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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Verfahren und Systeme gemäß der vorliegenden Erfindung betreffen Schweiß- und Schneidstromversorgungen und betreffen insbesondere Schweiß- und Schneidstromversorgungen, die ihre Induktivität überwachen können.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Im Zuge der technischen Weiterentwicklung von Schweiß- und Schneidstromversorgungen ist es gelungen, die Stromversorgungen für komplexere Schweißarbeiten geeignet zu machen, die oft komplexe Schweißwellenformen erfordern, einschließlich hoher Strom- und Spannungsanstiegsraten. Jedoch kann aufgrund der Eigenart von Stromversorgungen und des Schweißvorgangs ein signifikanter Betrag an Induktivität im Schweißstromkreis vorliegen, der von der Stromversorgung selbst, dem Werkstück und den Schweißkabeln kommen kann. Es sind Stromversorgungen entwickelt worden, die in der Lage sind, die in der Stromversorgung inhärente Induktivität zu steuern oder zu handhaben. Weil sich jedoch die Stromversorgung nicht immer in der Nähe eines Schweißvorgangs befindet, lässt sich die Induktivität, die aufgrund langer Schweißkabel und vom Werkstück erzeugt wird, nur schwieriger bewältigen. Wenn die Schweißkabel zu lang werden, so kann diese Induktivität die Funktion der Stromversorgung beeinträchtigen oder ihre Leistung schmälern.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der Erfindung enthalten eine Schweiß- oder Schneidstromversorgung mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss, wobei ein Stromkomponentenmodul sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Ausgangsanschluss gekoppelt ist und ein Ausgangssignal durch den ersten und den zweite Anschluss ausgibt. Eine positive Zuleitung ist mit dem ersten Anschluss gekoppelt, und eine zweite Zuleitung ist mit dem zweiten Anschluss gekoppelt. Es gibt auch einen Spannungsdetektionskreis, der eine Ausgangsspannung an dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss während einer Schweiß- oder Schneidoperation detektiert, und einen Komparatorschaltkreis, der die detektierte Spannung mit einer Schwellenspannung vergleicht. Ein Benutzerdisplay ist enthalten, das ein Resultat des Vergleichs zwischen der detektierten Spannung und der Schwellenspannung für einen Nutzer der Stromversorgung anzeigt. Weitere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung sind in der Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen dargelegt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die oben dargelegten und/oder weitere Aspekte und Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung werden besser verstanden, indem beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen Folgendes zu sehen ist:
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1 ist eine schaubildhafte Darstellung eines Schweißsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schaubildhafte Darstellung einer Stromversorgung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine schaubildhafte Darstellung einer Benutzerschnittstelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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4A und 4B sind schaubildhafte Darstellungen von Spannungs- und Stromwellenformen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden nun beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sollen das Verstehen der Erfindung unterstützen und sind nicht dazu da, den Geltungsbereich der Erfindung in irgend einer Weise einzuschränken. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen stets gleiche Elemente.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Schweißsystems 100 der vorliegenden Erfindung. Das in dieser Figur gezeigte System 100 ist ein Schweißsystem. Jedoch sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf ein Schweißsystem beschränkt und können auch ein Schneidsystem (wie zum Beispiel ein Plasmaschneidsystem) sein. In dieser Spezifikation kann der Begriff „Schweißsystem” verwendet werden, aber nur zu dem Zweck, die Besprechung zu vereinfachen; und es versteht sich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch in Schneidsystemen verwendet werden können, die ähnlich aufgebaut sind und funktionieren wie ein Schweißsystem.
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Das Schweißsystem 100, das ein Lichtbogenschweißsystem sein kann, enthält eine Stromversorgung 101, die durch die Schweißzuleitungen 103 und 105 ein Schweißsignal an ein Werkstück W ausgibt. Das Schweißsignal hat einen Strom und eine Spannung und kann jede Art von Schweißsignal sein, das einen Wechsel des Stroms von einem Pegel zu einem anderen erfordert. Zum Beispiel kann das Signal ein Impulsschweißsignal sein, das sich während des Schweißens von einem Hintergrundpegel zu einem Spitzenpegel ändert, oder eine ihre Polarität wechselnde Wellenform, die sich mit einer bekannten Rate von einer Polarität zur anderen ändert. Der Strom der Stromversorgung 101 wird über eine Kontaktspitze 109 zu einer Elektrode 111 geleitet, um einen Lichtbogen zwischen der Elektrode 111 und dem Werkstück zu erzeugen. Wie in Schweißsystemen üblich, ist die positive Zuleitung 103 mit einer Drahtzuführvorrichtung 107 gekoppelt, die dann den Schweißstrom durch ein Schweißkabel zu der Kontaktspitze 109 weiterleitet. In einer solchen Konfiguration ist die Gesamtlänge der positiven Zuleitung 103 eine Kombination der Verbindung von der Stromversorgung 101 zu der Drahtzuführvorrichtung 107 und von der Drahtzuführvorrichtung 107 zu der Kontaktspitze 101. Natürlich kann die Zuleitung 103 auch direkt mit der Kontaktspitze 109 gekoppelt sein. Des Weiteren beziehen sich die vorliegende Besprechung und die Figuren zwar allgemein auf einen Gas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Prozess und zeigen einen solchen, aber diese Darstellung und Besprechung sollen lediglich beispielhaft sein. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in Schweißsystemen implementiert werden, die verschiedene Arten von Schweißoperationen ausführen, wie zum Beispiel FCAW, SAW, TIG usw., und können in Plasmaschneidsystemen verwendet werden.
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In 1 sind die Schweißzuleitungen 103 und 105 so gezeigt, dass sie recht lang sind, da das Werkstück W in einer großen Entfernung zur Stromversorgung positioniert werden kann. Zum Beispiel können die Zuleitungen 103/105 in einigen industriellen Anwendungen eine Länge von mindestens 100 feet haben. Solche großen Längen können in erheblichem Maße die Induktivität eines Schweißstromkreises erhöhen.
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Die Stromversorgung 101 hat, wie alle Schweiß- (und Schneid-)Stromversorgungen, eine Strom- und Spannungsabgabe-Obergrenze, die von ihrem inhärenten Design abhängt. Diese Begrenzung kann Teil des Hardwaredesigns der Stromquelle sein oder kann Teil eines Schutzschaltkreises im Steuerungssystem der Stromquelle sein. Natürlich variiert diese Grenze in Abhängigkeit von der Art, dem Design und der Größe der Stromversorgung, aber jede Stromversorgung hat Abgabegrenzen. Wenn die Leistung, die durch den Schweiß- oder Schneidprozess abverlangt wird, über die Grenzen der Stromquelle 101 hinaus geschoben wird, so wird die tatsächliche Schweiß-/Schneidausgangsleistung begrenzt, und die Schweiß-/Schneideigenschaften verschlechtern sich.
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Viele moderne Schweißprozesse sind durch zwei oder mehr Strompegel mit definierten Anstiegsraten definiert, um einen Übergang zwischen den Strompegeln zu bewerkstelligen. Zum Beispiel gibt es beim Impulsschweißen einen definierten hohen Spitzenstrompegel und einen definierten niedrigeren Hintergrundpegel zusammen mit einer Anstiegsrate und einer Abstiegsrate, wodurch definiert wird, wie schnell sich der Strom zwischen diesen Pegeln ändert. Als ein zweites Beispiel gibt es in einem System mit variabler Polarität einen positiven Strompegel und einen negativen Strompegel zusammen mit einer definierten Anstiegsrate, um einen Übergang zwischen den zwei Polaritäten zu bewerkstelligen.
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In vielen Anwendungen muss die Stromquelle, aus einer Reihe von Gründen, in einem Abstand vom tatsächlichen Arbeitspunkt angeordnet sein. Lange Elektrodenkabel 103/105 werden verwendet, um Strom von der Stromquelle zu dem Werkstück W und der Drahtzuführvorrichtung 107 zu übertragen. Wenn diese Elektrodenzuleitungen 103/105 länger werden, so können sie die Induktivität des Gesamtschweißstromkreises erhöhen. Diese erhöhte Induktivität kann eine Spitze in der Ausgangsspannung verursachen, denn der Strom steigt an, und diese Spannungsspitze tritt oft ein, kurz bevor sich der Strom auf dem gewünschten Spitzenstromausgang einpegelt. Diese Spannungsspitze kann als reflektierte Spannung bezeichnet werden, da sie im Wesentlichen ein Produkt der Änderung des Stroms ist, der aufgrund der Schaltkreisinduktivität zu der Stromversorgung 101 zurück reflektiert wird. Somit ist die reflektierte Spannung im Wesentlichen die Spannung, die an den Ausgangspolen der Maschine während des Schweißens anliegt, was ein Ergebnis der Induktivität des Schweißsystems ist. Mit der erhöhten Induktivität aufgrund langer Schweißzuleitungen kann diese reflektierte Spannung dazu führen, dass die Ausgangsspannung die gewünschte oder technisch vorgesehene Ausgangsspannungsschwelle der Stromversorgung 101 erreicht oder übersteigt. Diese reflektierte Spannung oder Spannungsspitze versteht man besser, wenn man bedenkt, dass die Spannung = (L × (di/dt) + I × R(Kabel + Lichtbogen), wobei L die Induktivität der Schweißkabel ist, di/dt die Stromanstiegsrate (A/ms) ist, R der kombinierte Widerstand des Lichtbogens und der Schweißkabel ist und I der Strom ist. Schnelle Anstiegsraten (großes di/dt), die Schweißstromkreisen mit langen Schweißkabeln (großes L) aufgedrückt werden, erzeugen hohe Spannungsspitzen. Dies macht sich besonders bemerkbar, wenn hohe Spitzenströme (großes I) erforderlich sind. Der sich addierende Effekt von hoher Induktivität und hohem Strom verstärkt die beobachtete Spannung. In der obigen Gleichung werden die Rate der Änderung des Stroms (di/dt) und die Rate der Änderung des Stroms (I) beide durch die verwendete Schweißkennlinie oder den verwendeten Schweißmodus definiert. Verschiedene Schweißmodi definieren verschiedene Anstiegsraten und verschiedene Strompegel. Die Induktivität (L) und der Widerstand (R) sind Teil des verwendeten Schweißstromkreises. In Abhängigkeit von dem verwendeten Schweißmodus (der die Anstiegsrate und den Strompegel definiert) können die Induktivität und der Widerstand in dem Schweißstromkreis unter Umständen die Ausgangsspannung über die Sollgrenzen der Stromquelle hinaus anheben.
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Einige wenige moderne Stromversorgungen sind in der Lage, einen Diagnosetest durchzuführen, um die inhärente Induktivität und den inhärenten Widerstand des Schweißsystems zu bestimmen. Jedoch sind diese Tests statische Tests und nicht dafür gedacht, die Induktivität eines Schweißstromkreises in Echtzeit während des Schweißens (oder Schneidens) zu überwachen, um es einem Nutzer zu ermöglichen zu überwachen, wie sich die Systeminduktivität auf das Leistungsverhalten des Systems auswirkt. In Abhängigkeit von dem verwendeten aktiven Schweißmodus und den erforderlichen tatsächlichen Anstiegsraten und Strompegeln geben statische Tests nur wenig Auskunft über die tatsächlichen Betriebsbedingungen, die bewältigt werden. Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine solche Überwachung und Rückmeldung bezüglich der Induktivität bereit.
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Wie in 2 gezeigt, hat die Stromversorgung 101 einen Echtzeit-Spannungsüberwachungsschaltkreis 117, der die Ausgangsspannung der Stromversorgung 101 an seinen positiven und negativen Anschlüssen 113/115 überwacht. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist dieser Überwachungsschaltkreis 117 nicht der gleiche Schaltkreis, der ansonsten dafür verwendet wird, die Lichtbogenspannung des Schweiß- oder Schneidprozesses zu überwachen. Alternativ kann ein existierender Spannungsüberwachungsschaltkreis in der Stromversorgung verwendet werden; jedoch muss der Schaltkreis einer sein, der die Induktivität des gesamten Schweiß-/Schneidschaltkreises überwacht. Auf diese Weise berücksichtigt die detektierte Spannung den Einfluss der Schweißkabel.
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In einigen beispielhaften Ausführungsformen überwacht der Spannungsüberwachungsschaltkreis 117 die Ausgangsspannung die ganze Zeit, während der Schaltkreis 117 in anderen Ausführungsformen nur die Spannung während des Übergangs des Stroms von einem Hintergrundpegel zu einem Spitzenpegel überwacht, zum Beispiel während des Beginns eines Schweißimpulses. In anderen beispielhaften Ausführungsformen überwacht der Spannungsüberwachungsstromkreis 117 nur die Spannung, wenn die Stromanstiegsrate (di/dt) einen Schwellenwert übersteigt. Wenn zum Beispiel bei einer bestimmten Stromversorgung 101 die Stromanstiegsrate unterhalb eines Schwellenwertes liegt, so ist die Induktivität des Schweißstromkreises nicht so kritisch und braucht darum nicht überwacht zu werden. Dagegen ist, wenn die Anstiegsrate oberhalb der Schwelle liegt, eine Überwachung der Induktivität wichtiger. In einigen beispielhaften Ausführungsformen ist die Anstiegsratenschwelle vorgegeben und eine Funktion der Konstruktion der Stromversorgung, während in anderen Ausführungsformen die Anstiegsratenschwelle eine Funktion des ausgeführten Schweißvorgangs ist, und dieser kann in Abhängigkeit von der ausgeführten Schweißung variieren.
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Die Stromversorgung 101 enthält einen Reglerschaltkreis 123, der allgemein die Operation der Stromversorgung 101 steuert, einschließlich der Ausgangsleistungskomponenten 121, welche die Ausgangsleistung bereitstellen. Die Ausgangsleistungskomponenten 121 können jede bekannte Konstruktion haben und können von der Art einer Transformator- oder Wechselrichterstromversorgung sein. Die vorliegende Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Der Regler 123 kann einen Speicher haben, der die zuvor festgelegte Anstiegsratenschwelle für die Stromversorgung 101 enthält, oder kann eine Nachschlagetabelle oder ein ähnliches Mittel haben, um eine Anstiegsratenschwelle anhand einer Benutzereingabe für einen Schweißvorgang zu bestimmen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt die Anstiegsratenschwelle bei oder oberhalb 400 A/ms. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform liegt die Anstiegsratenschwelle bei oder oberhalb 250 A/ms. Natürlich wird in anderen Ausführungsformen die Anstiegsratenschwelle nicht verwendet, und das System überwacht unablässig die Systeminduktivität, um die benötigte Rückmeldung bereitzustellen.
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Es versteht sich des Weiteren, dass die obige Besprechung der Anstiegsrate nicht auf eine positive Anstiegsrate beschränkt ist, wobei der Strom von einer niedrigen positiven Polarität aus zunimmt und auf einen höheren positiven Strom ansteigt, sondern auch Anstiegsraten enthalten soll, wo Strom von einem Spitzenstrom zu einem anderen Spitzenstrom übergeht, wie bei Wechselstromschweißwellenformen und Wellenformen mit variabler Polarität, und enthält auch negative Steigungen. Das heißt, die oben besprochenen Anstiegsratenwerte sind absolute Werte der Anstiegsrate.
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Der Regler 123 enthält auch die Ausgangsspannungsschwelle für die Stromversorgung 101. Diese Schwelle ist in der Regel zuvor festgelegt und ist eine Funktion der Konstruktion der Stromversorgung 101. Somit ist in beispielhaften Ausführungsformen diese Ausgangsspannungsschwelle ein durch den Hersteller der Stromversorgung vorprogrammierter Wert. Die Schwellenspannung kann anhand vieler verschiedener Parameter bestimmt werden, aber ist im Wesentlichen ein Spannungspegel, der während des Betriebes am besten nicht überschritten wird, da dies die Leistung oder Funktion der Stromversorgung beeinträchtigen kann. Während des Betriebes vergleicht der Regler 123 (oder ein ähnlicher Schaltkreis) die aus dem Schaltkreis 117 detektierte Spannung und informiert auf der Basis dieses Vergleichs einen Nutzer (durch eine Benutzerschnittstelle 125) über die Systeminduktivität, so dass der Nutzer eine Entscheidung bezüglich des Schweißvorgangs treffen kann. Dies wird unten noch ausführlicher besprochen. Wie oben dargelegt, kann dieser Spannungsvergleich während des gesamten Schweißvorgangs ausgeführt werden oder braucht nur während diskreter Abschnitte des Schweißprozesses stattzufinden, zum Beispiel entweder, wenn die Stromanstiegsrate eine Schwelle übersteigt, oder wenn der Strom von einem Hintergrundpegel auf einen Spitzenpegel ansteigt, oder wenn sich die Polarität in einem System mit variabler Polarität ändert. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden die Spannungsvergleichsdaten in einer Speichervorrichtung in dem Regler 123 aufgezeichnet, dergestalt, dass ein Nutzer die Induktivitätsdaten zu irgend einer Zeit nach dem Schweißvorgang begutachten kann. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Abtast-/Detektionsrate der Spannung mindestens 10 kHz. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt die Detektions-/Abtastrate im Bereich von 100 bis 200 kHz.
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In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Spannungsvergleich durch einen Komparatorschaltkreis außerhalb des Reglers 123 erfolgen, wo das Vergleichsergebnis dann an den Regler 123 übermittelt wird.
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3 zeigt eine beispielhafte Benutzerschnittstelle 125 für die Stromversorgung 101. Die Benutzerschnittstelle 125 enthält in der Regel mehrere Schweißeingabebedienelemente 126, wie zum Beispiel für die Drahtzufuhrgeschwindigkeit, die Spannung, den Strom usw. Diese Bedienelemente sind typisch, und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Die beispielhafte Benutzerschnittstelle 125 hat außerdem ein Induktivitätsdisplay 127, das Informationen über die Systeminduktivität anzeigt, die es einem Nutzer erlauben würden, die Systemleistung zu überwachen und zu bestimmen, wenn eine Änderung vorgenommen werden sollte, wie zum Beispiel eine Änderung der Länge der Kabel 103/105. Das Induktivitätsdisplay 127 ist so mit dem Regler 123 gekoppelt, dass die Spannungsvergleichsdaten von dem Regler auf dem Display 127 angezeigt werden können. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hat das Display 127 mindestens einen Nutzer-Warnindikator. Wenn also die detektierte Spitzenspannung einen Nutzer-Warnpegel erreicht oder übersteigt, so wird ein Warnhinweis auf dem Displays 127 angezeigt, um dem Nutzer zu zeigen, dass die Induktivität des Schweißstromkreises bewirkt, dass sich die Stromversorgung einer Systemschwelle nähert oder diese übersteigt.
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In der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform hat das Display 127 mehrere Anzeigestufen, die an einen Nutzer relative Daten bezüglich der Leistung der Stromversorgung 101 übermitteln. Wie in 3 gezeigt, hat das Display 127 drei Anzeigestufen, und zwar: OPTIMUM 129, AKZEPTABEL 131 und GEFAHR 133. Des Weiteren ist jede der Anzeigestufen in weitere Anzeigestufen unterteilt. Natürlich soll die Darstellung in 3 lediglich beispielhaft sein, und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf diesen Anzeigemechanismus beschränkt.
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In 3 hat jede der Anzeigestufen 129, 131 und 133 einen eigenen Identifikator, der eine Farbe, ein Muster usw. sein kann. In dem Display 127 kann zum Beispiel die OPTIMUM-Stufe eine grüne Farbe verwenden, die AKZEPTABEL-Stufe kann eine gelbe Farbe verwenden, und die GEFAHR-Stufe kann eine rote Farbe verwenden. Dadurch kann ein Nutzer auf einfache Weise das Leistungsverhalten der Stromversorgung 101 bestimmen.
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Während des Schweißens vergleicht der Regler 123 die Spannung des Schaltkreises 117 mit einer Schwellenspannung und lässt anhand dieses Vergleichs die entsprechende Region in dem Display aufleuchten. Das heißt, wenn sich die Ausgangsspannung in einem ersten Prozentbereich des Schwellenwertes befindet, so leuchtet eine erste Region auf; wenn sich die detektierte Spannung in einem zweiten Prozentbereich der Schwellenspannung befindet, so leuchtet eine zweite Region auf; und wenn die Ausgangsspannung sich oberhalb des zweiten Prozentbereichs befindet, so leuchtet eine dritte Region auf. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranlasst der Regler 123, wenn die detektierte Spannung bei oder unter 75% der Schwellenspannung liegt, dass die erste Region 129 auf dem Display 127 aufleuchtet. Die Anzahl der Balken, die in der Region 129 aufleuchten, ist eine Funktion der jeweiligen Prozentdifferenz. Das heißt, wenn die detektierte Differenz nahe bei 75% liegt, dann leuchten alle drei Balken in der Region 129 auf. Wenn des Weiteren die detektierte Differenz im Bereich von 75 bis 95% der Schwelle liegt, dann leuchten mindestens einige der Balken in der Region 131 auf. Und schließlich leuchten, wenn die Spannung oberhalb 95% der Schwelle liegt, mindestens einige der Balken in der Region 133 auf. Dies ist ein eindeutiger Hinweis an den Nutzer, wie sich die Systeminduktivität auf den Schweißvorgang auswirkt.
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In anderen beispielhaften Ausführungsformen ist es nicht notwendig, einen Prozentvergleich zu verwenden, aber es können andere Vergleichsmittel verwendet werden. Anstatt beispielsweise einen einzigen Schwellenwert in dem Regler 123 zu speichern, kann der Regler 123 einfach eine Anzahl von Schwellenspannungswerten haben oder bestimmen. Die Funktionsweise würde ähnlich wie die sein, die oben beschrieben wurde, außer dass kein Prozentsatz des Schwellenwertes zum Bestimmen der richtigen Anzeige auf dem Display 127 verwendet wird, sondern der Regler die detektierte Spannung mit den bestimmten oder programmierten Spannungspegeln vergleicht und die entsprechende Anzeige vornimmt. Zum Beispiel lässt der Regler die Region 129 aufleuchten, wenn die Spannung geringer als 45 Volt ist, lässt die Region 131 aufleuchten, wenn der Ausgang im Bereich von 45 bis 55 Volt liegt, und lässt die Region 133 aufleuchten, wenn die Spannung über 55 Volt liegt. Es wird in Betracht gezogen, dass diese Spannungsbereiche auf der Leistungsfähigkeit der Stromquelle basieren. Der Grund dafür ist, dass eine andere Stromquelle, die die gleiche Wellenform ausgibt, aber eine andere Leistungsfähigkeit in Verbindung mit dem Betriebsbereich besitzt, möglicherweise keine Leistungsprobleme hat. Zum Beispiel kann – im Vergleich zu dem obigen Beispiel – eine andere Stromquelle Spannungspegel von bis zu 53 Volt, innerhalb des Bereichs von 53 bis 62 Volt und oberhalb 62 Volt für die verschiedenen Schwellen haben. Es können noch weitere Alternativen verwendet werden, ohne vom Geltungsbereich oder Geist der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.
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In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Benutzerschnittstelle 127 einen Induktivitätsüberwachungsschalter 128 haben. Dieser Schalter erlaubt es dem Nutzer, die Überwachungsfunktion ein- oder auszuschalten. Wenn zum Beispiel die Kabel 103/105 kurz sind, so interessiert den Nutzer die Induktivitätsüberwachung möglicherweise nicht und kann die Funktion deaktivieren. Wenn der Nutzer Kabel 103/105 verwendet, die länger als normal sind, dann kann der Nutzer gleichermaßen die Überwachung einschalten, um zu bestimmen, ob der Schweißvorgang innerhalb der normalen Betriebsgrenzen stattfindet.
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In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Regler 123 eine Notabschaltschwelle haben, wo, wenn die detektierte Spannung oberhalb einer bestimmten maximalen akzeptablen Schwelle liegt, der Regler 123 veranlasst, dass die Stromkomponenten 121 sich abschalten und kein Ausgangssignal mehr erzeugen.
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In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Displayvorrichtung 127 zusätzlich oder alternativ an einer Drahtzuführvorrichtung 107 oder an einer Schweißzange, welche die Kontaktspitze 109 hält (nicht gezeigt), bereitgestellt werden. Weil sich der Nutzer während Schweißoperationen wahrscheinlich an einer entfernten Position befindet, ermöglicht ein Display 127 an der Schweißzange oder der Drahtzuführvorrichtung 107 es dem Nutzer, die Induktivität zu überwachen, während er sich in einer Entfernung zu der Stromversorgung befindet. Alternativ kann ein ähnliches Display 127 an einem Schweißgehänge 135 angeordnet sein (siehe 1). Die Verwendung von Schweißgehängen 135 ist in der Schweißindustrie bekannt und gestattet den räumlich abgesetzten Betrieb von Schweißstromversorgungen und/oder Drahtzuführvorrichtungen. Somit kann ein Gehänge 135 das Display 127 aufweisen, um es dem Nutzer zu ermöglichen, die Induktivität zu überwachen, während er in einer Entfernung von der Stromversorgung schweißt. Das Gehänge 135 kann mit der Stromversorgung entweder über eine verdrahtete oder eine drahtlose Verbindung gekoppelt sein.
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Darum überwachen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Spitzenspannung, die während des Schweißens erreicht wird, um zu bestimmen, ob die Spitzenspannungen bei oder nahe einem Kapazitätspegel der Stromversorgung 101 liegen. Diese Informationen werden dann über ein Display 127 oder ein ähnliches Mittel an den Nutzer übermittelt, um es dem Nutzer zu ermöglichen, das Schweißsystem zu konfigurieren (zum Beispiel die Schweißkabel zu kürzen), um eine akzeptable Leistung der Stromversorgung sicherzustellen.
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Die 4A und 4B zeigen die Spannung und den Strom einer repräsentativen Gleichstromschweißimpulswellenform in einem Schweißstromkreis mit hoher Induktivität bzw. mit geringer Induktivität. In 4A verwendet das System lange Schweißkabel 103/105. Es ist zu sehen, dass, wenn der Strom vom Hintergrundpegel zu einem Spitzenpegel ansteigt, die Spitzenspannungsreflexion beträchtlich höher ist als die durchschnittliche Spitzenspannung. Diese Spannungsspitze kann nahe den Betriebsgrenzen der Stromversorgung 101 liegen, wie oben beschrieben. Das gilt besonders dann, wenn die durchschnittliche Spitzenspannung nahe den Betriebsgrenzen der Stromversorgung 101 eingestellt wird. Jedoch ist in 4B ein ähnlicher Stromimpuls mit einer ähnlichen Anstiegsrate wie in 4A gezeigt. Weil aber die Systeminduktivität geringer ist (kürzere Kabel), ist die Spitzenspannungsreflexion erheblich geringer und liegt viel näher an der durchschnittlichen Spitzenspannung. In diesem Fall arbeitet die Stromversorgung 101 weit innerhalb ihrer Betriebsgrenzen. Es ist anzumerken, dass die in den 4A und 4B gezeigten Wellenformen Gleichstromschweißwellenformen sind, aber nur zur Veranschaulichungszwecken gezeigt sind. Wie zuvor angemerkt, können Ausführungsformen in jedem Schweißsystem verwendet werden, das mit Wellenformen schweißt, die eine Stromanstiegsrate aufweisen, die zu den im vorliegenden Text beschriebenen Induktivitätsproblemen führen können. Zum Beispiel können die Schweißwellenformen Wechselstrom, mit variabler Polarität, Impuls usw. sein. Der Durchschnittsfachmann versteht diese Wellenformen, wie auch ihre Verwendung, die bei einer Implementierung aus einer Stromversorgung ausgegeben werden.
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Obgleich die Erfindung speziell anhand beispielhafter Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Dem Durchschnittsfachmann leuchtet ein, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert sind, abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schweißsystem
- 101
- Stromversorgung
- 103
- Schweißzuleitung
- 105
- Schweißzuleitung
- 107
- Drahtzuführvorrichtung
- 109
- Kontaktspitze
- 111
- Elektrode
- 113
- negativer Anschluss
- 115
- negativer Anschluss
- 117
- Spannungsüberwachungsschaltkreis
- 121
- Ausgangsleistungskomponenten
- 123
- Reglerschaltkreis
- 125
- Benutzerschnittstelle
- 126
- Schweißeingabebedienelemente
- 127
- Induktivitätsdisplay
- 128
- Induktivitätsüberwachungsschalter
- 129
- OPTIMUM-Stufe
- 131
- AKZEPTABEL-Stufe
- 133
- GEFAHR-Stufe
- 135
- Schweißgehänge
- W
- Werkstück
