JAESCHKE, Birger (Walksteige 41, Backnang, 71522, DE)
PATENTANSPRüCHE
1. Verfahren zur Steuerung der Stromquelle einer Schweiß-, Schneid- oder Plasmabeschichtungsanlage, wobei die Stromquelle ein Messteil und ein steuerbares getaktetes Leistungsteil umfasst, und wobei man mittels des Messteiles einen Maßwert bestimmt, der ein Maß für eine zu steuernde Kenngröße des Leistungsteiles darstellt, und wobei man den Maßwert zur Steuerung des Leistungsteiles heranzieht, dadurch gekennzeichnet, dass man eine mit der zu steuernden Kenngröße des Leistungsteiles korrelierte elektrische Messgröße ausgehend von einem vorgegebenen Anfangswert über eine vorgegebene Integrationszeit, deren Dauer einer oder mehreren Taktperioden des getakteten Leistungsteiles entspricht, zumindest angenähert integriert und aus dem somit gewonnenen Integrationswert den Maßwert bestimmt, wobei man diesen Vorgang fortlaufend wiederholt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Bestimmung des Maßwertes den Integrationswert mit dem Kehrwert der Integrationszeit multipliziert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Messgröße taktsynchron über eine oder mehrere Taktperioden des getakteten Leistungsteiles zumindest angenähert integriert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Messgröße taktsynchron über eine einzige Periode des Leistungsteiles zumindest angenähert integriert.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man den Integrationswert mittels des Messteiles ermittelt, dann den ermittelten Integrationswert abfragt, in einem Zwischenspeicher abspeichert und anschließend das Messteil zur erneuten Bestimmung eines Integrationswertes auf den Anfangswert zurücksetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man nach Ablauf der Integrationszeit den ermittelten Integrationswert innerhalb von einer oder mehreren Taktperioden des getakteten Leistungsteiles vom Messteil abfragt, zwischenspeichert und das Messteil wieder auf den Anfangswert zurücksetzt und dann wieder taktsynchron einen neuen Integrationswert ermittelt.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Messteil mit mindestens zwei Messgliedern bereitstellt und dass man mit Hilfe der mindestens zwei Messglieder alternierend jeweils einen Integrationswert ermittelt, wobei man während der Zeit, in der man mittels eines ersten Messgliedes einen Integrationswert ermittelt, den zuvor mittels des zweiten Messgliedes ermittelten Integrationswert abfragt und zwischenspeichert und das zweite Messglied auf den Anfangswert zurücksetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man mit Hilfe der mindestens zwei Messglieder die Messgröße alternierend über jeweils unmittelbar aufeinander folgende Taktperioden des getakteten Leistungsteiles zumindest angenähert integriert.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Takteingang des Messteiles mit der Taktfrequenz des Leistungsteiles beaufschlagt.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man zur zumindest angenäherten Integration der Messgröße einen Kondensator verwendet, der in Reihe zu einem Ohm'schen Widerstand geschaltet ist, wobei man die am Kondensator anliegende Ladespannung periodisch abfragt, den Kondensator anschließend entlädt und dann eine erneute Integration durchführt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man zur zumindest angenäherten Integration integrierende Analog- Digital-Wandler verwendet, die man mit der Taktfrequenz des Leistungsteiles synchronisiert.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man zur zumindest angenäherten Integration einen Analog-Digital- Wandler verwendet, der einen fortlaufenden digitalen Datenstrom erzeugt, aus dem durch Addition oder durch wenigstens angenähert integrierende digitale Filterung über die Integrationszeit der Integrationswert gebildet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man zur zumindest angenäherten Integration synchronisierbare triggerbare Operationsverstärker verwendet.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man zur zumindest angenäherten Integration einen mikroelektronischen Schaltkreis verwendet.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man einen ermittelten Integrationswert mittels einer Ab- tast-Halte-Schaltung abfragt und zwischenspeichert.
16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man als zu steuernde Kenngröße die Ausgangsspannung des Leistungsteils heranzieht.
17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man als Messgröße eine interne Spannung des Leistungsteils heranzieht.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man als zu steuernde Kenngröße den Ausgangsstrom des Leistungsteils heranzieht.
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit einem Messteil (40; 80; 110), das eine Messschaltung (67; 82) umfasst mit mindestens einem triggerbaren Messglied (57, 63; 90, 91), wobei mittels des Messgliedes (57, 63; 90, 91) fortlaufend wiederholend eine Messgröße zumindest angenähert ausgehend von einem vorgebbaren Anfangswert über eine vorgebbare Integrationszeit integrierbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (67; 82) zumindest zwei triggerbare Messglieder (57, 63; 90, 91) aufweist, wobei mittels der Messglieder (57, 63; 90, 91) die Messgröße alternierend über vorgebbare Integrationszeiten zumindest angenähert integrierbar ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Messteil (40; 80) mindestens eine Abtast-Halte-Schaltung (69, 73; 83) aufweist, die der Messschaltung (67; 82) nachgeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Messteil (40; 80) mindestens einen Analog-Digital-Wandler (71; 84) umfasst, der der Abtast-Halte-Schaltung (69, 73; 83) nachgeordnet ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Messteil (40) mindestens einen Takteingang (45) aufweist, der mit einer externen Taktfrequenz beaufschlagbar ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine triggerbare Messglied einen Kondensator (57; 63) umfasst, der in Reihe zu einem Ohm'schen Widerstand (52) geschaltet ist, sowie ein Abfrageglied (69; 73), wobei die am Kondensator (57; 63) anliegende Ladespannung periodisch vom Abfrageglied (69; 73) abfragbar ist und wobei der Kondensator (57; 63) nach erfolgter Abfrage auf einen vorgegebenen Anfangswert der Ladespannung entladbar ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine triggerbare Messglied einen Analog-Digi- tal-Wandler umfasst, der mit einer externen Taktfrequenz synchronisierbar ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine triggerbare Messglied einen Analog-Digi- tal-Wandler (114) umfasst, der über steuerbare oder logische Schaltoder übertragungselemente (116) mit einem summenbildenden Akkumulationselement (118) verbunden ist, wobei mittels des Akkumulationselements (118) ein vom Analog-Digital-Wandler (114) bereitgestellter fortlaufender Datenstrom über die Integrationszeit aufsummierbar ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine triggerbare Messglied einen synchronisierbaren Operationsverstärker (90; 91) aufweist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (67; 82) als mikroelektronischer Schaltkreis ausgestaltet ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Messteil (40; 80) als mikroelektronischer Schaltkreis ausgestaltet ist.
30. Stromquelle für eine Schweiß- oder Schneidanlage oder eine Plasmabe- schichtungsanlage mit einem Steuerteil (14), einem getakteten Leistungsteil (12) und mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29. |
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Stromquelle sowie Stromquelle mit einer derartigen Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Stromquelle einer Schweiß-, Schneid- oder Plasmabeschichtungsanlage, wobei die Stromquelle ein Messteil und ein steuerbares getaktetes Leistungsteil umfasst und wobei man mittels des Messteiles einen Maßwert bestimmt, der ein Maß für eine zu steuernde Kenngröße des Leistungsteiles darstellt, und den Maßwert zur Steuerung des Leistungsteiles heranzieht.
Elektrische Schweißanlagen weisen ebenso wie elektrische Schneidanlagen und Plasmabeschichtungsanlagen eine Stromquelle auf mit einem Leistungsteil, das eine steuerbare Ausgangsspannung oder einen steuerbaren Ausgangsstrom bereitstellt oder eine kombinierte Steuerung von Ausgangsstrom und Ausgangsspannung ermöglicht. Bei Elektroschweißanlagen kann an das Leistungsteil über ein Elektrokabel eine Schweißelektrode angeschlossen wer- den zur Ausbildung eines Lichtbogens zwischen der Schweißelektrode und einem zu schweißenden Werkstück. In entsprechender Weise kann bei Plasmabeschichtungsanlagen mittels des getakteten Leistungsteiles eine steuerbare Ausgangsspannung oder ein steuerbarer Ausgangsstrom bereitgestellt werden, so dass innerhalb einer Beschichtungskammer ein Plasma zur Beschichtung eines Werkstückes erzeugt werden kann. Das getaktete Leistungsteil kann zu seiner Energieversorgung an ein Versorgungsnetz angeschlossen werden. In vielen Fällen weist das Leistungsteil einen Transformator auf sowie elektrische Wandler. Außerdem umfasst das Leistungsteil in vielen Fällen elektrische Bauteile zur Glättung von Ausgangsstrom und/oder Ausgangsspannung. Hierzu kommen beispielsweise interne Impedanzen zum Einsatz, insbesondere Spulen
und Widerstände. Das an das Leistungsteil anschließbare Elektrokabel bildet ebenso wie die Schweißelektrode und der Lichtbogen bzw. die Plasmaelektrode und die elektrische Entladung in der Beschichtungskammer externe Impedanzen und externe Ohm'sche Widerstände aus. Wünschenswert ist es, die über dem Lichtbogen bzw. der elektrischen Entladung abfallende Spannung für eine Prozesssteuerung möglichst schnell und genau zu erfassen. Diese Spannung kann aus der Ausgangsspannung des getakteten Leistungsteiles unter Berücksichtigung der externen Impedanzen und Ohm'schen Widerstände berechnet werden.
Die Ausgangsspannung, der Ausgangsstrom oder auch die abgegebene Leistung des getakteten Leistungsteiles stellen Kenngrößen des Leistungsteiles dar, die üblicherweise mittels eines Steuerteiles beispielsweise zeitabhängig oder als Reaktion auf bestimmte Prozesszustände gesteuert werden. Als Maß für die zu steuernde Kenngröße wird häufig mit Hilfe eines Messteiles ein
Maßwert bestimmt, der dann zur Steuerung des Leistungsteiles herangezogen wird. Als Maßwert kann beispielsweise ein zeitlicher Mittelwert der zu steuernden Kenngröße ermittelt werden.
Die Kenngröße unterliegt üblicherweise zeitlichen Schwankungen aufgrund von änderungen des externen, an das Leistungsteil angeschlossenen Stromkreises. Bei elektrischen Schweißanlagen kann zum Beispiel die Lichtbogenspannung prozessabhängig aufgrund von Lichtbogenlängenänderungen sowie aufgrund des Auftretens von Kurzschlüssen zwischen der Schweißelektrode und dem zu schweißenden Werkstück oder auch aufgrund des Abrisses des Lichtbogens stark fluktuieren. Diese Fluktuationen beeinflussen wiederum die Ausgangsspannung des getakteten Leistungsteiles, die sich außerdem durch periodische
änderungen aufgrund des getakteten Betriebes des Leistungsteiles auszeichnet.
Für eine wirkungsvolle Steuerung einer Kenngröße des Leistungsteils ist es wünschenswert, den Maßwert innerhalb kurzer Zeit zu bestimmen, um auch kurzzeitigen Fluktuationen der Kenngröße entgegenwirken zu können. Zur Bestimmung des Maßwertes kommen üblicherweise potentia I behaftete Wandler oder auch potentialtrennende Wandler zum Einsatz. Es ist auch bekannt, mittels des Messteiles die Kenngröße selbst zu erfassen und über Tiefpass-Ele- mente oder aktive Filter höherer Ordnung zu glätten und den so geglätteten Messwert zur Regelung der Kenngröße heranzuziehen. Außerdem sind Stromquellen bekannt, bei denen der über Tiefpass-Elemente bereits geglättete Messwert zusätzlich einer Analog-Digital-Wandlung unterzogen und dann mittels eines digitalen Signalprozessors verarbeitet wird. Diese bekannten Ver- fahren haben den Nachteil, dass sie relativ langwierig sind, so dass insbesondere kurzzeitigen Fluktuationen der zu steuernden Kenngröße des Leistungsteiles nur unzureichend entgegengewirkt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge- nannten Art derart weiterzubilden, dass innerhalb kurzer Zeit ein Maß für die zu steuernde Kenngröße bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass man eine mit der zu steuernden Kenngröße des Leistungsteiles korrelierte elektrische Messgröße ausgehend von einem vorgegebenen Anfangswert über eine vorgegebene Integrationszeit, deren Dauer einer oder mehrerer Taktperioden des getakteten Leistungsteiles ent-
spricht, zumindest angenähert integriert und aus dem somit gewonnenen Integrationswert den Maßwert bestimmt, wobei man diesen Vorgang fortlaufend wiederholt. Als elektrische Messgröße kann beispielsweise eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom herangezogen werden.
In die Erfindung fließt der Gedanke mit ein, dass eine schnelle Steuerung der Kenngröße dadurch erzielt werden kann, dass man eine mit der zu steuernden Kenngröße korrelierte Messgröße immer wieder ausgehend von einem vorgegebenen Anfangswert über eine vorgegebene Integrationszeit integriert und den so gewonnenen Integrationswert zur Bildung des Maßwertes heranzieht, der ein Maß für die zu steuernde Kenngröße darstellt und Eingang findet in die Steuerung des getakteten Leistungsteiles. Soll als Kenngröße die Ausgangsspannung des Leistungsteiles geregelt werden, so kann die Messgröße identisch sein mit der Ausgangsspannung. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Messgröße proportional ist zur Ausgangsspannung oder in einer anderen festen Korrelation zur Ausgangsspannung steht. Die Integrationszeit beträgt eine einzige oder ein Vielfaches einer einzigen Taktperiode des getakteten Leistungsteiles. Handelt es sich beispielsweise bei der zu steuernden Kenngröße um die Ausgangsspannung, so weist diese entsprechend der Takt- frequenz des getakteten Leistungsteiles periodische Schwankungen auf, deren Periodendauer der Taktperiode der Taktfrequenz entspricht. Die Integration der Messgröße wird über eine Integrationszeit durchgeführt, deren Dauer einer oder einem ganzzahligen Vielfachen einer Taktperiode entspricht. Es kann also beispielsweise vorgesehen sein, dass man genau über eine einzige Taktperiode die Messgröße integriert und aus dem somit gewonnenen Integrationswert den Maßwert bestimmt, der wiederum zur Steuerung des Leistungsteiles herangezogen wird. Dieser Integrationsvorgang wird fortlaufend wiederholt, so dass
fortlaufend ein aktueller Integrationswert bereitsteht, aus dem ein Maßwert aktuell bestimmt werden kann. Es kann dadurch eine sehr schnelle Regelung der Kenngröße erzielt werden, so dass auch kurzzeitigen Fluktuationen der Kenngröße wirkungsvoll entgegengewirkt werden kann.
Die zeitlich zum Takt des Leistungsteiles synchronisierte Integration der Messgröße hat insbesondere den Vorteil, dass die durch die Taktung des Leistungsteiles hervorgerufenen zeitlichen änderungen der Kenngröße zeitlich insofern herausgefiltert werden können, als diese zeitlichen änderungen nicht als Stör- einflüsse gewertet werden, die durch entsprechende Steuerung des Leistungsteiles kompensiert werden müssen.
Die Bestimmung des Maßwertes aus dem gewonnenen Integrationswert kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass man den Integrationswert mit dem Kehrwert der Integrationszeit multipliziert, so dass der Maßwert das zeitliche Mittel der mit der Kenngröße des Leistungsteiles korrelierten Messgröße darstellt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass man als Maßwert den Integrationswert selbst verwendet, da dieser bei konstanter Integrationszeit ein Maß für die zu steuernde Kenngröße darstellt. Bei sich ändernder Integrationszeit ist es allerdings vorteilhaft, den Integrationswert mit dem Kehrwert der jeweiligen Integrationszeit zu multiplizieren, um ein zur zu steuernden Kenngröße korreliertes Maß zu gewinnen, das für die Steuerung des Leistungsteiles herangezogen werden kann.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn man die Messgröße taktsynchron über eine oder mehrere Taktperioden des getakteten Leistungsteiles zumindest angenähert integriert. Die Integration der Messgröße erfolgt somit im Takt des Leistungsteiles. Die Integrationszeit beträgt hierbei eine oder ein ganzzahliges Vielfaches einer Taktperiode.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass man die Messgröße taktsynchron über eine einzige Taktperiode des Leistungsteiles zumindest angenähert integriert. Dies ermöglicht eine besonders schnelle Regelung der Kenngröße.
Von Vorteil ist es, wenn man den Integrationswert mittels des Messteiles ermittelt, dann den ermittelten Integrationswert abfragt, in einem Zwischenspeicher abspeichert und anschließend das Messteil zur erneuten Bestimmung eines Integrationswertes auf den Anfangswert zurücksetzt. Es wird somit perio- disch ein Integrationswert bestimmt, der zunächst in einem Zwischenspeicher abgespeichert wird und dann zur Bestimmung des Maßwertes herangezogen werden kann, der wiederum Eingang findet in die Steuerung des Leistungsteiles. Nach dem Abspeichern eines ermittelten Integrationswertes wird das Messteil wieder auf den Anfangswert zurückgesetzt, beispielsweise auf den Wert 0, so dass dann mit definiertem vorgegebenen Anfangswert eine erneute Integration über eine vorgegebene Integrationszeit durchgeführt werden kann, wobei der Integrationswert der Dauer einer oder mehreren Taktperioden des getakteten Leistungsteiles entspricht.
Von Vorteil ist es, wenn man nach Ablauf der Integrationszeit den ermittelten Integrationswert innerhalb von einer oder mehreren Taktperioden des getakteten Leistungsteiles vom Messteil abfragt, zwischenspeichert und das Messteil
wieder auf den Anfangswert zurücksetzt und dann wieder taktsynchron einen neuen Integrationswert ermittelt. Bei einer derartigen Ausführungsform erfolgen das Abfragen und Zwischenspeichern des Integrationswertes und das Zurücksetzen des Messteiles entsprechend der Taktung des Leistungsteiles. Dies hat den Vorteil, dass nach einem erfolgten Rücksetzen des Messteiles auf den Anfangswert der Integration unmittelbar mit der Integration begonnen werden kann. Dies ermöglicht eine besonders schnelle Steuerung der Kenngröße.
Vorzugsweise stellt man ein Messteil bereit mit mindestens zwei Messgliedern, mit deren Hilfe man alternierend jeweils einen Integrationswert ermittelt, wobei man während der Zeit, in der man mittels eines ersten Messgliedes einen Integrationswert ermittelt, den zuvor mittels des zweiten Messgliedes ermittelten Integrationswert abfragt und zwischenspeichert und das zweite Messglied auf den Anfangswert zurücksetzt. Dies hat den Vorteil, dass fortlaufend ein aktualisierter Integrationswert bereitsteht und gleichzeitig ein neuer Integrationswert ermittelt wird. Die jeweiligen Integrationswerte der beiden Messglieder können in einer nachgeordneten Signalverarbeitungseinheit zusammengeführt werden, beispielsweise kann ein Mittelwert der beiden Integrationswerte bestimmt werden, der dann wieder ein Maß für die zu steuernde Kenngröße darstellen kann.
Besonders günstig ist es, wenn man mit Hilfe der mindestens zwei Messglieder die Messspannung alternierend über jeweils unmittelbar aufeinander folgende Taktperioden des getakteten Leistungsteiles zumindest angenähert integriert. Dies hat den Vorteil, dass nach jeder Taktperiode ein aktueller Integrationswert bereitsteht.
Zur Synchronisation des Messteiles ist es günstig, wenn man einen Takteingang desselben mit der Taktfrequenz des Leistungsteiles beaufschlagt. Die Taktfrequenz des Leistungsteiles wird somit zur Bestimmung der Integrations-, Abfrage- und Rücksetzzeit des Messteiles herangezogen. Dies ermöglicht ins- besondere eine taktsynchrone Integration der Messgröße, eine taktsynchrone Abfrage des Integrationswertes und auch ein taktsynchrones Rücksetzen des Messteiles auf den vorbestimmten Anfangswert der Integration.
Eine zumindest angenäherte Integration der Messgröße kann beispielsweise dadurch durchgeführt werden, dass man einen Kondensator verwendet, der in Reihe zu einem Ohm'schen Widerstand geschaltet ist, wobei man die am Kondensator anliegende Ladespannung periodisch abfragt, den Kondensator anschließend entlädt und dann eine erneute Integration durchführt. Der Kondensator wird bei einer derartigen Ausgestaltung über den Ohm'schen Widerstand von einer an der Reihenschaltung aus Ohm'schen Widerstand und Kondensator anliegenden elektrischen Spannung aufgeladen. Hierbei kann durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandes und des Kondensators die am Kondensator anliegende Ladespannung deutlich geringer gewählt werden als der Amplitudenwert der an der Reihenschaltung anliegenden Spannung, so dass eine angenäherte Integration erreicht wird. Vor Beginn eines erneuten Messvorganges wird der Kondensator durch äußere Schaltmittel wieder auf den gewünschten Anfangswert der Spannung entladen. Als Anfangswert der Spannung ist vorteilhaft ein Wert nahe Null, denn dann kann der Kondensator über einen elektronischen Schalter, zum Beispiel einen MOSFET, einfach entladen werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass man zur zumindest angenäherten Integration integrierende Analog-Digital-Wandler verwendet, die man mit der Taktfrequenz des Leistungsteiles synchronisiert.
Günstig ist es, wenn man zumindest zur angenäherten Integration einen Analog-Digital-Wandler verwendet, der einen fortlaufenden digitalen Datenstrom erzeugt, aus dem man durch Addition oder durch wenigstens angenäherte integrierende digitale Filterung über die Integrationszeit den Integrationswert bildet. Mit Hilfe eines digitalen 1-Bit-A/D-Wandlers kann aus dem zu messen- den Signal ein sequentieller Datenstrom aus logischen Nullen und Einsen erzeugt werden. Dieser Datenstrom kann über steuerbare Schaltelemente mindestens einem numerisch summenbildenden Akkumulationselement zugeführt werden, das den sequentiellen Datenstrom über eine bestimmte Integrationszeit aufsummiert und damit den Integrationswert bildet. Nach Ablauf der vor- bestimmten Integrationszeit wird das Akkumulationselement mittels weiterer steuerbarer Schaltelemente auf einen Anfangswert zurückgesetzt. Der numerisch gebildete Integrationswert kann über steuerbare Schaltelemente als Ergebnis der Integration in einem Zwischenspeicher für die weitere Datenverarbeitung gespeichert werden. Vom Zwischenspeicher kann der Integrationswert beispielsweise einem Steuerteil der Stromquelle bereitgestellt werden. Die Struktur aus mindestens einem numerisch summenbildenden Akkumulationselement, das von einem Analog-Digital-Wandler mit einem sequentiellen Datenstrom gespeist wird, wird häufig auch als "Sigma-Delta-Wandler" bezeichnet, und der Analog-Digital-Wandler wird in Verbindung mit steuerbaren Schalt- oder übertragungselementen auch als "Sigma-Delta-Modulator" bezeichnet. Derartige Strukturen werden vorzugsweise in Form programmierbarer elektronischer Schaltkreise realisiert.
Alternativ kann man zur zumindest angenäherten Integration auch synchronisierbare triggerbare Operationsverstärker verwenden.
Eine zumindest angenäherte Integration der Messgröße kann auch dadurch erzielt werden, dass man diese hochfrequent abtastet, beispielsweise mit einer Tastfrequenz, die dem Tausendfachen der Taktfrequenz des Leistungsteiles entspricht, und dass man die Tastergebnisse numerisch addiert.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn man zu der zumindest angenäherten Integration einen mikroelektronischen Schaltkreis verwendet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform der Stromquelle.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen das Abfragen und Zwischenspeichern eines ermittelten Integrationswertes mit Hilfe einer Abtast-Halte-Schaltung. Derartige Schaltungen sind auch als "Sample and Hold-Schaltungen" bekannt. Mit ihrer Hilfe kann ein Integrationswert kurzzeitig in einem Zwischenspeicher abgelegt werden, so dass das Messteil nach erfolgter Integration umgehend wieder auf den gewünschten Anfangswert der Integration zurückgesetzt werden kann. Der zwischengespeicherte Integrationswert kann dann beispielsweise einem Analog-Digital-Wand- ler zugeführt werden, der mit einem Steuerteil der Stromquelle in elektrischer Verbindung steht.
Wie bereits erwähnt, kann als zu steuernde Kenngröße die Ausgangsspannung des Leistungsteiles herangezogen werden.
Als zu integrierende Messgröße, die mit der zu steuernden Ausgangsspannung korreliert ist, kann die Ausgangsspannung selbst herangezogen werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass man als Messgröße eine interne Spannung des Leistungsteiles heranzieht, wobei die interne Spannung ein Abbild der Ausgangsspannung darstellt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Leistungsteil Glättungselemente, insbesondere Induktivitäten und Ohm 1 - sche Widerstände umfasst und dass man als Messgröße die an den Glättungs- elementen anliegende Spannung heranzieht.
Als zu regelnde Kenngröße kann man auch den Ausgangsstrom des Leistungsteiles heranziehen. Kommt die Stromquelle bei einer Schweißanlage zum Einsatz, so kann man beispielsweise als Kenngröße den Schweißstrom heranziehen. Dieser weist ebenfalls zeitliche Schwankungen auf, die der Taktung des Leistungsteiles entsprechen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch hier eine sehr schnelle und sehr genaue Bestimmung eines Maßwertes, der ein Maß für den zu regelnden Schweißstrom darstellt. Hierbei kann der Schweißstrom über einen Messwiderstand geführt werden, an dem eine mit dem Schweißstrom korrelierte Spannung abfällt, die dann in der voranstehend genannten Weise integriert werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass man den Schweißstrom mit Hilfe eines Stromwandlers auf einen kleineren
Messstrom wandelt, den man dann integriert. Beispielsweise kann man mittels des Messstromes einen Kondensator aufladen, dessen Ladespannung dann den Integrationswert bildet.
Zusätzlich zu dem voranstehend erläuterten Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zu dessen Durchführung, wobei die Vorrichtung ein Messteil aufweist, das eine Messschaltung umfasst mit mindestens einem trig-
gerbaren Messglied, wobei mittels des Messgliedes fortlaufend wiederholend eine Messgröße zumindest angenähert ausgehend von einem vorgegebenen Anfangswert über eine vorgegebene Integrationszeit integrierbar ist. Mittels einer derartigen Vorrichtung kann eine Messgröße, die mit einer zu steuernden Kenngröße des Leistungsteiles einer Stromquelle korreliert ist, ausgehend von einem vorgegebenen Anfangswert über eine vorgegebene Integrationszeit, deren Dauer einer oder mehreren Taktperioden des getakteten Leistungsteiles entspricht, integriert werden, und aus dem somit gewonnenen Integrationswert kann dann in der voranstehend genannten Weise der zur Steuerung der Kenngröße gewünschte Maßwert bestimmt werden.
Die Messschaltung weist bei einer bevorzugten Ausführungsform zumindest zwei triggerbare Messglieder auf, wobei mittels der Messglieder die Messgröße alternierend über vorgebbare Integrationszeiten zumindest angenähert inte- grierbar ist. Wie bereits erläutert, kann durch die alternierende Integration der Messgröße mittels der beiden Messglieder fortlaufend ein aktueller Integrationswert bereitgestellt werden.
Zusätzlich zu einer Messschaltung weist das Messteil bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zumindest eine Abtast- Halte-Schaltung auf, die der Messschaltung nachgeordnet ist. Günstig ist es hierbei, wenn mehrere, jeweils einem Messglied nachgeschaltete Abtast-Halte- Schaltungen zum Einsatz kommen, so dass der von einem Messglied bereitgestellte Integrationswert in der zugeordneten Abtast-Halte-Schaltung zwischen- gespeichert werden kann, um ihn anschließend einem Analog-Digital-Wandler zuzuführen.
Zur Synchronisation der Messschaltung mit dem getakteten Leistungsteil ist es von Vorteil, wenn die Messschaltung mindestens einen Takteingang aufweist, der mit einer externen Taktfrequenz beaufschlagbar ist.
Bei einer konstruktiv besonders einfachen und störungsunanfälligen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das mindestens eine triggerbare Messglied einen Kondensator, der in Reihe zu einem Ohm'schen Widerstand geschaltet ist, sowie ein Abfrageglied, wobei die am Kondensator anliegende Ladespannung periodisch vom Abfrageglied abfragbar ist und wo- bei der Kondensator nach erfolgter Abfrage auf einen vorgegebenen Anfangswert entladbar ist. Wie bereits erläutert, ermöglicht dies eine angenäherte Integration einer Messgröße in Form einer elektrischen Spannung, da diese dem Kondensator über den Ohm'schen Widerstand einen Ladestrom zur Verfügung stellt, so dass der Kondensator auf eine Ladespannung aufgeladen wird, die vom Abfrageglied abgefragt werden kann. Die Ladespannung kann durch entsprechende Dimensionierung des Ohm'schen Widerstandes und des Kondensators erheblich kleiner gehalten werden als der Amplitudenwert der an der Reihenschaltung aus Ohm'schen Widerstand und Kondensator anliegenden elektrischen Spannung, so dass eine angenäherte Integration erreicht werden kann. Vor Beginn einer erneuten Integration wird der Kondensator durch äußere Schaltmittel wieder auf den Anfangswert der Ladespannung entladen. Vorteilhaft ist hier als Anfangswert der Spannung ein Wert nahe Null, denn dann kann der Kondensator über einen elektronischen Schalter, zum Beispiel einen MOSFET, einfach entladen werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das mindestens eine triggerbare Messglied der Messschaltung einen Analog-Digital-Wandler, der mit einer ex-
ternen Taktfrequenz synchronisierbar ist. Dies ermöglicht eine sehr genaue Integration der Messspannung.
Wie bereits erläutert, ist es von Vorteil, wenn das mindestens eine triggerbare Messglied einen Analog-Digital-Wandler umfasst, der über steuerbare oder logische Schalt- oder übertragungselemente mit einem summenbildenden Akkumulationselement verbunden ist, wobei mittels des Akkumulationselements ein vom Anlag-Digital-Wandler bereitgestellter fortlaufender Datenstrom über die Integrationszeit aufsummierbar ist. Das Akkumulationselement kann nach Ablauf der Integrationszeit über logische oder steuerbare Schalt- oder übertragungselemente auf einen Anfangswert zurückgesetzt werden, und der nach Ablauf einer Integrationszeit vom Akkumulationselement bereitgestellte Akkumulationswert kann vorzugsweise einem Zwischenspeicher bereitgestellt werden, dessen Ausgang mit einem Steuerteil verbindbar ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das mindestens eine triggerbare Messglied einen synchronisierbaren Operationsverstärker aufweist.
Die Messschaltung ist bevorzugt als mikroelektronischer Schaltkreis ausge- staltet. Von besonderem Vorteil ist es, wenn das gesamte Messteil als mikroelektronischer Schaltkreis ausgestaltet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt insbesondere bei Stromquellen für Schweißanlagen, Schneidanlagen oder Plasmabeschichtungsanlagen zum Ein- satz. Die Erfindung betrifft deshalb auch eine Stromquelle für eine Schweißoder Schneidanlage oder eine Plasmabeschichtungsanlage, mit einem Steuerteil, einem getakteten Leistungsteil sowie mit einer Vorrichtung der voranste-
hend genannten Art. Die Vorrichtung kann zwischen eine Ausgangsleitung des Leistungsteils und eine Masseleitung geschaltet und mit einem Steuereingang des Steuerteiles verbunden sein, so dass ein von der Vorrichtung ermittelter Maßwert über den Steuereingang dem Steuerteil eingegeben werden kann zur Steuerung des getakteten Leistungsteiles. Ein Takteingang der Vorrichtung kann mit einem Taktausgang des Regelungsteiles verbunden sein, so dass die Vorrichtung mit der Taktfrequenz eines Taktgenerators des Steuerteiles beaufschlagbar ist.
Das getaktete Leistungsteil kann Schaltelemente aufweisen, die einen gesteuerten Wechsel der Polarität der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstromes des Leistungsteils ermöglichen. In diesem Fall kann die Messschaltung Messglieder aufweisen für die getrennte, zumindest angenäherte Integration positiver und negativer Strom- oder Spannungswerte. Alternativ kann vorge- sehen sein, dass der Messwerterfassung Wandler vorgeschaltet sind, die den zu erfassenden Strom- oder Spannungswert stets in die von mindestens einem Messglied erfassbare Polarität umwandeln.
Von Vorteil ist es, wenn mittels der Messschaltung positive und negative Messgrößen integrierbar sind.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen :
Figur 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stromquelle für eine Schweißanlage;
Figur 2: eine erste Ausführungsform eines Messteiles der Stromquelle aus Figur 1;
Figuren
3A bis 3G: Spannungsverläufe und Schaltzustände zur Erläuterung des Messteiles aus Figur 2;
Figur 4: eine zweite Ausführungsform eines Messteiles der Stromquelle aus Figur 1 und
Figur 5: eine dritte Ausführungsform eines Messteiles der Stromquelle aus Figur 1.
In Figur 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Schweißstromquelle 10 dargestellt mit einem getakteten Leistungsteil 12, das von einem Steuerteil 14 steuerbar ist. Das Steuerrteil 14 weist einen Taktgenerator 15 auf zur Erzeugung einer Taktfrequenz, die dem getakteten Leistungsteil 12 bereitgestellt wird.
An das Steuerteil 14 ist ein Bedienteil 17 angeschlossen. Das Bedienteil weist mehrere an sich bekannte und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellte Bedienelemente auf, über die die Schweißstromquelle 10 vom Benutzer bedient werden kann.
Das getaktete Leistungsteil 12 ist über eine Ausgangsleitung 19 an einen Spannungsausgang 20 der Schweißstromquelle 10 angeschlossen, und über
eine Masseleitung 22 ist das getaktete Leistungsteil 12 mit einem Masseausgang 23 des Leistungsteiles 12 verbunden.
Die Schweißstromquelle 10 kommt bei Elektroschweißanlagen zum Einsatz. Hierzu kann an den Spannungsausgang 20 ein Elektrokabel 25 angeschlossen werden, das an seinem freien Ende einen Schweißbrenner 26 trägt. Ein Massekabel 28 kann einerseits an den Masseausgang 23 der Schweißstromquelle 10 und andererseits an ein zu schweißendes Werkstück 29 angeschlossen werden. Zur Energieversorgung kann die Schweißstromquelle 10 über ein an sich bekanntes und deshalb in der Zeichnung nicht dargestelltes Versorgungskabel an ein in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestelltes Energieversorgungsnetz, insbesondere ein öffentliches Versorgungsnetz, beispielsweise ein 230 V oder 400 V Wechselspannungsnetz angeschlossen werden.
Durch Beaufschlagen des Schweißbrenners 26 mit einer Schweißspannung kann zwischen dem Schweißbrenner 26 und dem Werkstück 29 ein Lichtbogen 31 erzeugt werden zum Schweißen des Werkstückes 31.
Das Elektrokabel 25 bildet in Kombination mit dem Schweißbrenner 26, dem Lichtbogen 31, dem Werkstück 29 und der Masseleitung 28 einen äußeren
Schweißstromkreis, dessen Impedanzen und Ohm'schen Widerstände in Figur 1 vereinfacht nach Art eines Ersatzschaltbildes durch die externe Impedanz 33 und den externen Ohm'schen Widerstand 34 veranschaulicht sind.
Das Leistungsteil 12 weist ebenfalls Impedanzen und Ohm'sche Widerstände auf, die Glättungselemente darstellen zur Glättung der vom Leistungsteil 12 bereitgestellten Ausgangsspannung. Diese internen Glättungselemente sind in
Figur 1 vereinfacht durch die interne Impedanz 36 und den internen Ohm 1 - schen Widerstand 37 veranschaulicht.
Eine Kenngröße des getakteten Leistungsteiles 12 stellt die zwischen der Aus- gangsleitung 19 und der Masseleitung 22 anliegende Ausgangsspannung dar. Die Ausgangsspannung kann vom Steuerteil 14 gesteuert werden zur Erzielung eines optimalen Schweißergebnisses. Zur Bereitstellung eines Maßes für die Ausgangsspannung weist die Schweißstromquelle 10 ein zwischen die Ausgangsleitung 19 und die Masseleitung 22 geschaltetes Messteil 40 auf, das nachstehend näher erläutert wird und in Figur 1 nur schematisch dargstellt ist. Das Messteil 40 ist über eine Steuerleitung 41 mit einem Steuereingang 42 des Steuerteils 14 verbunden, und über eine Taktleitung 44 steht ein Takteingang 45 des Messteils 40 mit einem Taktausgang 46 des Steuerteiles 14 in elektrischer Verbindung. über die Taktleitung 44 kann dem Messteil 40 die Taktfrequenz des Taktgenerators 15 bereitgestellt werden, und über die Steuerleitung 41 kann dem Steuerteil 14 zur Steuerung des Leistungsteiles 12 ein Maßwert bereitgestellt werden, der ein Maß für die zu steuernde Ausgangsspannung des Taktgenerators 15 darstellt.
Das Messteil 40 ist in Figur 2 vereinfacht dargestellt. Es umfasst zusätzlich zum Takteingang 45 einen Signaleingang 48 und einen Masseeingang 49, die über einen Ohm'schen Widerstand 52 und eine Zehnerdiode 53 miteinander verbunden sind. Parallel zur Zehnerdiode 53 ist über einen ersten elektronischen Schalter 56 ein erster Kondensator 57 geschaltet, und parallel zum ersten Kondensator 57 ist über einen zweiten elektronischen Schalter 59 ein Entladewiderstand 60 geschaltet.
Parallel zur Zehnerdiode 53 ist außerdem über einen dritten elektronischen Schalter 62 ein zweiter Kondensator 63 geschaltet, der über einen vierten elektronischen Schalter 65 ebenfalls über den Entladewiderstand 60 entladen werden kann. Der erste Kondensator 57 bildet ein erstes Messglied des Mess- teiles 40 aus und der zweite Kondensator 63 bildet ein zweites Messglied aus. In ihrer Gesamtheit bilden der Ohm'sche Widerstand 52, die Zehnerdiode 53 sowie die beiden Kondensatoren 57 und 63 mit dem gemeinsamen Entladewiderstand 60 und den vier Schaltern 56, 59, 62 und 64 eine Messschaltung 67 des Messteiles 40.
Die am ersten Kondensator 57 anliegende Spannung kann von einer ersten Abtast-Halte-Schaltung 69 abgegriffen werden, die mit einem Analog-Digital- Wandler 71 verbunden ist. Die am zweiten Kondensator 63 anliegende Spannung kann über eine zweite Abtast-Halte-Schaltung 73 abgegriffen werden, die ebenfalls mit dem Analog-Digital-Wandler 71 in Verbindung steht. Der Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 71 steht über die bereits erläuterte Steuerleitung 41 mit dem Steuereingang 42 des Regelungsteiles 14 in Verbindung, und die beiden Eingänge 48 und 49 können an die Ausgangsleitung 19 bzw. die Masseleitung 22 angeschlossen werden. Somit kann die Ausgangs- Spannung des Leistungsteils 12 an die Eingänge 48, 49 des Messteiles 4 angelegt werden.
Ist der erste Schalter 56 geschlossen und gleichzeitig der dritte Schalter 62 geöffnet, so kann ausgehend vom Signaleingang 48 über den Ohm'schen Wi- derstand 52 und den ersten Kondensator 57 ein Strom fließen, der zur Folge hat, dass sich der erste Kondensator 57 auflädt. Wird der erste Schalter 56
geöffnet und der zweite Schalter 59 geschlossen, so kann sich der erste Kondensator 57 über den Entladewiderstand 60 entladen.
In entsprechender Weise kann durch öffnen des ersten Schalters 56 und Schließen des dritten Schalters 62 der zweite Kondensator 63 aufgeladen werden, der durch öffnen des dritten Schalters 62 und Schließen des vierten Schalters 65 über den Entladewiderstand 60 entladen werden kann.
Der Ohm'sche Widerstand 52 und die beiden Kondensatoren 57 und 63 sind derart dimensioniert, dass die an den Kondensatoren 57 und 63 anliegende Ladespannung deutlich kleiner bleibt als der Amplitudenwert der an den Eingängen 58 und 59 anliegenden Messgröße, die mit der Ausgangsspannung des Leistungsteiles 12 identisch ist.
Mittels der Messschaltung 57 kann taktsynchron zur Ausgangsspannung des getakteten Leistungsteiles 12 eine angenäherte Integration der Messgröße vorgenommen werden. Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 3A bis 3G näher erläutert. Figur 3A zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des getakteten Leistungsteiles 12. Diese Aus- gangsspannung stellt im dargestellten Ausführungsbeispiel die zu steuernde Kenngröße der Schweißstromquelle 10 dar. Der Takt des Leistungsteiles 12 zeigt sich in der Ausgangsspannung in periodischen Schwankungen, die in Figur 3A in regelmäßigen Zeitabständen, nämlich mit der Taktperiode P veranschaulicht sind.
Die Schaltstellung des ersten elektronischen Schalters 56 ist in Figur 3B schematisch dargestellt, wobei der erste Schalter 56 in dieser Figur mit Sl be-
zeichnet ist. Er wechselt in aufeinander folgenden Perioden jeweils seine Schaltstellung. Während der ersten Taktperiode Pl ist der erste elektronische Schalter 56 geschlossen, während der unmittelbar darauf folgenden zweiten Taktperiode P2 ist er geöffnet, um dann in der dritten Taktperiode wieder sei- nen geschlossenen Schaltzustand einzunehmen. In der vierten Taktperiode P4 ist er dann wieder geöffnet. Dieser Verlauf wird fortlaufend wiederholt.
Die Schaltstellung des zweiten elektronischen Schalters 59 ist in Figur 3C schematisch dargestellt, wobei der zweite elektronische Schalter 59 in dieser Figur mit S2 bezeichnet ist. Er nimmt während der ersten Taktperiode Pl und der ersten Hälfte der zweiten Taktperiode P2 seine geöffnete Schaltstellung ein, ist dann während der zweiten Hälfte der zweiten Taktperiode P2 geschlossen, um anschließend während der dritten Taktperiode P3 und der ersten Hälfte der vierten Taktperiode P4 seine geöffnete Schaltstellung einzunehmen. Auch dieser Schaltverlauf wird fortlaufend wiederholt.
Die Schaltstellung des dritten elektronischen Schalters 62 ist in Figur 3B schematisch dargestellt, wobei dieser Schalter in Figur 3D mit S3 bezeichnet ist. Er nimmt jeweils die dem ersten elektronischen Schalter 56 entgegenge- setzte Schaltstellung ein. Während der ersten Taktperiode Pl ist der dritte elektronische Schalter 62 geöffnet, während der zweiten Taktperiode P2 ist er geschlossen, während der dritten Taktperiode ist er wieder geöffnet, und dieser Wechsel der Schaltstellung setzt sich periodisch fort.
Die Schaltstellung des vierten elektronischen Schalters 65 ist in Figur 3E schematisch dargestellt, wobei er in dieser Figur mit S4 bezeichnet ist. Er nimmt während der zweiten Hälfte der ersten Taktperiode seine geöffnete
Schaltstellung ein, und ist während der zweiten Taktperiode und der ersten Hälfte der dritten Taktperiode geschlossen. Anschließend ist er während der zweiten Hälfte der dritten Taktperiode geöffnet, um dann wieder seine geschlossene Schaltstellung einzunehmen.
Figur 3F zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der am ersten Kondensator 57 anliegenden Ladespannung. Da der erste Schalter 56 während der ersten Taktperiode Pl geschlossen und der dritte Schalter 62 geöffnet ist, lädt sich der erste Kondensator 57 während der ersten Taktperiode Pl kontinuierlich auf. Nach Ablauf der ersten Taktperiode Pl wird der erste Schalter 56 geschlossen, so dass die am ersten Kondensator 57 anliegende Ladespannung während der ersten Hälfte der zweiten Periode P2 praktisch einen konstanten Wert beibehält, bis der zweite Schalter 59 nach Ablauf der ersten Hälfte der zweiten Taktperiode Pl geschlossen wird. Durch das Schließen des zweiten Schalters 59 wird der erste Kondensator 57 während der zweiten Hälfte der zweiten Taktperiode P2 entladen. Anschließend wiederholt sich der Lade- und Entladevorgang wieder, denn während der dritten Taktperiode P3 ist der erste Schalter 56 geschlossen, der dritte Schalter 62 ist geöffnet und auch der zweite Schalter 59 nimmt seine geöffnete Schaltstellung ein. Der erste Kon- densator 57 kann sich also wieder aufladen, behält dann während der ersten Hälfte der vierten Taktperiode P4 seine Ladespannung, um anschließend durch öffnen des zweiten Schalters 59 wieder entladen zu werden. Die am ersten Kondensator 57 anliegende Ladespannung wird während der ersten Hälfte der zweiten Taktperiode P2 von der ersten Abtast-Halte-Schaltung 59 abgefragt und in üblicher Weise zwischengespeichert, um dann dem Analog-Digital-
Wandler 71 zugeführt zu werden. Die erste Hälfte der zweiten Taktperiode P2 bildet somit einen Datenübernahmeintervall Dl für den Integrationswert, der
durch die angenäherte Integration während der ersten Taktperiode Pl ermittelt wurde. Nach erfolgter Datenübernahme wird der erste Kondensator 57 entladen, so dass er zu Beginn der dritten Taktperiode P3 wieder seine anfängliche Ladespannung von angenähert 0 V aufweist und eine erneute Inte- gration vorgenommen werden kann.
In Figur 3G ist schematisch der zeitliche Verlauf der am zweiten Kondensator 63 anliegenden Ladespannung dargestellt. Der zeitliche Verlauf entspricht weitgehend demjenigen der Ladespannung des ersten Kondensators 57, aller- dings ist die Ladespannung des zweiten Kondensators 63 um eine Taktperiode zeitlich versetzt zum zeitlichen Verlauf der Ladespannung des ersten Kondensators 57. Während der ersten Taktperiode Pl ist nämlich der dritte elektronische Schalter 62 geöffnet und durch Schließen des vierten elektronischen Schalters 65 während der zweiten Hälfte der ersten Taktperiode Pl wird der zweite Kondensator 63 entladen. Anschließend wird der dritte Schalter 62 während der zweiten Taktperiode P2 geschlossen, wohingegen der vierte elektronische Schalter 65 seine geöffnete Schaltstellung einnimmt. Somit wird der zweite Kondensator 63 alternierend zum ersten Kondensator 57 aufgeladen. Während am ersten Kondensator 57 die Datenübernahme und anschlie- ßend das Rücksetzen des ersten Kondensators 57 auf den Anfangswert seiner Ladespannung erfolgt, wird der zweite Kondensator 63 aufgeladen. Nach Ablauf der zweiten Taktperiode P2 wird der dritte Schalter 62 wieder geöffnet, so dass während der ersten Hälfte der dritten Taktperiode P3 die am zweiten Kondensator 63 anliegende Ladespannung von der zweiten Abtast-Halte- Schaltung 73 abgefragt werden kann. Die erste Hälfte der dritten Taktperiode P3 bildet somit ein Datenübernahmeintervall D2 für den zweiten Kondensator 63. Anschließend wird der zweite Kondensator 63 während der zweiten Hälfte
der dritten Taktperiode P3 entladen, indem der vierte Schalter 64 geschlossen wird. Während der zweiten Hälfte der dritten Taktperiode P3 wird somit die Ladespannung des zweiten Kondensators 63 auf den Anfangswert von annähernd 0 V zurückgesetzt. Während der vierten Taktperiode P4 wird dann der zweite Kondensator 63 durch öffnen des ersten Schalters 56 und Schließen des dritten Schalters 62 erneut aufgeladen.
Die Steuerung der elektronischen Schalter 56, 59, 62 und 65 erfolgt mittels einer Taktverarbeitungseinheit 75, die eingangsseitig über den Takteingang 45 mit der Taktfrequenz des Taktgenerators 15 beaufschlagbar ist und die aus- gangsseitig mit Steuereingängen der Schalter 56, 59, 62 und 65 verbunden ist. Die Taktverarbeitungseinheit 75 ist somit Bestandteil der Messschaltung 67. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Taktverarbeitungseinheit 75 in das Steuersteil 14 integriert ist, das dann die elektronischen Schalter 56, 59, 62 und 65 direkt synchron zur Taktfrequenz des Leistungsteiles 12 steuert.
Aus dem Voranstehenden wird deutlich, dass durch die in Reihe zum Ohm 1 - schen Widerstand 52 geschalteten Kondensatoren 57 und 63 alternierend eine angenäherte Integration der an den Eingängen 48, 49 anliegenden Messgröße vorgenommen werden kann. Der jeweilige Integrationswert wird abgefragt, zeitlich zwischengespeichert und dann an den Analog-Digital-Wandler 71 weitergegeben, der ein dem jeweiligen Integrationswert entsprechendes digitales Signal über die Steuerleitung 41 an das Steuerteil 14 leitet. Aus diesem Signal kann durch Multiplikation mit dem Kehrwert der Periodendauer ein zeitlicher Mittelwert bestimmt werden, der ein Maß darstellt für die Ausgangsspannung des Leistungsteiles 12. Der auf diese Weise gewonnene Mittelwert bedarf einer Kalibrierung. Hierzu kann an das Messteil 40 während eines Kalibrierungs-
Schrittes eine bekannte Kalibrierspannung angelegt werden, die wie dann in der voranstehend erläuterten Weise vom Messteil 40 integriert wird. Der jeweilige Integrationswert wird zur Bildung des zeitlichen Mittelwertes herangezogen. Anschließend wird die Abweichung des vom Messteil 40 bestimmten Mittelwertes zum Mittelwert der angelegten Kalibrierspannung ermittelt und ein entsprechender Korrekturwert wird im Steuerteil 14 hinterlegt. Während des laufenden Betriebes kann somit vom Steuerteil 14 eine Korrektur vorgenommen werden, so dass dem Steuerteil 14 durch den Einsatz des Messteiles 40 fortlaufend ein aktueller Istwert der Ausgangsspannung des getakteten Leistungsteiles 12 vorliegt. Dieser Istwert kann in üblicher Weise mit einem vom Benutzer mittels des Bedienteils 17 vorgegebenen Sollwert verglichen werden zur Steuerung der Ausgangsspannung des getakteten Leistungsteiles 12.
In Figur 4 ist schematisch eine zweite Ausführungsform eines Messteiles dargestellt, die alternativ zum Messteil 40 bei der Schweißstromquelle 10 zum Einsatz kommen kann. Die zweite Ausführungsform eines Messteiles ist in Figur 4 mit dem Bezugszeichen 80 belegt. Das Messteil 80 umfasst eine Messschaltung 82 sowie ein Abfrageglied in Form einer Abtast-Halte-Schaltung 83 und einen Analog-Digital-Wandler 84, der mit dem Ausgang der Abtast-Halte- Schaltung 83 verbunden ist und ausgangsseitig über die Steuerleitung 41 mit dem Steuereingang 42 des Steuerteiles 14 in Verbindung steht. Außerdem umfasst die Messschaltung 82 eine Taktverarbeitungseinheit 85.
Die Messschaltung 82 weist einen Signaleingang 86 und einen Masseeingang 87 sowie einen Ausgang 88 auf. Der erste Eingang 86 steht über einen Ohm 1 - schen Widerstand 81 und einen ersten elektronischen Wechselschalter 89 al-
ternativ mit einem ersten Messglied in Form eines ersten Operationsverstärkers 90 oder mit einem zweiten Messglied in Form eines zweiten Operationsverstärkers 91 in elektrischer Verbindung. Die Ausgänge der beiden Operationsverstärker 90, 91 sind über einen zweiten elektronischen Wechselschalter 93 mit dem Ausgang 88 der Messschaltung 82 verbunden. Die beiden Operationsverstärker 90, 91 weisen jeweils zwei Verstärkereingänge auf, wobei jeweils ein Verstärkereingang mit dem ersten Wechselschalter 89 und der zweite Verstärkereingang mit Masse verbunden ist. Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers 90 ist über einen ersten Kondensator 95 mit dem ersten Verstärkereingang verbunden und in entsprechender Weise steht der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 91 über einen zweiten Kondensator 96 mit dem ersten Verstärkereingang des zweiten Operationsverstärkers 91 in elektrischer Verbindung. Der erste Kondensator 95 kann von einem ersten elektronischen Schalter 98 überbrückt werden und der zweite Kondensator 96 kann von einem zweiten elektronischen Schalter 99 überbrückt werden.
An die Eingänge 86, 87 kann eine Messgröße angelegt werden, beispielsweise in Form der Ausgangsspannung des getakteten Leistungsteiles 12. Diese Messgröße kann dann alternierend in unmittelbar aufeinander folgenden Takt- perioden der Ausgangsspannung mittels der beiden Operationsverstärker 90, 91 und der Kondensatoren 95, 96 durch entsprechendes öffnen und Schließen der Schalter 98, 99 und Wechseln der Schaltstellung der Wechselschalter 89 und 93 integriert werden. Die Steuerung der Schalter 98, 99 und der Wechselschalter 88, 89 erfolgt mittels der Taktverarbeitungseinheit 85, die ein Be- standteil der Messschaltung 82 ausbildet, die aber auch in das Steuerteil 14 integriert sein könnte. Der jeweilige Integrationswert, der von den Operationsverstärkern 90, 91 bereitgestellt wird, kann von der Abtast-Halte-Schaltung 83
über den zweiten Wechselschalter 93 abgefragt und zeitlich zwischengespeichert werden, um dann dem Analog-Digital-Wandler 94 zugeführt zu werden. Ein vom Analog-Digital-Wandler 94 bereitgestelltes digitales Signal, das dem jeweiligen Integrationswert entspricht, kann dann über die Steuerleitung 41 an das Steuerteil 14 übertragen werden, wie dies voranstehend unter Bezugnahme auf Figur 2 näher erläutert wurde. Das in Figur 2 dargestellte Messsteil 40 ermöglicht hierbei nur eine angenäherte Integration, wohingegen mit dem Messteil 80 eine echte Integration der an den Eingängen 86, 87 anliegenden Messspannung durchgeführt werden kann.
Auch das Messteil 80 ermöglicht somit eine schnelle Steuerung der Ausgangsspannung des getakteten Leistungsteiles 12, da durch taktsynchrone Integration und jeweilige Rücksetzung des Integrationswertes auf einen Anfangswert ein aktuelles Maß für die zu steuernde Ausgangsspannung des Leistungsteiles 12 bereitgestellt wird. Vor Einsatz des Messteiles 80 kann dies ebenso wie dies am Beispiel des Messteiles 40 erläutert wurde, kalibriert werden.
Eine dritte Ausführungsform eines Messteiles ist in Figur 5 schematisch dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 110 belegt. Das Messteil 110 umfasst einen Signaleingang 111 und einen Masseeingang 112. An den Signaleingang 111 schließt sich ein 1-Bit-Analog-Digital-Wandler 114 an, der über ein steuerbares Schaltelement 116 mit einem numerisch summenbildenden Akkumulationselement 118 verbunden ist. Letzteres ist über ein steuerbares Schaltelement 120 von einer Taktverarbeitungseinheit 122 steuerbar, die mit einem Takteingang 124 des Messteils 110 verbunden ist.
Der Ausgang des Akkumulationselements 118 ist über ein weiteres steuerbares Schaltelement 126 mit einem Zwischenspeicher 128 verbunden, dessen Ausgang mit dem Signalausgang 130 des Messteils 110 in elektrischer Verbindung steht. Der Signalausgang 130 kann über die bereits erläuterte Steuer- leitung 41 an den Steuereingang 42 des Steuerteiles 14 angeschlossen werden.
Im Betrieb wird an den Signaleingang 111 das zu integrierende Messsignal angelegt. Der digitale 1-Bit-Analog-Digital-Wandler 114 erzeugt aus dem Messsignal einen sequentiellen Datenstrom aus logischen Nullen und Einsen. Dieser Datenstrom wird über das steuerbare Schaltelement 116 dem numerisch summenbildenden Akkumulationselement 118 zugeführt, das vom steuerbaren Schaltelement 120 auf einen vorgegebenen Anfangswert zurückgesetzt werden kann und das den sequentiellen Datenstrom über eine vorbe- stimmte Integrationszeit numerisch aufsummiert und somit den Integrationswert bildet. Dieser Integrationswert wird über das steuerbare Schaltelement 126 dem Zwischenspeicher 128 zugeführt, von dem aus der Integrationswert über die Steuerleitung 41 dem Steuerteil 14 bereitgestellt wird. Die Steuerung des Messteiles 110 erfolgt über die Taktverarbeitungseinheit 122, die über den Takteingang 124 und die Signalleitung 44 mit dem Taktausgang 46 des Steuerteiles 14 in Verbindung steht.
Eine angenäherte Integration kann beim Messteil 110 vereinfacht auch dadurch erzielt werden, dass die steuerbaren Schaltelemente 116, 120 und 126 in Verbindung mit dem Zwischenspeicher 128 eine digitale Filterung durchführen. Diese Filterung ermöglicht eine angenäherte Integration.
Die Struktur aus dem numerisch summenbildenden Akkumulationselement 118, dem ein sequentieller Datenstrom vom 1-Bit-Analog-Digital-Wandler 114 bereitgestellt wird, wird in der Fachliteratur allgemein als "Sigma-Delta-Wand- ler" bezeichnet, und der 1-Bit-Analog-Digital-Wandler 114 wird in Verbindung mit dem steuerbaren Schaltelement 116 allgemein auch als "Sigma-Delta-Mo- dulator" bezeichnet. Vorzugsweise werden diese Strukturen in Form programmierbarer elektronischer Schaltkreise realisiert.
Als zumindest angenähert zu integrierende Messgröße kann für die Messteile 40, 80 und 110 nicht nur die Ausgangsspannung des getakteten Leistungsteiles 12 herangezogen werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass als Messgröße für die Messteile 40, 80 und 110 eine interne Spannung des getakteten Leistungsteiles 12 verwendet wird, insbesondere die Spannung, die vom Leistungsteil 12 vor dessen internen Glättungselementen, also vor der internen Impedanz 36 und dem internen Ohm'schen Widerstand 38 bereitgestellt wird. Eine derartige Schaltungsmöglichkeit ist in Figur 1 strichpunktiert dargestellt.
Als zu steuernde Kenngröße der Schweißstromquelle 10 kann auch deren Ausgangsstrom verwendet werden. Hierzu kann in die Ausgangsleitung 19 ein Messwiderstand geschaltet werden und der an diesem Messwiderstand auftretende Spannungsabfall kann als Messgröße für das Messteil 40, 80 oder 110 herangezogen werden. Diese Messgröße kann in gleicher Weise wie die Ausgangsspannung des Leistungsteiles 12 zumindest angenähert integriert werden mittels der Messteile 40, 80 oder 110, so dass ebenfalls ein Maßwert be- reitgestellt werden kann, der ein Maß für die zu steuernde Kenngröße, in diesem Falle ein Maß für den zu steuernden Ausgangsstrom des getakteten Leis-
tungsteiles 12, darstellt. Ein derartiger Einsatz der Messteile 40, 80 bzw. 110 ist in Figur 1 gestrichelt dargestellt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass man den Schweißstrom mittels eines Stromwandlers auf einen Messstrom mit kleinerer Amplitude wandelt und den Messstrom integriert, beispielsweise derart, dass man einen Kondensator auflädt, dessen Ladespannung dann den Integrationswert bildet, der wiederum ein Maßwert für den zu steuernden Schweißstrom darstellt.
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