältnis zwischen dem im Primärstromkreis fließenden elektrischen Strom und dem im Sekundärstromkreis fließenden elektrischen Strom in umgekehrtem Übersetzungsverhältnis wider. Über die beiden Pole Plus und Minus ist das Leistungsteil 1 mit dem Brenner 6 bzw. dem Werkstück 7 elektrisch leitend verbunden.The electrical power source I further includes a first power section 1 with a primary circuit 1.1 for receiving an electric current from a power supply, which is shown here for example as a three-phase power supply with 3 × 400 V by way of example and symbolically as input vector. This primary circuit 1.1 is via a transformer 23 with a secondary circuit 1.2 coupled. The transmission ratio of the transformer essentially reflects the transmission ratio between the electric current flowing in the primary circuit and the electric current flowing in the secondary electric circuit in reverse gear ratio. About the two poles Plus and Minus is the power unit 1 with the burner 6 respectively. the workpiece 7 electrically connected.

Im Primärstromkreis 1.1 ist eingangsseitig ein Netzgleichrichter 21 zur Gleichrichtung der drei anliegenden Wechselstromphasen vorgesehen. Zur Reduzierung der Blindstromaufnahme dieses Leistungsteils umfasst dieser Netzgleichrichter im Weiteren eine Power-Faktor-Korrektur-Einheit. Der vom Netzgleichrichter 21 aufbereitete Gleichstrom wird über eine nachfolgend im Stromkreis angeordnete Transistorbrücke 22 wiederum zu einem Wechselstrom, in dem Fall in gepulster Form, umgerichtet und der Primärseite des Trafos 23 aufgeprägt.In the primary circuit 1.1 On the input side is a mains rectifier 21 provided for rectification of the three applied AC phases. To reduce the reactive power consumption of this power section, this power rectifier further comprises a power factor correction unit. The from the power rectifier 21 processed direct current is via a subsequently arranged in the circuit transistor bridge 22 in turn to an alternating current, in this case pulsed, rectified and the primary side of the transformer 23 impressed.

Im Sekundärstromkreis 1.2 des Leistungsteils 1 ist an die beiden Sekundärausgänge des Trafos 23 ein Sekundärgleichrichter 24 angeschlossen, der einen ersten Teil des von der elektrischen Stromquelle I der Schweißvorrichtung II zur Bearbeitung des Werkstücks zur Verfügung zu stellenden Schweißstromes in Form eines Gleichstroms liefert. Um einen dauerhaften Stromfluss im Schweißstromkreis vom Pluspol über den Brenner 6, das Werkstück 7 zurück zum Minuspol auch bei gepulster Gleichspannung gewährleisten zu können, ist im Sekundärstromkreis eine Drossel 25 als Energiepuffer zwischengeschaltet.In the secondary circuit 1.2 of the power unit 1 is to the two secondary outputs of the transformer 23 a secondary rectifier 24 connected to the first part of the electrical power source I the welding device II for the processing of the workpiece to be provided welding current in the form of a direct current. To ensure a permanent current flow in the welding circuit from the positive pole to the burner 6 , the workpiece 7 back to the negative terminal to be able to ensure even with pulsed DC voltage, in the secondary circuit is a throttle 25 interposed as an energy buffer.

Im Weiteren umfasst das Leistungsteil 1 eine Leistungsteil-Kontrolleinheit 20, die von der ersten digital arbeitenden Kontrolleinheit 8 digitale Kontrolldaten in der Art einer Master-Slawe Anordnung empfangen kann. Basierend auf diesen digitalen Kontrolldaten regelt sie den Primärstromkreis, insbesondere den darin fließenden Primärstrom. Möglich ist aber auch eine Spannungsregelung im Primärstromkreis. Die Regelung des Stromkreises erfolgt vorzugsweise durch eine Pulsweitenmodulation und/oder durch eine Phasenschiebereinheit. Die Anbindung der Leistungsteil-Kontrolleinheit 20 an die erste digital arbeitende Kontrolleinheit 8 erfolgt auf Seiten des Leistungsteils 1 mittels einer Highspeed-Schnittstelle 10.In addition, the power section includes 1 a power unit control unit 20 that from the first digitally operating control unit 8th digital control data in the manner of a master-slave arrangement can receive. Based on these digital control data, it controls the primary circuit, in particular the primary current flowing therein. But also possible is a voltage regulation in the primary circuit. The control of the circuit is preferably carried out by a pulse width modulation and / or by a phase shifter unit. The connection of the power unit control unit 20 to the first digitally operating control unit 8th takes place on the part of the power unit 1 by means of a high-speed interface 10 ,

Um auch Signale und/oder Daten vom Leistungsteil 1 zur ersten Kontrolleinheit übertragen zu können, ist durch eine gestrichelte Linie eine weitere Datenleitung 26 vom ersten Leistungsteil 1 zur ersten Kontrolleinheit 8 dargestellt. Diese Datenleitung kann je nach Bedarf als einfache Signalleitung und/oder aber auch als leistungsfähiger Datenbus ausgebildet sein. In der Darstellung sind sowohl diese Datenleitungen 26 als auch der an die Highspeed-Schnittstelle 10 angeschlossene Datenbus 27 unidirektional dargestellt. Bei Bedarf kann aber sowohl der eine als auch der andere oder auch beide so ausgebildet sein, dass sie bidirektional betrieben werden können.To also signals and / or data from the power unit 1 To be able to transfer to the first control unit is by a dashed line another data line 26 from the first power section 1 to the first control unit 8th shown. This data line can be designed as a simple signal line and / or as an efficient data bus as needed. In the illustration are both these data lines 26 as well as to the high-speed interface 10 connected data bus 27 shown unidirectionally. If necessary, however, both the one and the other or both can be designed so that they can be operated bidirectionally.

Die erfindungsgemäße elektrische Stromquelle umfasst im Weiteren noch ein zweites Leistungsteil 2, das grundsätzlich identisch wie das erste Leistungsteil 1 aufgebaut sein kann. Unterscheiden können sie sich beispielsweise in der Leistungsfähigkeit und/oder in der Art der Primärstromkreisregelung wie zum Beispiel mittels Halbbrücke oder Vollbrücke. Die von der ersten digitalen Kontrolleinheit erstellten und an die jeweilige Leistungsteil-Kontrolleinheit übermittelten digitalen Kontrolldaten sind unabhängig vom inneren Aufbau des jeweiligen Leistungsteils 1, 2 und/oder einem weiteren Leistungsteil, wie in der 3 dargestellt.The electric current source according to the invention further comprises a second power section 2 , which is basically the same as the first power section 1 can be constructed. They may differ, for example, in the performance and / or in the nature of the primary circuit control, for example by means of a half bridge or full bridge. The digital control data created by the first digital control unit and transmitted to the respective power unit control unit are independent of the internal structure of the respective power unit 1 . 2 and / or another power unit, as in the 3 shown.

Die erste digitale Kontrolleinheit 8 umfasst im Weiteren als zentrale Intelligenz der elektrischen Stromquelle I eine digitale Schweißprozessregeleinheit 9. Diese kann sowohl eine Stromregelung als auch eine Spannungsregelung zur bestmöglichen Einflussnahme auf einen betreffenden Parameter im Werkstück-Bearbeitungs-Prozess umfassen. Je nachdem, welche Regelart günstiger ist, kann der eine und/oder der andere Regler zur Aufbereitung der an die jeweiligen Leistungsteil-Kontrolleinheit 20 zu übermittelnden digitalen Kontrolldaten zur Regelung des Primärstromkreises im betreffenden Leistungsteil zugrunde gelegt werden. Die Anbindung dieser Reglereinheit 9 an die Highspeed-Schnittstelle 10 erfolgt über einen Reglerausgang 19.The first digital control unit 8th further includes as central intelligence of the electrical power source I a digital welding process control unit 9 , This can include both a current regulation and a voltage regulation for the best possible influence on a relevant parameter in the workpiece processing process. Depending on which type of control is more favorable, the one and / or the other controller for the preparation of the power unit to the control unit 20 be transmitted to be transmitted digital control data for controlling the primary circuit in the relevant power unit. The connection of this controller unit 9 to the high-speed interface 10 via a controller output 19 ,

Im Weiteren umfasst die erste digitale Kontrolleinheit eine Schweißprozessablaufsteuerung 11, die einen eigenen Mikrokontroller mit zugehörigem Speicher 12 für ein Betriebssystem und für Werkstück-Bearbeitungs-Daten, im Falle eines Schweißprozesses Schweißdaten, umfassen kann. Der Mikrokontroller kann direkt mit der digitalen Schweißprozessregeleinheit zusammenarbeiten und ihr zum Beispiel von einem Bediener der Werkstück-Bearbeitungs-Vorrichtung an einer Eingabeeinheit eingestellte Sollwerte für beispielsweise Schweißstrom und/oder Schweißspannung übermitteln.Furthermore, the first digital control unit comprises a welding process sequence control 11 which has its own microcontroller with associated memory 12 for an operating system and for workpiece processing data, in the case of a welding process welding data may include. The microcontroller may cooperate directly with the digital welding process control unit and transmit, for example, set values for, for example, welding current and / or welding voltage set by an operator of the workpiece processing device to an input unit.

Um eine Anbindung an weitere Komponenten der elektrischen Stromquelle I wie zum Beispiel ein Kühlgerät 14, einen Drahtvorschub 15, einen Fernregler 16, eine Ein- und/oder Ausgabeeinheit 17, zum Beispiel in Form eines Frontpanels, und dergleichen mehr sogenannte externe Komponenten an die erste digitale Kontrolleinheit anbinden zu können, kann diese im Weiteren einen Datenbus 13 umfassen. Im dargestellten Beispiel ist dieser Datenbus 13 mittels eines Busverteilers 13.1 sternförmig mit der ersten Kontrolleinheit 8 verbunden. Der Busverteiler 13.1 kann beispielsweise als Verteiler aufgebaut sein, so dass hierdurch die Möglichkeit besteht, jeweils nur einen bestimmten Busteilnehmer (externe Komponenten 14–17) seitens der ersten Kontrolleinheit anzusprechen und umgekehrt.To connect to other components of the electrical power source I such as a refrigerator 14 , a wire feed 15 , a remote control 16 , an input and / or output unit 17 For example, in the form of a front panel, and the like to be able to connect more so-called external components to the first digital control unit, this may further comprise a data bus 13 include. In the example shown, this data bus 13 by means of a bus distributor 13.1 star-shaped with the first control unit 8th connected. The bus distributor 13.1 can be constructed, for example, as a distributor, so that thereby the possibility exists, in each case only a specific bus subscriber (external components 14 - 17 ) by the first control unit and vice versa.

In der 2 ist beispielhaft und schematisch eine so genannte MIG/MAG Schweißstromquelle als Werkstück-Bearbeitungs-Vorrichtung II dargestellt. Diese umfasst eine elektrische Stromquelle I wie oben beschrieben, die zwei sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig parallel geschaltete Leistungsteile 1, 2 umfasst. Der Übersichtlichkeit halber sind gleiche Elemente mit den gleichen Positionszeichen wie in der 1 gekennzeichnet.In the 2 is exemplary and schematically a so-called MIG / MAG welding power source as a workpiece processing device II shown. This includes an electrical power source I as described above, the two performance parts connected in parallel both on the input side and on the output side 1 . 2 includes. For clarity, the same elements with the same position characters as in the 1 characterized.

Die 3 zeigt eine Ausführungsform entsprechend der Darstellung in der 2, die zur Verstärkung des durch die elektrische Stromquelle I an den Werkstück-Bearbeitungsprozess zu liefernden elektrischen Strom mit einem Ergänzungs- bzw. Zusatzmodul III ausgestattet ist. Dieses Ergänzungsmodul III umfasst hier beispielhaft wiederum zwei Leistungsteile entsprechend den beiden Leistungsteilen 1 und 2 wie oben bereits zur elektrischen Stromquelle I beschrieben. Die Stromverstärkung der elektrischen Stromquelle 1 erfolgt durch Parallelschaltung der Ausgänge des Ergänzungsmoduls III mit den Ausgängen der elektrischen Stromquelle I. Bei ausreichender externer Stromversorgung können auch die Primärseiten der elektrischen Stromquelle I und des Ergänzungsmoduls III parallel geschaltet werden. Grundsätzlich ist aber auch eine getrennte Versorgung durch beispielsweise zwei Stromversorgungsanschlüsse möglich.The 3 shows an embodiment as shown in the 2 which helps to amplify by the electrical power source I to be supplied to the workpiece machining process electrical power with a supplementary or additional module III Is provided. This supplementary module III Here, for example, again comprises two power parts corresponding to the two power parts 1 and 2 as above for the electrical power source I described. The current gain of the electrical power source 1 takes place by parallel connection of the outputs of the supplementary module III with the outputs of the electrical power source I , With sufficient external power can also the primary sides of the electrical power source I and the supplementary module III be switched in parallel. In principle, however, a separate supply by, for example, two power supply connections is possible.

II: Elektrische Stromquelleelectrical power source
IIII: Werkstück-Bearbeigungs-VorrichtungWorkpiece Bearbeigungs device
IIIIII: ErgänzungsmodulErgänzungsmodul
11: Leistungsteil 1 power unit 1
22: Leistungsteil 2 power unit 2
33: Shuntshunt
44: Pluspolpositive pole
55: Minuspolminuspol
66: Brennerburner
77: Werkstückworkpiece
88th: Erste KontrolleinheitFirst control unit
99: Digitale Schweißprozessregeleinheitdigital Welding process control unit
1010: Highspeed-SchnittstelleHigh speed interface
1111: SchweißablaufsteuerungWelding process control
1212: SpeicherStorage
1313: Busbus
13.113.1: BusverteilerBus distributor
1414: Kühlgerätcooling unit
1515: Drahtvorschubwire feed
1616: Fernreglerremote control
1717: Frontpanelfront panel
1818: AD-WandlerADC
1919: Reglerausgangcontroller output
2020: Leistungsteil-KontrolleinheitPower section control unit
2121: Netzgleichrichter mit PFC (Power factor correction)Mains rectifier with PFC (power factor correction)
2222: Transistorbrücketransistor bridge
2323: Transformatortransformer
2424: SekundärgleichrichterSecondary rectifier
2525: Drosselthrottle
2626: Datenleitungdata line
2727: Datenbusbus
1.11.1: PrimärstromkreisPrimary circuit
2.12.1: PrimärstromkreisPrimary circuit
1.21.2: SekundärstromkreisSecondary circuit
2.22.2: SekundärstromkreisSecondary circuit

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1119434 B1 [0002] EP 1119434 B1 [0002]

Claims

Elektrische Stromquelle (I) zur Versorgung einer Werkstück-Bearbeitungs-Vorrichtung (II) bzw. eines Werkstück-Bearbeitungs-Prozesses mit elektrischem Strom, umfassend eine erste, digital arbeitende Kontrolleinheit (8) für wenigstens einen Prozessparameter (I, U, L), und ein erstes Leistungsteil (1), mit einem Primärstromkreis (1.1) und einem Sekundärstromkreis (1.2), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres Leistungsteil (2) mit einem Primärstromkreis (2.1) und einem Sekundärstromkreis (2.2) vorgesehen ist, wobei das erste und das wenigstens eine weitere Leistungsteil jeweils eine digitale Leistungsteil-Kontrolleinheit (20) umfassen, und wobei die jeweiligen Leistungsteil-Kontrolleinheiten von der ersten digital arbeitenden Kontrolleinheit (8) digitale Kontrolldaten empfangen können, in der Art einer Master-Slawe Anordnung.Electric power source ( I ) for supplying a workpiece processing device ( II ) or a workpiece processing process with electric current, comprising a first, digitally operating control unit ( 8th ) for at least one process parameter (I, U, L), and a first power part ( 1 ), with a primary circuit ( 1.1 ) and a secondary circuit ( 1.2 ), characterized in that at least one further power unit ( 2 ) with a primary circuit ( 2.1 ) and a secondary circuit ( 2.2 ), wherein the first and the at least one further power part each have a digital power unit control unit ( 20 ), and wherein the respective power unit control units are controlled by the first digitally operating control unit ( 8th ) can receive digital control data, in the manner of a master-slave arrangement.

Elektrische Stromquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsteil-Kontrolleinheit (20) ausschließlich den jeweiligen Primärstromkreis (1.1; 2.1) des Leistungsteils (1; 2) regelt.Electric power source according to the preamble of claim 1, in particular according to claim 1, characterized in that the power unit control unit ( 20 ) exclusively the respective primary circuit ( 1.1 ; 2.1 ) of the power section ( 1 ; 2 ) regulates.

Elektrische Stromquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der ersten Kontrolleinheit an die jeweiligen Leistungsteil-Kontrolleinheiten zu übermittelnden digitalen Kontrolldaten von der Bauart des betreffenden Leistungsteiles unabhängig sind.Electric power source according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the from the first control unit to the respective Power unit control units to be transmitted digital Control data independent of the design of the relevant power unit are.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste digital arbeitende Kontrolleinheit die an die Leistungsteil-Kontrolleinheit zu übertragenden, digitalen Kontrolldaten in Abhängigkeit eines Prozessparameters festlegt.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that the first digital operating control unit connected to the power unit control unit to be transmitted, digital control data in dependence of a process parameter.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Leistungsteil-Kontrolleinheit zu übertragenden digitalen Kontrolldaten in Bezug auf wenigstens ein weiteres Leistungsteil gewichtet sind.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that the to the power unit control unit digital control data to be transmitted with respect to at least another power unit are weighted.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste digital arbeitende Kontrolleinheit die an die Leistungsteil-Kontrolleinheit zu übertragenden digitalen Kontrolldaten basierend auf einem Stromregler und/oder einem Spannungsregler erstellt.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that the first digital operating control unit connected to the power unit control unit digital control data to be transmitted based on a current regulator and / or a voltage regulator created.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsteil-Kontrolleinheit den elektrischen Strom des Leistungsteils regelt.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that the power unit control unit regulates the electric power of the power unit.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einflussnahme auf den im Primärstromkreis des Leistungsteils fließenden elektrischen Strom ein Pulsweitenmodulator und/oder eine Phasenschiebereinheit vorgesehen ist.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that to influence on the current flowing in the primary circuit of the power unit electric current, a pulse width modulator and / or a phase shifter unit is provided.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsteil eine Blindstromaufnahme-Korrektureinheit umfasst.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that the power unit comprises a reactive current pickup correction unit.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leistungsteile eingangsseitig und/oder ausgangsseitig parallel geschaltet sind.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that the two power parts On the input side and / or output side are connected in parallel.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Datenbus zum Anschluss von Komponenten der Stromquelle an die erste und/oder eine weitere Kontrolleinheit vorgesehen ist.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that a data bus for Connecting components of the power source to the first and / or another control unit is provided.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Busverteiler vorgesehen ist.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that a bus distributor is provided.

Elektrische Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalübertragung von Komponenten der Stromquelle an die erste und/oder eine weitere Kontrolleinheit vorgesehen ist.Electric power source according to one of the preceding Claims, characterized in that a signal transmission components of the power source to the first and / or another Control unit is provided.

Schweißgerät mit einer elektrischen Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche.Welding machine with an electric Power source according to one of the preceding claims.

Vorrichtung zur elektrochemischen Werkstückbearbeitung mit einer elektrischen Stromquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche.Device for electrochemical workpiece machining with an electrical power source according to any one of the preceding Claims.