Moderne (innovative) - EWM Schweißtechnik Online

Moderne (innovative) Stromquellen und Steuerungskonzepte für alle Lichtbogenschweißverfahren.
Dipl.-Ing. Hans Kaulbach
EWM GmbH, D-56271 Mündersbach
Zusammenfassung
Mit der Markteinführung der elektronischen, transistorisierten Schweißstromquellen in den achtziger Jahren war
man allgemein der Ansicht, daß damit das Ende der konventionellen Schweißgeräte gekommen war.
Im Rückblick zeigt sich, daß diese Entwicklung nicht eingetreten ist.
Transformatoren zum Stabelektroden-Schweißen, stufengeschaltete und thyristor- geregelte MIG/MAG-Geräte und
Stabelektroden-Geräte wurden und werden nach wie vor in großen Stückzahlen gebaut und eingesetzt.
Die konkrete Aufgabenstellung, Gegebenheiten der Bauteile, Ort des Einsatzes, eingesetzter Schweißprozeß, die
Branche und die Kosten der Schweißgeräte, aber auch die vielleicht unbewußte Scheu der Anwender vor moderner
Steuerungs- und Leistungselektronik und ihrer fast unbegrenzten Möglichkeiten haben zu dieser Entwicklung
geführt. Während beim mechanisierten und automatisierten Schweißen heute bei allen Lichtbogen-
Schweißverfahren die elektronischen Transistor-Stromquellen aufgrund ihrer erweiterten Möglichkeiten die Oberhand
gewonnen haben, und auch bei den anspruchsvollen Verfahren wie WIG- und Plasma-Schweißen im manuellen
Bereich vorherrschen, sind beim teilmechanisierten MIG/MAG-Prozeß noch überwiegend Schweißstromquellen
konventioneller Bauart im Einsatz.
Mit dem Vormarsch der neuen Digitaltechnik und der modularen Bauweise, wird die Bedienerfreundlichkeit und die
Flexibiltät weiter verbessert sowie ein Datenaustausch von Schweißparametern und Servicedaten zwischen PC
und Stromquelle stark vereinfacht. Diese Entwicklung wird sich im 3. Jahrtausend weiter fortsetzen und konventionelle
Technik weiter verdrängen.
1. Stromquellenbauarten und Schweißverfahren
Bild 1 zeigt in einer Übersicht die heute vorwiegend
eingesetzten Stromquellenbauarten zum Lichtbogenschweißen
und die mit diesen Bauarten ausführbaren
Schweißverfahren.
Es ist ersichtlich, daß auch mit konventionellen
Stromquellen eine Vielzahl von Schweißverfahren
abgedeckt werden kann. Es ist aber auch zu beachten,
daß diese Schweißgeräte immer auf einen bestimmten
Schweißprozeß (z.B. MIG/MAG) optimiert
sind und ihr statisches und dynamisches Verhalten
sowie die Stromquellencharakteristik durch die Bauweise
des Transformators und Auslegung der
Schweißdrossel fest bestimmt ist. Daher sind konventionelle
Geräte zum MIG/MAG-Schweißen im Leistungsteil
und in der Logik-Steuerung immer bauartverschieden
zu den auf derselben Technik basierenden
WIG-Geräten.
Elektronische, transistorisierte Schweißstromquellen
dagegen sind in ihrem Schweißverhalten neutral; d.h.
mit identischen Leistungsteilen läßt sich, allein schon
durch Variation der Ansteuerung eine echte Konstant-
Spannungs-Charakteristik zum MIG/MAG-Schweißen
oder eine echte Konstant-Strom-Charakteristik zum
WIG-Schweißen sowie sämtliche Zwischenformen
verwirklichen. Diese Art von Schweißgeräten ist damit
wirklich multifunktionsfähig
STROMQUELLENTYP SCHWEISSVERFAHREN
TRANSFORMATOR
Streukern/Stufengesch.
TRANSFORMATOR /
GLEICHRICHTER
Stufengeschaltet
TRANSFORMATOR /
THYRISTOR
Stufenlos
TRANSISTOR
ANALOG
SEKUNDÄR GETAKTET
PRIMÄR GETAKTET
Stabelektroden
MSG: MIG, MAGM,
MAGC, MOG
Stabelektroden
MSG: MIG, MAGM,
MAGC [MIGpuls,
MAGpuls], MOG
WIG: DC- / DC+ / AC
PLASMA: DC- / DC+ AC
Stabelektroden
MSG: MIG, MAGM,
MAGC [MIGpuls,
MAGpuls], MOG
WIG: DC- / DC+ / AC
PLASMA: DC- / DC+ AC
Stabelektroden
Bild 1. Übersicht Stromquellen zum Lichtbogenschweißen
© 2003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 1/8 WM029800.doc; 08.03

Die gleichen Bauarten von Stromquellen zum Lichtbogenschweißen
können auch zum Lichtbogenschneiden
eingesetzt werden. Aufgrund der wesentlich
höheren Lichtbogenspannungen beim Schneiden
müssen sowohl konventionelle als auch transistorisierte
Stromquellen im Aufbau ihrer Leistungsteile auf
den Schneidprozeß ausgelegt werden. Im weiteren
soll jedoch nur noch auf Stromquellen zum Lichtbogenschweißen
eingegangen werden.
1.1 Transformatoren
Der Transformator (Bild 2a) war eine der ersten Bauformen
von Schweißgeräten, die einphasige Netzspannungen
in die zum Schweißen benötigten hohen
Ströme und niedrige Spannungen umwandelten.
Bild 2a. Blockschaltbilder konventioneller Schweißstromquellen
Da nur Wechselstrom und Wechselspannung auf der
Sekundärseite anliegt, werden mit Transformatoren
ausschließlich umhüllte Stabelektroden verschweißt.
Die Leistungsverstellung erfolgt in aller Regel über
einen mechanisch verstellbaren Streukern, der das
Magnetfeld im Transformatorkern beeinflußt und so
die Ausgangsleistung verändert.
Das hohe Leistungsgewicht von etwa 1kg/Ampere, die
fehlende Fernregelbarkeit, der geringe Wirkungsgrad
(hohe Stromkosten), die hohe Blindleistungsaufnahme
und die unsymmetrische Netzbelastung an dreiphasigen
Netzen sowie fehlende Netzspannungskompensation
sind beim Transformator von Nachteil. Allerdings
sind Transformatoren preiswert herzustellen
und wegen nur weniger bewegter Teile und fehlender
Steuerplatinen robust und praktisch unverwüstlich.
Vor allem im Schiffbau, wo beim Schweißen mit umhüllten
Stabelektroden mit Wechselstrom die häufig
auftretende magnetische Blaswirkung gemindert oder
kompensiert wird, finden sie auch weiterhin ihre Anwendung.
1.2 Transformator mit ungesteuertem
Gleichrichter
Diese Stromquellenbauart wird, trotz aller Fortschritte
in der Stromquellentechnik, weiterhin zum MIG/MAG-
Schweißen am häufigsten eingesetzt. In vielen Leistungsstufen
von 140 A als Einphasen-Anlagen mit
geringer Einschaltdauer bis 600 A mit 100% Ein-
schaltdauer, deckt diese Bauform einen weiten Bereich
der Anwendungen vom „Do it yourself“ bis zum
industriellen Gebrauch ab. In Bild 2b ist das Prinzip
dargestellt.
Bild 2b. Blockschaltbilder konventioneller Schweißstromquellen
Die Leistungsverstellung wird primärseitig über einen
oder mehrere Stufenschalter vorgenommen. Je höher
die Anzahl der Schaltstufen, desto feiner läßt sich die
Maschine auf die jeweilige Schweißaufgabe abstimmen.
Heute sind 30 bis 40 Schaltstufen für Industrieanlagen
gebräuchlich. Der robuste und preiswerte
Aufbau gewährleistet lange Lebensdauer und macht
die Nachteile wie hohes Leistungsgewicht, nur mittlerer
Wirkungsgrad, mittlere Blindleistungsaufnahme
und fehlende Fernregelbarkeit wett.
Aufgrund des hohen Marktanteils werden auch die
stufengeschalteten Schweißgeräte ständig weiterentwickelt.
Die Entwicklung konzentriert sich zum einen
auf die Optimierung von Transformator und Schweißdrossel,
um die Schweißeigenschaften weiter zu verbessern,
aber auch um zum Beispiel die Vorteile des
als Schutzgas zum MAG-Schweißen zumindest in
Westeuropa etwas in Vergessenheit geratene CO2
nutzen zu können, zum anderen auf den Einsatz moderner
Steuerungstechnologie um die Handhabung zu
erleichtern und auch die Zündeigenschaften zu verbessern.
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Bild 3 zeigt moderne stufengeschaltete MIG/MAG-
Geräte, optimiert für alle gängigen Schutzgase einschließlich
CO2 und die Werkstoffe C-Stahl, CrNi-
Stahl und Aluminium.
Bild 3. Stufengeschaltete MSG-Geräte
Diese Anlagen können mit einer modernen Mikroprozessor-
Steuerung zu Einknopf- Maschinen aufgerüstet
werden (s. Bild 4).
Bild 4. Programmierte Steuerung
Die Elektronik übernimmt die optimale Abstimmung
der Drahtvorschub-Geschwindigkeit auf die gewünschte
Spannungsstufe gemäß der Vorwahl von zu
verschweißendem Material, Drahtdurchmesser und
Schutzgasart. So werden selbst ungeübte Schweißer
in die Lage versetzt, ihre Schweißmaschine perfekt
einzustellen. Bei der Wahl der Spannungsstufe wird
der Schweißer ebenfalls abhängig vor den Vorgaben
geführt. Als Vorgabegrößen können die zu verschweißende
Blechdicke, die Drahtvorschub-
Geschwindigkeit oder die einzustellende Schweißspannung
gewählt werden. Die für die vorliegende
Schweißaufgabe beste Drosselanzapfung wird ebenfalls
vorgeschlagen.
Da die Schweißenergie über die Drahtvorschub-
Geschwindigkeit elektronisch den jeweiligen Spannungsverhältnissen
automatisch permanent angepaßt
wird, ist auch bei schwankenden Netzspannungen
immer eine gute Schweißnahtqualität zu erzielen. Der
Zündvorgang wird ebenfalls gemäß den Vorgaben
Material, Schutzgas und Drahtdurchmesser optimal
gesteuert.
Große, weithin lesbare Digital-Anzeigen mit Speicherfunktion
für die verschiedenen Schweißparameter
oder die Randbedingungen runden die Funktionalität
dieser modernen Steuerungsvariante ab. Selbstverständlich
kann diese auch auf die bekannte Zweiknopf-Einstellung
umgeschaltet werden.
1.3 Transformator mit Thyristorbrücke
Einen weiteren Schritt in der Stromquellen-
Technologie bedeutete die Nutzung von steuerbaren
Gleichrichtersätzen (Thyristor-Brücken) mit vorgeschaltetem
Netztransformator.
Wurden anfangs aus Kostengründen drei Thyristoren
und drei Dioden als Halbbrücke geschaltet eingesetzt,
hat sich heute die Vollbrücke mit sechs Thyristoren
durchgesetzt (Bild 2c).
Bild 2c. Blockschaltbilder konventioneller Schweißstromquellen
Die durch Phasenanschnitt- Steuerung stufenlose
Steuerung der Ausgangsleistung, Fernregelbarkeit
und Leitspannungsfähigkeit sowie die robuste Technik
führten zu einer weiten Verbreitung dieser Stromquellen-Technologie.
Vor allem durch die fernsteuerbare
stufenlose Leistungsverstellung wurde das vollmechanisierte
und das Schweißen mit Robotern unter
Einsatz dieser Stromquellen vorangetrieben.
Gebaut wurden und werden Geräte zum Stabelektroden-Schweißen,
zum MIG/MAG-Schweißen, zum
WIG-Schweißen mit Gleichstrom und auch Wechselstrom,
wobei zum WIG- Wechselstrom- Schweißen
sowohl einphasige als auch dreiphasige Netzanschlüsse
verwirklicht werden, sowie Geräte zum
Plasma-Schweißen und Plasma- Schneiden.
Bei den kurzschlußbehafteten Schweißprozessen wie
dem Stabelektroden- und MIG/MAG-Schweißen wirkt
sich die, an die Netzfrequenz gebundene langsame
Regelgeschwindigkeit, sowie die große Oberwelligkeit
bei kleinen Schweißströmen wesentlich stärker nach-
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teilig aus, als bei den kurzschlußfreien Prozessen wie
WIG- und Plasma-Schweißen.
1.4 Transistor-Technik
Mit der Verfügbarkeit preiswerter und robuster Leistungstransistoren
konnte die Forderung nach hohen
Regelgeschwindigkeiten, stufenloser Regelbarkeit,
universeller Einsetzbarkeit und geringen Verlusten
auch im Schweißstromquellenbau wirtschaftlich realisiert
werden.
1.4.1 Transistor analog
Die ersten transistor- geregelten Schweißstromquellen
waren sogenannte Analog- Maschinen. Eine Vielzahl
von kleinen Transistoren im Schweißstromkreis
arbeitete als sehr schnell veränderlicher Widerstand
und ermöglichte so praktisch beliebige Verläufe des
Sekundärstromes. Auch die Stromquellen- Charakteristik
war über die Ansteuerung der Transistor- Kaskade
von der Konstant- Spannungs- Kennlinie bis zur
Konstant- Strom- Kennlinie stufenlos veränderbar.
Die unübertroffen hohe Regelgeschwindigkeit und
damit sehr präzise steuerbare Ausgangsleistung
konnte jedoch den gravierenden Nachteil dieser
Technologie nicht wett machen. In der als ohmscher
Widerstand arbeitenden Transistorkaskade treten
extrem hohe Verlustleistungen auf, die über einen
eigenen Kühlkreislauf an die Umgebung abgeführt
werden müssen und so einen sehr schlechten Wirkungsgrad,
der je nach Betriebszustand unter 40 %
liegen kann, verursachen.
Da diese Geräte über einen 50 Hz Transformator am
Netz angeschlossen werden und wegen des Transistor-
Kühlkreislaufs bauten die Analog- Maschinen
noch größer und schwerer als die konventionellen
Thyristor- Geräte. Diese beiden Tatsachen führten
dazu, daß diese Technologie heute praktisch vom
Markt verschwunden ist und durch die getakteten
Maschinen abgelöst wurde.
1.4.2 Transistor sekundär getaktet
Die Entwicklung leistungsstarker Schalttransistoren
führte auch aus den vorgenannten Gründen konsequenterweise
zu einem weiteren Schritt vorwärts in
der Technologie der elektronischen Schweißstromquellen,
den getakteten Maschinen.
Bei diesen Geräten werden die Transistoren als
schnell ansteuerbare und schnell reagierende Schaltelemente
genutzt.
Ein sekundär getaktetes Leistungsteil weist wie eine
konventionelle Stromquelle einen Drehstromtransformator
auf. Die Sekundärspannung wird mit Silizium-
Dioden gleichgerichtet und in einer Kondensatorbank
geglättet. Die Leistungsverstellung erfolgt über die
Schalttransistoren, die normalerweise mit mindestens
20 kHz ein- und ausgeschaltet, d.h. getaktet werden.
Die Höhe der Ausgangsleistung wird bestimmt durch
das Tastverhältnis, also das Verhältnis der Zeiten in
denen die Transistoren ein- bzw. ausgeschaltet sind.
Über eine mechanische Drossel wird die durch das
Takten bewirkte Oberwelligkeit geglättet. Bild 5 zeigt
ein Blockschaltbild dieser Stromquellen-Technologie.
Bild 5. Blockschaltbild einer sekundär getakteten Stromquelle
An den Transistoren treten nur geringe Verluste im
eingeschalteten Zustand und während des Schaltvorganges
selbst auf. Daher arbeiten diese Geräte in
allen Betriebszuständen mit einem sehr guten Wirkungsgrad.
Ihr Leistungsgewicht und das Bauvolumen
ist vergleichbar mit dem der konventionellen Thyristor-
Maschinen
1.4.3 Transistor primär getaktet
Die historisch neueste Bauform von Schweißstromquellen
ist die primärseitig getaktete Maschine, auch
Inverter genannt. Der Aufbau unterscheidet sich stark
von dem der konventionellen und auch der sekundär
getakteten Stromquelle (s. Bild 6).
Bild 5. Blockschaltbild einer primär getakteten Stromquelle
Die vom Versorgungsnetz kommende Wechsel- oder
Drehspannung von 50 oder 60 Hz wird zunächst
gleichgerichtet und geglättet. Die Leistungsverstellung
erfolgt noch auf der Primärseite über Schalttransistoren,
welche die Zwischenkreis- Gleichspannung in
eine hochfrequente Wechselspannung von 20 bis 100
kHz umwandeln. Diese wird im Transformator auf die
Schweißspannung herunter transformiert, im Sekundärgleichrichter
erneut gleichgerichtet und dem Lichtbogen
zugeführt, wobei die durch die Taktfrequenz
bedingte Oberwelligkeit durch eine Drossel geglättet
wird.
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Bedingt durch die Tatsache, daß die primärseitig angeordneten
Transistoren nur kleine Ströme zu schalten
und zu führen haben und der Transformator aufgrund
der hohen Frequenz praktisch keine Magnetisierungsverluste
erzeugt, wird der Wirkungsgrad dieser
Maschinen gegenüber den sekundär getakteten
Geräten nochmals verbessert.
Der entscheidende Vorteil des Inverters liegt jedoch in
seiner geringen Baugröße und in seinem Leistungsgewicht.
Wiederum bedingt durch die hohe Betriebsfrequenz
des Transformators baut dieser wesentlich
kleiner und leichter als ein 50 Hz Transformator gleicher
Leistung.
Mit der Invertertechnik lassen sich also leistungsfähige
Schweißgeräte für alle Prozesse herstellen, die
erstaunlich klein und leicht sind und sich problemlos
transportieren lassen. Bild 7 zeigt ein Gerät zum Verschweißen
von umhüllten Stabelektroden mit einer
Leistung von 140 Ampere bei 40% Einschaltdauer
und einem Gewicht von nur 4,5 kg.
Bild 7. Inverter-Schweißgerät
In Bild 8 ist eine WIG- Maschine von 160 Ampere und
40% Einschaltdauer dargestellt, welches alle Funktionen
zum professionellen WIG-Schweißen eingebaut
hat und nur 11 kg auf die Waage bringt.
Bild 8. Inverter-WIG-Schweißgerät
Diese Baustellengeräte tolerieren Netzspannungsschwankungen
von –40% bis +15% der Nenn-
Netzspannung von 230 V; arbeiten also auch noch bei
138 V bis hinauf zu 265 V ohne auf Störung zu schalten
und sind damit zum Betrieb an sehr langen Netzzuleitungen
und an Stromerzeugern bestens geeignet.
Eine zusätzliche spezielle Ladeschaltung (PFC = Power
Factor Correction = Patent von EWM HIGH -
TECH- PRECESION) für den Gleichspannungszwischenkreis
(s. Bild 6) bewirkt eine sinusförmige phasengleiche
Stromaufnahme aus dem Versorgungsnetz
und ermöglicht es, aus einem 230 V Netzanschluß
bis zu 210 Ampere Schweißstrom mit einem
cos phi von 1 zu entnehmen, ohne eine träge 16 A
Sicherung zu überlasten.
Die hohe Regeldynamik der primär getakteten
Schweißgeräte ermöglicht auch die Nachbildung der
Schweißeigenschaften konventioneller Geräte auf
elektronischem Weg, ohne große Kupfer- und Eisenvolumina
verwenden zu müssen.
Bild 9. Inverter-Schweißgerät, fallnahtsicher
Die in Bild 9 gezeigte Maschine ist zum Beispiel in
ihrem dynamischen Verhalten dem eines Umformers
nachgebildet und somit auch speziell zum Verarbeiten
von cellulose-umhüllten Stabelektroden in der Fallnahtposition
bei der Rohrverlegung im Feld geeignet.
Für diese Anwendung ist natürlich auch der problemlose
Betrieb am Stromgenerator gewährleistet.
2. Modulares, voll digitalisiertes Stromquellensystem
Neben moderner Leistungselektronik hat auch die
Computer- und die moderne Kommunikations- Technologie
in die Schweißstromquelle Einzug gehalten.
Die Vielzahl der heute verwendeten Werkstoffe, der
eingesetzten Schweißprozesse und der Anwendungsmöglichkeiten
sowie steigende Qualitätsanforderungen
und der damit verbundenen Forderung nach
Dokumentation bedingt eine Steuerungstechnik, die
zum einen gleichbleibende Prozeßstabilität in allen
Parametern und Verfahren garantiert und zum anderen
dem Anwender die Einstellung und Bedienung der
Maschine soweit wie möglich erleichtert.
Gerade moderne Multifunktionsanlagen weisen eine
große Anzahl von Einstellparametern auf, so daß der
normale Schweißer häufig überfordert ist und die
Möglichkeiten, die moderne Stromquellentechnik ihm
bietet, nicht voll auszunutzen in der Lage ist.
Bild 10 zeigt eine moderne Bedienoberfläche eines
Multifunktions- Leistungsteils modernster Bauart.
© 2003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 5/8 WM029800.doc; 08.03

500A 49,9V
1
Spezial
F
MIG/MAG
GMAW
MSG-Löten
GMA-Brazing
Auftragsschw.
GMA-Surfacing
SG2/3
G3/4 Si1
CrNi
CrNiMn
0,8
0,9
1,0
CO CO2 2
Ar/CO 2
Ar/O 2
Ar/CO 2 /O 2
100%
80-90% Ar
91-99% Ar
Mode
2
Metal
Rutil
Fülldraht
Flux-Cored
Wire
CuSi
CuAl
1,2
1,6
Ar
Ar/N 2
Ar/He/N 2
100%
0-2% NN2 2
0
S
Basic
WIG/TIG
AlMg
AlSi
SP1
SP2
Ar/He
Ar/He/O 2
Ar/He/CO 2
15-70% He
15-30% He
Superpuls
E-Hand/MMA
Al99 SP3
Ar/He/H Ar/He/H 2 2/CO /CO 2 1-5% HH2 2
M310
A
a/z
V
M A
Job Nr
Hold
Bild 10. Bedienoberfläche eines Multifunktions-Leistungsteil
Voll digitalisiert, übernimmt ein programmiertes Expertensystem
die Prozeß- Steuerung. Zum MIG/MAG-
Schweißen gibt der Anwender, geführt vom Leuchdioden
über die Folientastatur das Verfahren, das zu
verschweißende Material, den Drahtdurchmesser und
das verwendete Schutzgas ein. Nach einem mathematischen
Modell des Lichtbogens errechnet der Prozessor
die optimalen Parameter. Ungebräuchliche
oder unlogische Kombinationen werden nicht zugelassen.
Mit einer Regelfrequenz von 50 kHz werden die tatsächlichen
Lichtbogenparameter mit den Berechnungen
des Lichtbogenmodells verglichen und nachgeregelt..
Das hochdynamische Leistungsteil gleicht eventuelle
Bild 11. Modulares Stromquellen-System
Abweichungen in wenigen Mikrosekunden aus und
S
1
optimiert damit zu jedem Zeitpunkt den Lichtbogen.
Dieses Regelprinzip mit Hilfe des mathematischen
Lichtbogenmodells wurde unter dem Namen Integralprozeß
bekannt
Die großen Digitalanzeigen ermöglichen nicht nur das
Ablesen der prozeßrelevanten Größen vor, während
und nach dem Schweißen (Hold- Funktion) sondern
unterstützen auch den Schweißer mit Hilfe des integrierten
Expertensystems beim Auffinden des richtigen
Arbeitspunktes. So kann zum Beispiel über die
Eingabe der zu verschweißenden Blechdicke sofort
der richtige Arbeitspunkt gefunden werden.
Über das gewünschte A- Maß läßt sich der entsprechende
Arbeitspunkt ebenso schnell auffinden; die
dazugehörige Schweißgeschwindigkeit wird automatisch
berechnet.
Eine MIG/MAG- Schweißaufgabe wird im Job- Betrieb
abgehandelt. Ein Job wird bestimmt durch das Verfahren,
den zu verschweißenden Werkstoff, den Drahtdurchmesser
und das verwendete Schutzgas.
Zu einem Job gehören immer ein separat einstellbarer
Start- Arbeitspunkt, ein Slope- Zeit zum nächsten
Arbeitpunkt, eine Slope- Zeit zum ebenfalls separat
einstellbaren Endkrater- Arbeitspunkt sowie der Endkrater-
Arbeitspunkt selbst. In jedem Job sind acht
einzelne Schweißarbeitspunkte programmierbar, die
über den Schweißbrenner abgerufen werden können
und am Brenner angezeigt werden. Möglich ist natürlich
auch eine stufenlose Leistungsverstellung innerhalb
eines Jobs über ein im Brennerhandgriff integriertes
Potentiometer oder über diverse Fernregler-
systeme.
© 2003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 6/8 WM029800.doc; 08.03

Neben den fest programmierten Jobs können für spezielle
Anwendungen noch bis zu 128 freie Jobs vom
Anwender direkt und ohne Hilfsmittel programmiert
werden. Frei programmierbare Funktionen sowie das
Superpuls- Schweißen sind standardmäßig eingebaut.
Wie schon anfangs erwähnt, verhalten sich moderne
elektronische Transistor- Stromquellen prozeßneutral.
Damit kann, wie in Bild 11 gezeigt, basierend auf immer
dem gleichen Leistungsteil ein modulares Stromquellen-System
verwirklicht werden, welches hinsichlich
Flexibilität und Unversalität keine Wünsche mehr
offenläßt.
Auswechselbare Bedienoberflächen mit auf softwarebasierender
Logik für jeden Schweißprozeß, prozeßspezifische
Hardware- Module wie zum WIG- Gleichstrom-,
zum WIG- Wechselstrom- Schweißen, sowie
zum Plasma-Schweißen lassen sich frei kombinieren
mit auf die Prozeßleistung abgestimmten Brenner-
Kühlsystemen, Drahtvorschubgeräten zum manuellen,
mechanisierten und Robot-Schweißen und Peripheriegeräten
wie zum Beispiel Fahrwagen und Fernstellern.
Eine Leistungserhöhung ist durch Parallel- Schaltung
zweier oder mehrerer Basis- Leistungsteile problemlos
möglich. Zum MIG/MAG- Doppeldraht- oder Tandem-
Schweißen können ebenfalls zwei Leistungsteile
und Drahtvorschubsysteme parallel betrieben werden.
Die Verschaltung der möglichen Kombinationen ist
denkbar einfach. Über ein systeminternes Kommunikations-
System (Bus) erkennt der Zentral- Prozessor
im Leistungsteil die tatsächlich angeschlossenen Systemkomponenten.
Durch diese automatische Modulerkennung
ist ein Plug & Play- Betrieb, wie man ihn
von modernen PC’s kennt realisierbar.
Die vollkommene Digitalisierung des Systems eröffnet
viele Möglichkeiten der Kommunikation im System
selbst, wie oben beschrieben, aber auch bidirektional
nach außen. Über eine Bus- Schnittstelle kann das
System an alle gängigen Industriebus- Systeme angebunden
werden. So sind Roboter- Schweißzellen
oder Schweißstraßen ohne großen Verkabelungsaufwand
zu realisieren. Durch die Vernetzung über ein
Bus- System ist die on- line Programmierung der
Schweißprozeßparameter und die Qualitätüberwachung
problemlos durchzuführen (Bild 12).
Eine PC- und ISDN-Schnittstelle erweitert die Möglichkeiten
auf eine praktisch weltweite Datenkommunikation.
Über das Internet oder die drahtlose Telekommunikation
kann das System unabhängig vom
jeweiligen Standort umprogrammiert oder mit neu
entwickelten Programmen und updates versehen
werden. Diese Schnittstelle ermöglicht auch bei eventuell
auftretenden Problemen durch externe Kommunikation
mit dem integrierten Service- System eine
Ferndiagnose oder Eingrenzung der Fehlerquelle.
Bild 12. Datenkommunikation durch Digitalisierung
Ein solches modulares Stromquellen- System bietet
sowohl für Anwender in den verschiedenen Industriebereichen
als auch dem Hersteller vielfältige Vorteile.
Dem Anwender stehen preiswerte und beliebig konfigurierbare
Basisgeräte für alle Schweißverfahren zur
Verfügung, da durch die Produktion der immer gleichen
Leistungsmodule in hohen Stückzahlen eine
Reduzierung der Herstellkosten bewirkt. wird. Auf
wechselnde Anforderungen kann durch Zukauf von
Erweiterungsmodulen flexibel reagiert werden. Ein
schneller Service im Fehlerfall durch Ferndiagnose
und durch die problemlose Austauschbarkeit von Modulen
erhöht die Verfügbarkeit der Anlagen. Durch die
Möglichkeit, jederzeit und an jedem Ort ein update der
Software über Internet ober ISDN durchzuführen,
kann das System immer auf dem neuesten Stand der
Erkenntnisse gehalten werden.
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3. Ausblick
Mit dem heutigen Stand der Technik hat die Forschung
und Entwicklung auf dem Gebiet der
Schweißstromquellen- Technik sicherlich noch nicht
ihren Abschluß gefunden. Weiterentwicklungen in der
Technologie der Leistungshalbleiter, die zu noch höheren
Taktfrequenzen bei weiterer Reduzierung der
Leitungs- und Schaltverluste sowie weiterer Vereinfachung
der Ansteuerung führen werden, dürften auch
in der Schweißtechnik ihre Anwendung finden. Noch
kleinere, aber auch leistungsfähigere Geräte mit weiter
reduzierten Verlustleistungen und noch besserer
Wirkungsgrade sind im Hinblick auf die Schonung
unserer Energie- und Rohstoff- Vorräte schon in Vorbereitung.
Die Einführung von Lebenszyklus- Analysen
schon in der Entwicklungsphase neuer Produkte,
sowie Untersuchungen zum Ersatz primärer durch
recycelter Rohstoffe zielen in dieselbe Richtung.
Weiterentwicklungen zur Erhöhung der Stromquellendynamik,
die sehr hohe Pulsfrequenzen und Strom-
amplituden im Lichtbogen auch bei großen Schweißkreis-
induktivitäten zulassen, werden dazu führen,
daß die Lichtbogenschweißprozesse WIG und Plasma
in Anwendungsbereiche vorstoßen können, die heute
noch der Lasertechnik vorbehalten sind.
Die zunehmende Leistungsfähigkeit moderner Mikroprozessoren
eröffnet auch in der Steuerungstechnik
neue Möglichkeiten. Selbstlernende neuronale Netze,
eingesetzt zur Führung von Schweißprozessen beliebiger
Art nach vorgegebenen Prozeßgrößen, können
zum Beispiel nach dem Erlernen der Einflüsse von
Materialart, Schutzgas und Drahtdurchmesser auf die
Prozeßführung, diese Erfahrungen in Regelalgorithmen
für andere Kombinationen umsetzen, ohne daß
diese explizit geschweißt werden müssen und auf
diese Weise den Schweißprozeß vor allem in seinen
nichtlinearen dynamischen Zusammenhängen schneller
und präziser regeln als herkömmliche Steuerungen.
Die elektrischen und mechanischen Parameter eines
Schweißprozesses liegen heute meist schon in digitaler
und damit in für Prozessoren verständlicher Form
vor. Wird mit den heute vorhandenen Möglichkeiten
dazu noch das optische und akustische Erscheinungsbild
des Lichtbogens in digitale Form überführt,
werden auch diese Informationen für ein Rechnersystem
verarbeitbar und können zur Prozeßsteuerung
und Prozeßoptimierung verwendet werden.
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