Moderne (innovative) Stromquellen und Steuerungskonzepte für alle Lichtbogenschweißverfahren.

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1 Moderne (innovative) Stromquellen und Steuerungskonzepte für alle Lichtbogenschweißverfahren. Dipl.-Ing. Hans Kaulbach EWM GmbH, D-5671 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 Bild 1. 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 Übersicht Stromquellen zum Lichtbogenschweißen 003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 1/8 WM09800.doc; 08.03

2 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. 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% Einschaltdauer, deckt diese Bauform einen weiten Bereich der Anwendungen vom Do it yourself bis zum industriellen Gebrauch ab. In Bild b ist das Prinzip dargestellt. 1.1 Transformatoren Der Transformator (Bild a) war eine der ersten Bauformen von Schweißgeräten, die einphasige Netzspannungen in die zum Schweißen benötigten hohen Ströme und niedrige Spannungen umwandelten. Bild a. 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. Bild b. 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 CO nutzen zu können, zum anderen auf den Einsatz moderner Steuerungstechnologie um die Handhabung zu erleichtern und auch die Zündeigenschaften zu verbessern. 1. Transformator mit ungesteuertem Gleichrichter 003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH /8 WM09800.doc; 08.03

3 Bild 3 zeigt moderne stufengeschaltete MIG/MAG- Geräte, optimiert für alle gängigen Schutzgase einschließlich CO und die Werkstoffe C-Stahl, CrNi- Stahl und Aluminium. 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 Bild 3. Stufengeschaltete MSG-Geräte Diese Anlagen können mit einer modernen Mikroprozessor- Steuerung zu Einknopf- Maschinen aufgerüstet werden (s. Bild 4). 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 c). Bild c. Blockschaltbilder konventioneller Schweißstromquellen 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 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- 003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 3/8 WM09800.doc; 08.03

4 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. 0 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 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. 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 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) 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 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 0 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. 003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 4/8 WM09800.doc; 08.03

5 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. 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 30 V Netzanschluß bis zu 10 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 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. 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.. Modulares, voll digitalisiertes Stromquellensystem Bild 8. Inverter-WIG-Schweißgerät Diese Baustellengeräte tolerieren Netzspannungsschwankungen von 40% bis +15% der Nenn- Netzspannung von 30 V; arbeiten also auch noch bei 138 V bis hinauf zu 65 V ohne auf Störung zu schalten und sind damit zum Betrieb an sehr langen Netzzuleitungen und an Stromerzeugern bestens geeignet. 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. 003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 5/8 WM09800.doc; 08.03

6 1 Spezial F S Superpuls M310 A a/z Metal Rutil Basic 500A 49,9V MIG/MAG GMAW MSG-Löten GMA-Brazing Auftragsschw. GMA-Surfacing Fülldraht Flux-Cored Wire WIG/TIG E-Hand/MMA SG/3 G3/4 Si1 CrNi CrNiMn CuSi CuAl AlMg AlSi Al99 0,8 0,9 1,0 1, 1,6 SP1 SP SP3 CO 100% Ar/CO 80-90% Ar Ar/O Ar/CO /O 91-99% Ar Ar 100% Ar/N Ar/He/N 0-% N Ar/He 15-70% He Ar/He/O 15-30% He Ar/He/CO Ar/He/H /CO V M A Job Nr Hold 1-5% H 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 Mode S 0 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. Bild 11. Modulares Stromquellen-System Abweichungen in wenigen Mikrosekunden aus und 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 Fernreglersysteme. 003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 6/8 WM09800.doc; 08.03

7 Neben den fest programmierten Jobs können für spezielle Anwendungen noch bis zu 18 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 1). 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 1. 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. 003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 7/8 WM09800.doc; 08.03

8 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 Stromamplituden 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. 003 EWM HIGHTEC WELDING GmbH 8/8 WM09800.doc; 08.03