DE3625394A1

DE3625394A1 - Device and process for metal pulse arc welding

Info

Publication number: DE3625394A1
Application number: DE19863625394
Authority: DE
Inventors: Hans-Guenter Dipl Ing Strumpf
Original assignee: UTP Schweissmaterial GmbH and Co KG
Current assignee: Strumpf Hans-Guenter Dipl-Ing 79276 Reute De
Priority date: 1986-07-26
Filing date: 1986-07-26
Publication date: 1988-02-04
Also published as: DE3625394C2

Abstract

A device for metal pulse arc welding contains a power supply unit by means of which current can be supplied to a melting electrode. In fixed-cycle operation a higher pulse current or a higher pulse voltage can be generated during pulse phases and a lower base current or base voltage can be generated during base phases. With a low switching expenditure it should be possible to realise high pulse frequencies and, if necessary, short pulse phases, whereby high regulation dynamics should be provided. It is proposed that a first switching converter (8) be provided, by means of which the higher pulse current (IP) or the higher pulse voltage can be generated only during the respective pulse phase. The first switching converter (8) has a generator (28) connected in parallel with it, by means of which at least during the base phase the essentially constant base current (IG) or the base voltage can be generated, whereby the first switching converter is switched off during the base phase. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Metall- Impulslichtbogen-Schweißen mit einer Stromversorgungseinheit, mittels welcher einer abschmelzenden Elektrode Strom zuführbar ist, der zwischen einer höheren und einer niedrigeren Stromstärke bzw. Spannung umschaltbar ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Metall-Impuls lichtbogen-Schweißen, um einer abschmelzenden Elektrode im Taktbetrieb einen Strom oder eine Spannung mit höherer bzw. niedrigerer Stärke zuzuführen.The invention relates to a device for metal Pulse arc welding with a power supply unit, by means of which a melting Electrode current can be supplied between one higher and a lower current or Voltage is switchable. Furthermore, the Invention on a method for metal pulse arc welding to a consumable Electrode in cycle mode a current or a Apply voltage with higher or lower strength.

Aus der deutschen Patentanmeldung P 32 19 726 ist eine Vorrichtung zum Metall-Impulslichtbogen- Schweißen (pulsed arc) bekannt geworden, bei welcher der Strom auf die niedrigere Stromstärke umgeschaltet wird, wenn die Lichtbogenspannung eine obere Referenzspannung erreicht. Erreicht hingegen die Lichtbogenspannung eine untere Referenzspannung, so wird der Strom auf die höhere Stromstärke umgeschaltet. Die Stromversorgungseinheit und die Vorrichtung insgesamt, sind in analoger Halbleitertechnik bzw. Transistortechnik aufgebaut und gewährleisten in bisher unübertroffener Weise die Sicherstellung einer guten Schweißqualität bei einfacher Bedienbarkeit. Die analoge Halbleitertechnik bedingt aber einen vergleichsweise großen Schaltungsaufwand und hohe Fertigungs- und Herstellkosten. In der Analogtechnik lassen sich hohe Pulsfrequenzen realisieren, wobei hier auf das sogenannte free-feedback-Verfahren verwiesen sei, das beispielsweise unter der Bezeichnung "UT-Puls 6000 analog" der Firma UTP- Schweißmaterial GmbH & Co, 7812 Bad-Krozingen bekannt geworden ist. Ein weiterer Nachteil der Analogtechnik ist durch die relativ hohe Verlustleistung gegeben, wobei mit einem Wirkungsgrad von etwa 60% gerechnet werden muß.From German patent application P 32 19 726 a device for metal pulse arcing Welding (pulsed arc) has become known in which the current to the lower amperage is switched when the arc voltage reached an upper reference voltage. Reached however, the arc voltage is a lower one Reference voltage, so the current is on the higher Current switched. The power supply unit and the device as a whole, are in analog semiconductor technology or transistor technology built and guarantee in previously unsurpassed Way of ensuring a good one Welding quality with simple usability. The analog semiconductor technology, however, requires a comparative one great circuitry and high Manufacturing and manufacturing costs. In analog technology high pulse frequencies can be realized, with the so-called free feedback procedure is referred to, for example, under the Description "UT-Pulse 6000 analog" from the company UTP- Schweißmaterial GmbH & Co, 7812 Bad-Krozingen has become known. Another disadvantage of Analog technology is due to the relatively high power loss given, with an efficiency of about 60% must be expected.

Ferner gelangen in der Schweißtechnik heute zur Spannungs- oder Stromwandlung Schaltwandler zum Einsatz, die eine relativ verlustarme Stromversorgung ermöglichen. Bei Schaltwandlern sind grundsätzlich zwei Hauptgruppen zu unterscheiden, und zwar primärgetaktete Schaltwandler, die auch als Inverter bezeichnet werden, sowie sekundärgetaktete Schaltwandler, welche als Converter bezeichnet werden. Mittels eines primärgetakteten Schaltwandlers wird eine gleichgerichtete und geglättete Netzspannung mit einer hohen Frequenz, und zwar größer als 20 kHz zerhackt und über einen relativ kleinen Hochfrequenztransformator auf die zum Schweißen erforderliche Spannung bzw. Ströme transformiert. Zur Stromglättung dienen nachgeschaltete Schaltdioden und eine relativ kleine Glättungsdrossel bzw. Induktivität. Die Regelung der Spannung bzw. des Stromes erfolgt nach dem Pulsweiten-Modulationsverfahren (PWM). Hingegen erfolgt in einem sekundärgetakteten Schaltwandler die Transformation und Gleichrichtung auf die erforderliche Schweiß-Spannung über einen relativ großen Netztransformator. Anschließend wird die niedrige Gleichspannung mit einer hohen Frequenz, und zwar ebenfalls größer als 20 kHz, zerhackt. Zur Stromglättung dienen nachgeschaltete Schaltdioden und eine relativ kleine Glättungsdrossel. Die Regelung von Spannung und Strom erfolgt wiederum nach dem Pulsweiten-Reduktionsverfahren. Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsarten ermöglichen derartige Schaltwandler eine verlustarme Energieübertragung mit einem Wirkungsgrad größer 90%, wobei im Vergleich mit einer Vorrichtung in analoge Transistortechnik die abzuführende Verlust-Wärmemenge und ferner auch die Stromaufnahme entsprechend geringer sind.Furthermore, in welding technology today Voltage or current conversion Switching converter for Use a relatively low loss power supply enable. With switching converters are fundamental distinguish two main groups, and primary clocked switching converters, which also as Inverters are called, as well as secondary clocked Switching converter, which is called a converter will. Using a primary clocked switching converter becomes a rectified and smoothed Mains voltage with a high frequency, namely chopped larger than 20 kHz and relative over one small high frequency transformer on the for Welding required voltage or currents transformed. Downstream are used for current smoothing Switching diodes and a relatively small one Smoothing choke or inductance. The regulation the voltage or the current takes place after the Pulse width modulation method (PWM). On the other hand takes place in a secondary clocked switching converter the transformation and rectification on the required welding voltage over a relative large mains transformer. Then the low DC voltage with a high frequency, and also greater than 20 kHz, chopped. Downstream switching diodes are used for current smoothing and a relatively small smoothing choke. The voltage and current are regulated again using the pulse width reduction method. Regardless of the respective design types switch converters of this type enable low-loss Energy transfer with efficiency greater than 90%, compared to a device in analog transistor technology Loss of heat and also the current consumption are correspondingly lower.

Ein wesentlicher Nachteil gebenüber den schnellen, analog geregelten Transistorkaskaden ergibt sich jedoch aus der Schaltfrequenz von 20 kHz, entsprechend einer Periodendauer von 50 Mikrosekunden eine Totzeit im regelungstechnischen Sinne. Ist in schweißtechnischen Anwendungen nur auf konstanten Strom (WG-Verfahren, Elektrode) oder auf konstante Spannung (MIG-, MAG-Verfahren) zu regeln, so ergeben sich beim Einsatz von Schaltwandlern praktisch keine regelungstechnischen Probleme. Beim Einsatz eines Schaltwandlers in einer Vorrichtung oder gemäß dem Verfahren zum Impulslichtbogen-Schweißen (pulsed arc), ergeben sich einerseits regelungstechnische Probleme und andererseits Schwierigkeiten im Hinblick auf die Dimensionierung der Glättungsdrossel. Beim Impulslichtbogen-Schweißen muß relativ schnell von dem kleinen Grundstrom, der zur Erhaltung des Lichtbogens erforderlich ist, auf einen relativ hohen Impulsstrom oder Impulsspannung, bidirektional umgeschaltet werden. Es besteht die Forderung nach steilen Schaltflanken, also schnelle Änderung des Stromes pro Zeiteinheit (hohes di/dt), um hohe Pulsfrequenzen oder kurze Impulse, beispielsweise zum Dünnblechschweißen, zu erzielen. Hohe Pulsfrequenzen werden bei dem erwähnten free-feedback-Verfahren, und zwar bis zu 800 Hz gefordert. Die Glättungsdrossel des Schaltwandlers muß aber zwecks Erzielung einer geringen Welligkeit in der Weise dimensioniert werden, daß die Drosselinduktivität L möglichst groß wird. Beim Umschalten wirkt die Induktivität stets stromerhaltend, und entsprechend der Auf- oder Entladezeitkonstante dauert es relativ lange, bis der höhere bzw. niedrigere Strom- oder Spannungswert erreicht wird. Die Auf- oder Entladezeitkonstante wird bekanntlich durch den Quotienten aus Drosselinduktivität L und Lichtbogenwiderstand R bestimmt. Bei einer hohen Drosselinduktivität können folglich der Grund- oder Pulswert nur erreicht werden, wenn die Pulsfrequenz relativ niedrig ist; kurze Impulse können nicht erzeugt werden. Bei einer kleinen Drosselinduktivität muß hingegen eine hohe Welligkeit in Kauf genommen werden. In der Pulsphase kann eine Welligkeit in der Größenordnung von ca. 10% durchaus akzeptiert werden. Hingegen besteht im Grundstrombereich bei größerer Welligkeit die erhebliche Gefahr, daß der Lichtbogen erlischt.A major disadvantage of the fast, analog-controlled transistor cascades, however, results from the switching frequency of 20 kHz, corresponding to a period of 50 microseconds, a dead time in the control-technical sense. If only constant current (WG method, electrode) or constant voltage (MIG, MAG method) is to be controlled in welding applications, there are practically no control problems when using switching converters. When using a switching converter in a device or according to the method for pulsed arc welding, control problems arise on the one hand and difficulties with regard to the dimensioning of the smoothing choke on the other hand. In pulsed arc welding, it is necessary to switch bi-directionally relatively quickly from the small base current which is required to maintain the arc to a relatively high pulse current or pulse voltage. There is a demand for steep switching edges, that is to say a rapid change in the current per unit of time (high d i / d t) in order to achieve high pulse frequencies or short pulses, for example for thin sheet metal welding. High pulse frequencies are required with the free feedback method mentioned, namely up to 800 Hz. The smoothing choke of the switching converter must be dimensioned in order to achieve a low ripple in such a way that the choke inductance L becomes as large as possible. When switching, the inductance always keeps current, and depending on the charging or discharging time constant, it takes a relatively long time until the higher or lower current or voltage value is reached. As is known, the charging or discharging time constant is determined by the quotient of the inductor L and the arc resistance R. With a high choke inductance, the basic or pulse value can therefore only be achieved if the pulse frequency is relatively low; short pulses cannot be generated. With a small choke inductance, however, a high ripple must be accepted. In the pulse phase, a ripple of around 10% can be accepted. On the other hand, there is a considerable risk of the arc extinguishing in the base current range with greater ripple.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß steile Schaltflanken mit reduziertem Schaltungsaufwand realisiert werden. Die Welligkeit des Stromes soll insbesondere in der Grundphase klein sein, wobei ein Überschwingen bzw. ein Unterschreiten des eingestellten Mittelwertes beim Herunterschalten auf den Grundstrom vermieden werden soll. Es sollen vor allem Pulsfrequenzen größer als 300 Hz, und zwar bis zu 800 Hz und ggfs. auch darüber bei hoher Regelstabilität realisiert werden können, wobei nur eine geringe Welligkeit, insbesondere des Grundstromes, zugelassen werden soll. Schließlich sollen sehr kurze Impulszeiten, die insbesondere in dem sogenannten free-feedback-Verfahren vorkommen, sicher beherrscht werden. Kurze Impulse während der Pulsphase, und zwar insbesondere zum Schweißen von dünnen Blechen, sollen mit großer Funktionssicherheit ermöglicht werden.The invention has for its object a Device of the type mentioned in the Form way that steep switching edges with reduced circuit complexity can be realized. The ripple of the current is said to be particularly in the basic phase be small, with an overshoot or falling below the set mean value when switching down to the base current should be avoided. Above all, it should be pulse frequencies greater than 300 Hz, namely up to 800 Hz and if necessary also above with high control stability can be realized, with only a small Ripple, especially of the base current, should be allowed. After all, very much short pulse times, especially in the so-called free feedback procedures occur, sure be mastered. Short impulses during the pulse phase specifically for welding thin sheets, are designed with great functional reliability be made possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß ein erster Schaltwandler vorgesehen ist, mit welchem nur während der jeweiligen Pulsphase der höhere Pulsstrom oder die höhere Pulsspannung erzeugbar ist, und daß dem Schaltwandler ein Generator parallel geschaltet ist, mittels welchem zumindest während der Grundphase der im wesentlichen konstante Grundstrom oder Grundspannung erzeugbar ist.To solve this problem, it is proposed that a first switching converter is provided with which only during the respective pulse phase of the higher pulse current or the higher pulse voltage can be generated, and that the switching converter Generator is connected in parallel, by means of which at least during the basic phase of the essentially constant basic current or basic voltage can be generated is.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus und ermöglicht mit geringem Schaltungsaufwand die Realisierung von steilen Schaltflanken, so daß mit hoher Funktionssicherheit hohe Pulsfrequenzen und/oder kurze Impulse möglich sind. Aufgrund der Parallelschaltung des ersten Schaltwandlers für die Pulsphase mit dem Generator für die Grundphase können beide unabhängig voneinander dimensioniert werden, ohne daß Kompromisse im Hinblick auf Welligkeit bzw. Anstiegs- oder Flankensteilheit eingegangen werden müssen. So wird der erste Schaltwandler zweckmäßig mit einer kleinen Glättungsdrossel bzw. Drosselinduktivität dimensioniert, um schnelle Stromänderungen sowohl zu Beginn als auch am Ende der jeweiligen Pulsphase zu ermöglichen. Hohe Pulsfrequenzen, insbesondere im Bereich größer 300 Hz und bis 800 Hz, ggfs. auch bis 1 kHz, können vorgegeben werden. Mit dem kostengünstigen ersten Schaltwandler in Verbindung mit der parallelgeschalteten Stromregeleinrichtung werden die bisher ausschließlich in der analogen Halbleiter- bzw. Transistortechnik möglichen Regelverhalten realisiert. Für den Schaltwandler können je nach Anforderungen die hinlänglich bekannten Schaltwandlerprinzipien uneingeschränkt zur Anwendung gelangen. Zusätzlich wird ein sauberer Übergang von der Grundphase zur Pulsphase und umgekehrt praktisch ohne Überschwingen in überraschend vorteilhafter Weise gewährleistet. Wesentlich ist ferner eine optimale hohe Regeldynamik. Schließlich ist die hohe Lichtbogenstabilität in der Grundphase, und zwar bis herab zu Strömen von 10 A, von maßgebender Bedeutung.The device according to the invention stands out through a simple structure and enables the implementation with little circuitry of steep switching edges, so that with high functional reliability high pulse frequencies and / or short Impulses are possible. Because of the parallel connection of the first switching converter for the pulse phase with the generator for the basic phase both can be dimensioned independently of one another without that compromises with regard to ripple or Rise or slope steepness can be entered have to. So the first switching converter is appropriate with a small smoothing choke or choke inductance dimensioned to accommodate rapid current changes both at the beginning and at the end of each To enable pulse phase. High pulse frequencies, especially in the range greater than 300 Hz and up to 800 Hz, if necessary also up to 1 kHz, can be specified will. With the inexpensive first switching converter in connection with the parallel Current control devices are the only so far in analog semiconductor or transistor technology possible control behavior realized. For the switching converter, depending on requirements the well-known switching converter principles can be used without restriction. In addition will be a clean transition from basic to Pulse phase and vice versa practically without overshoot in a surprisingly advantageous way guaranteed. An optimal one is also essential high control dynamics. Finally, the high arc stability in the basic phase, until down to currents of 10 A, of crucial importance.

Die Stromregeleinrichtung bzw. der Generator für die Grundphase kann gleichfalls in herkömmlicher Technik ausgebildet sein, wobei die niedrigere Stromwelligkeit im Rahmen dieser Erfindung nicht überschritten werden darf. Wird der Generator ebenfalls als ein Schaltwandler ausgebildet, so kann die Glättungsdrossel im Hinblick auf die zulässige Grundstromwelligkeit relativ groß dimensioniert sein, da der genannte zweite Schaltwandler auf den Stromübergang zur bzw. von dem höheren Wert während der Pulsphase keinen Einfluß hat. Im Rahmen dieser Erfindung bleibt die Stromregeleinrichtung bzw. der zweite Schaltwandler dem ersten Schaltwandler ständig parallel geschaltet. Der erste Schaltwandler wird hingegen immer während der Grundstromphase ausgeschaltet und greift folglich auch nur während der Pulsphase ein. Regelungstechnische Probleme während der Grundphase werden vermieden, und ein Über- oder Unterschwingen infolge von großen Zeitkonstanten, respektive Totzeiten, wird unterbunden. Dies ist insbesondere beim Umschalten von der Pulsphase auf die Grundphase von wesentlicher Bedeutung, da ein Unterschwingen des Grundwertes ansonsten leicht zu einem Erlöschen des Lichtbogens führen könnte.The current control device or the generator for the basic phase can also be conventional Technology be formed, the lower Current ripple in the context of this invention is not may be exceeded. Will the generator also designed as a switching converter, so can the smoothing choke in terms of permissible basic current ripple is relatively large be because the said second switching converter on the current transfer to or from the higher one Value has no influence during the pulse phase. in the The current control device remains within the scope of this invention or the second switching converter the first Switching converters are always connected in parallel. The first switching converter, however, is always during the basic current phase is switched off and consequently intervenes even during the pulse phase. Control engineering Problems during the basic phase are avoided, and an overshoot or undershoot due to large time constants, respectively Dead times are prevented. This is particularly so when switching from the pulse phase to the basic phase essential as an undershoot of the basic value otherwise slightly the arc could go out.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrode während der Pulsphase ein Strom zuführbar ist, der mit hoher Änderungsgeschwindigkeit einschaltbar bzw. ausschaltbar ist, und daß während der Grundphase die Welligkeit vom Strom bzw. der Spannung wesentlich niedriger ist als während der Pulsphase. Es werden für die Pulsphase und die Grundphase der Strom bzw. die Spannung zweckmäßig aus separaten Stromquellen der Elektrode zugeführt, so daß das Übergangsverhalten und die Welligkeit und letztendlich das gesamte Regelverhalten für Grundphase sowie Pulsphase praktisch unabhängig voneinander vorgebbar sind. Grundstrom und Pulsstrom bzw. Spannung können den jeweiligen Erfordernissen entsprechend vorgegeben werden.The method proposed according to the invention is characterized in that the electrode during a current can be supplied to the pulse phase, which with high change speed can be switched on or can be switched off, and that during the basic phase the ripple of the current or voltage is essential is lower than during the pulse phase. It are used for the pulse phase and the basic phase of the Current or voltage expediently from separate Current sources of the electrode supplied, so that Transition behavior and the ripple and ultimately the entire control behavior for the basic phase and pulse phase practically independent of each other can be specified. Basic current and pulse current or Tension can meet the respective requirements be specified.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild der Vorrichtung, Fig. 1 shows schematically a block diagram of the device,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm von Spannung bzw. Strom. Fig. 2 is a timing diagram of voltage or current.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt schematisch eine Spannungsquelle 2, welche eine Gleichspannung U₀ liefert. Die Spannungsquelle 2 ist über die Leitungen 4, 6 mit einem ersten Schaltwandler 8 verbunden. Der Schaltwandler 8 enthält in bekannter und hier nicht im einzelnen zu erläuternder Weise Dioden 10 sowie eine Glättungsdrossel 12, welche eine relativ kleine Induktivität aufweist. Der Schaltwandler 8 ist über Anschlußkontakte 14 sowie Schweißkabel 16 mit einer hier nicht dargestellten Elektrode verbunden; der Lichtbogen ist durch den Widerstand 18 angedeutet. Aufgrund der erfindungsgemäß kleinen Induktivität L der Drossel 12 sowie unter Berücksichtigung des Widerstandes R vom Lichtbogen werden kleine Auf- und Entladezeitkonstanten erreicht. Die Regelung vom Pulsstrom bzw. von der Pulsspannung erfolgt nach dem Pulsweitenmodulationsverfahren PWM. Hierzu ist ein Regler 20 vorgesehen, dem einerseits der Soll-Wert und andererseits der Ist-Wert zugeführt wird. Zur Erfassung des Ist-Wertes ist eine geeignete Meßeinrichtung 22 vorgesehen, die hier als ein Shunt zur Erfassung des Pulsstromes ausgebildet ist. Entsprechend kann mit einem geeigneten Meßgerät der Ist-Wert der Pulsspannung bestimmt werden. Mittels eines Anzeigegerätes 24 kann der Ist-Wert dargestellt werden.The block diagram shown in FIG. 1 schematically shows a voltage source 2 which supplies a DC voltage U ₀. The voltage source 2 is connected via lines 4, 6 to a first switching converter 8 . The switching converter 8 contains diodes 10 and a smoothing choke 12 , which has a relatively small inductance, in a known and not to be explained here in detail. The switching converter 8 is connected via connection contacts 14 and welding cable 16 to an electrode, not shown here; the arc is indicated by the resistor 18 . Due to the small inductance L of the choke 12 according to the invention and taking into account the resistance R from the arc, small charging and discharging time constants are achieved. The regulation of the pulse current or of the pulse voltage takes place according to the pulse width modulation method PWM. For this purpose, a controller 20 is provided, to which the target value and the actual value are supplied on the one hand. A suitable measuring device 22 is provided for detecting the actual value, which is designed here as a shunt for detecting the pulse current. Accordingly, the actual value of the pulse voltage can be determined with a suitable measuring device. The actual value can be displayed by means of a display device 24 .

Es sei festgehalten, daß für den ersten Schaltwandler uneingeschränkt sämtliche Wandlerprinzipien zur Anwendung gelangen können. Die der Pulsphase zugeordnete Glättungsdrossel 12 ist im Rahmen dieser Erfindung derart klein dimensioniert, daß entsprechend den jeweiligen Erfordernissen hohe Stromanstiegs- bzw. Stromabfallgeschwindigkeiten erreicht werden. Der erste Schaltwandler 8 dient erfindungsgemäß nur zum Einschalten, zur Regelung sowie zum Abschalten des Pulsstromes bzw. der Pulsspannung. Während der nachfolgend zu erläuternden Grundphase ist der erste Schaltwandler ausgeschaltet. Im regelungstechnischen Sinne greift folglich der Schaltwandler 8 nur während der Pulsphase ein, und die früher während der Grundstromphase zu befürchtenden Schwierigkeiten werden vermieden; insbesondere wird ein Über- oder Unterschwingen infolge von Totzeiten vermieden. Dem ersten Schaltwandler 8 bzw. dessen Regler 20 ist ein Steuergenerator 26 vorgeschaltet, mittels welchem die Umschaltung zwischen Grundphase und Pulsphase entsprechend der Pulsfrequenz erfolgt. Auch das Taktverhältnis und folglich die Zeitdauer Pulsphase bzw. Grundphase wird entsprechend den Schweißbedingungen mit dem Steuergenerator 26 vorgegeben. Für die Pulsphase erzeugt der Steuergenerator ein Signal zur Aktivierung des Reglers 20, der dann beispielsweise mit einer Taktfrequenz von 20 kHz den Ist-Wert entsprechend dem vorgegebenen Soll-Wert regelt.It should be noted that all converter principles can be used without restriction for the first switching converter. The smoothing choke 12 assigned to the pulse phase is dimensioned so small in the context of this invention that high current rise or fall speeds are achieved in accordance with the respective requirements. According to the invention, the first switching converter 8 is used only for switching on, for regulating and for switching off the pulse current or the pulse voltage. The first switching converter is switched off during the basic phase to be explained below. In the control engineering sense, the switching converter 8 consequently intervenes only during the pulse phase, and the difficulties to be feared earlier during the basic current phase are avoided; In particular, an overshoot or undershoot due to dead times is avoided. A control generator 26 is connected upstream of the first switching converter 8 or its controller 20 , by means of which the switchover between the basic phase and the pulse phase takes place in accordance with the pulse frequency. The clock ratio and consequently the duration of the pulse phase or basic phase is also specified with the control generator 26 in accordance with the welding conditions. For the pulse phase, the control generator generates a signal for activating the controller 20 , which then regulates the actual value, for example at a clock frequency of 20 kHz, in accordance with the predetermined target value.

Dem ersten Schaltwandler 8 ist ein zusätzlicher, stromregelnder Generator 28 parallelgeschaltet, welcher bei dieser Ausführungsform als ein zweiter Schaltwandler ausgebildet ist und während der Grundphase den Grundstrom IG liefert. Es sei festgehalten, daß für den Grundstrombereich im Rahmen dieser Erfindung auch jede konventionelle Stromregelungseinrichtung zum Einsatz gelangen kann, welche die erfindungsgemäß geringe Welligkeit des Grundstromes gewährleistet. Der zweite Schaltwandler 28 enthält wiederum Dioden 30 und eine zweite Glättungsdrossel 32, die erfindungsgemäß eine nicht unerheblich größere Induktivität aufweist als die Glättungsdrossel 12 des ersten Schaltwandlers 8. Dem zweiten Schaltwandler 28 ist wiederum ein Regler 34 zugeordnet, welchem der Istwert und der vorgebbare Soll-Wert des Grundstromes IG zugeführt wird und mittels welchem die Regelung nach dem Pulsweitemodulationsverfahren erfolgt. Im Rahmen der Erfindung bleibt der Generator 28 beim Schweißen immer eingeschaltet, also auch während der Pulsphase. Gestrichelt ist am Ausgang des Generators 28 eine Diode 36 angedeutet, die jedoch nur dann erforderlich ist, falls im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform der Generator 28 aus einer anderen, und zwar kleineren Spannungsquelle eingespeist wird als der erste Schaltwandler 8.An additional current-regulating generator 28 is connected in parallel to the first switching converter 8 , which generator is designed as a second switching converter in this embodiment and supplies the basic current IG during the basic phase. It should be noted that any conventional current control device which ensures the low ripple of the base current according to the invention can also be used for the base current range in the context of this invention. The second switching converter 28 in turn contains diodes 30 and a second smoothing choke 32 , which according to the invention has a not inconsiderably larger inductance than the smoothing choke 12 of the first switching converter 8 . The second switching converter 28 is in turn assigned a controller 34 , to which the actual value and the predeterminable target value of the basic current IG is supplied and by means of which the regulation takes place according to the pulse width modulation method. In the context of the invention, the generator 28 always remains switched on during welding, that is to say also during the pulse phase. A diode 36 is indicated in dashed lines at the output of the generator 28 , but is only required if, in contrast to the present embodiment, the generator 28 is fed from a different, and smaller, voltage source than the first switching converter 8 .

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Pulsverhaltens, wobei mit IG der Grundstrom und mit IP der Pulsstrom bezeichnet sind. Entsprechendes gilt auch für den Fall einer Spannungsregelung. Es sei angenommen, daß zur Zeit Null vom Grundstrom IG auf den Pulsstrom IP umgeschaltet wird. Aufgrund der relativ kleinen Induktivität der Drossel vom oben erläuterten ersten Schaltwandler erfolgt ein sehr schneller und steiler Anstieg auf den Pulsstrom IP, der eine entsprechende Welligkeit aufweist. Im Vergleich mit bisher bekannten Vorrichtungen mit einem einzigen Schaltwandler können aufgrund der zugelassenen Welligkeit sehr kurze Pulszeiten T 1 erreicht werden. Da der Grundstrom IG vom zusätzlichen Generator bzw. zweiten Schaltwandler geliefert wird, spielt insoweit die Welligkeit infolge des ersten Schaltwandlers keine Rolle. Auch das Umschalten vom Pulsstrom IP auf den Grundstrom IG erfolgt innerhalb einer sehr kurzen Zeit T 2. Ein Erlöschen des Grundstromes infolge eines "Unterschwingens" des Grundstromes oder aufgrund einer hohen Welligkeit tritt nicht ein. Der Lichtbogen ist auch und gerade in der Grundphase stabil, wobei ein "sauberer" Grundstrom gegeben ist. Es ist ersichtlich, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren kurze Pulszeiten ebenso realisiert werden können wie hohe Pulsfrequenzen. Fig. 2 shows a timing diagram for explaining the behavior pulse, wherein the pulse current are denoted by IG and the basic current with IP. The same applies to the case of voltage regulation. It is assumed that at the time zero the basic current IG is switched to the pulse current IP . Due to the relatively small inductance of the choke from the first switching converter explained above, there is a very rapid and steep increase in the pulse current IP , which has a corresponding ripple. In comparison with previously known devices with a single switching converter, very short pulse times T 1 can be achieved due to the permitted ripple. Since the basic current IG is supplied by the additional generator or second switching converter, the ripple due to the first switching converter is irrelevant. Switching from the pulse current IP to the base current IG also takes place within a very short time T 2 . The basic current does not go out due to an "undershoot" of the basic current or due to a high ripple. The arc is also stable, especially in the basic phase, with a "clean" basic current. It can be seen that short pulse times as well as high pulse frequencies can be achieved with the device according to the invention and the corresponding method.

Reference number 2 voltage source
4, 6 line
8 switching converters
10 diode
12 smoothing choke
14 connection contact
16 welding cables
18 resistance
20 controllers
22 measuring unit
24 display device
26 control generator
28 generator, second switching converter
30 diode
32 second smoothing choke
34 controllers
36 diode
38 housing

Claims

1.Device for metal pulse arc welding with a power supply unit, by means of which current can be supplied to a melting electrode, a higher pulse current or a higher pulse voltage being able to be generated in pulse mode during pulse phases and a lower base current or voltage can be generated during base phases, characterized in that
that a first switching converter ( 8 ) is provided, by means of which the higher pulse current (IP) or the higher pulse voltage can only be generated during the respective pulse phase,
and that a generator ( 28 ) is connected in parallel to the first switching converter ( 8 ), by means of which the essentially constant basic current (IP) or basic voltage can be generated, at least during the basic phase.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first switching converter ( 8 ) has a smoothing choke ( 12 ) such that the ripple of the base current ( IG) or the base voltage is substantially smaller than the ripple of pulse current (IP) or pulse voltage .

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the generator ( 28 ) is always connected in parallel with the first switching converter ( 8 ) and / or is designed as a second switching converter.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the generator ( 28 ) is dimensioned for a much lower power than the first switching converter ( 8 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the controller ( 20 ) of the first switching converter ( 8 ) is preceded by a control generator ( 26 ) by means of which the controller ( 20 ) is applied a signal with the pulse frequency.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first switching converter ( 8 ) and the generator ( 28 ) and expediently also the associated regulator ( 20, 34 ) including control generator ( 26 ) together on a frame and / or are arranged in a housing ( 38 ), on which in particular the connection contacts ( 14 ) for welding cables ( 16 ) are arranged.

7. Process for metal pulse arc Welding, according to which in cycle operation during a relatively high pulse current during a pulse phase or a pulse voltage and in a comparatively low base current or a Basic voltage can be generated, characterized, that the pulse current or the pulse voltage with high Change rate can be switched on or off are and that the ripple from the base current or the basic voltage much lower is than that of pulse current or pulse voltage.

8. The method according to claim 7, characterized, that the base current is common during the pulse phase with the pulse current of the melting electrode is feedable.