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    • 专利摘要:
    Ein Heizstrom, der insbesondere zum induktiven Erwärmen eines metallischen oder magnetischen Werkstücks dient, wird mit Hilfe eines Wechselrichters aus einer eingangsseitigen Versorgungsspannung erzeugt. Der Wechselrichter besitzt vier steuerbare Schaltelemente (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2), die zueinander in einer H-Brückenschaltung mit zwei parallelen Längszweigen (42, 44) und einem Querzweig (46) angeordnet sind. Die jeweils diagonal zueinander liegenden Schaltelemente (S_P1, S_P2; S_N1, S_N2) der Brückenschaltung werden so angesteuert, dass der Heizstrom durch den Querzweig (46) fließt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die diagonal zueinander liegenden Schaltelement (S_P1, S_P2; S_N1, S_N2) zeitlich versetzt zueinander vom leitenden in den nicht-leitenden Zustand geschaltet.A heating current, which is used in particular for inductive heating of a metallic or magnetic workpiece, is generated by means of an inverter from an input-side supply voltage. The inverter has four controllable switching elements (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2), which are arranged in an H-bridge circuit with two parallel longitudinal branches (42, 44) and one transverse branch (46). The switching elements (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2) of the bridge circuit lying diagonally to one another are so controlled that the heating current flows through the shunt branch (46). According to one aspect of the invention, the diagonally opposite switching elements (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2) are switched in a time-shifted manner from the conducting to the non-conducting state.
    公开号:DE102004010331A1
    申请号:DE200410010331
    申请日:2004-02-25
    公开日:2005-09-08
    发明作者:Heiko Gerhard Scheffler；Wolfgang Schmidt；Klaus Gisbert Dr. Schmitt
    申请人:Newfrey LLC；
    IPC主号:H05B6-02
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eineselektrischen Heizstroms, insbesondere zum induktiven Erwärmen einesmetallischen oder magnetischen Werkstücks, wobei der Heizstrom mitHilfe eines Wechselrichters aus einer eingangsseitigen Versorgungsspannungerzeugt wird, wobei der Wechselrichter vier steuerbare Schaltelementeaufweist, die zueinander in einer H-Brückenschaltung mit zwei parallelenLängszweigenund einem Querzweig angeordnet sind, und wobei jeweils diagonalzueinander liegende Schaltelemente der H-Brückenschaltung so angesteuertwerden, dass der Heizstrom durch den Querzweig fließt.TheThe present invention relates to a method for producing aelectric heating current, in particular for inductive heating of ametallic or magnetic workpiece, wherein the heating current withHelp of an inverter from an input-side supply voltageis generated, wherein the inverter four controllable switching elementshaving, in a H-bridge circuit with two parallel to each otherseries armsand a transverse branch are arranged, and wherein each diagonalto each other lying switching elements of the H-bridge circuit so controlledbe that the heating current flows through the shunt branch.
    [0002] DieErfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischenHeizstroms, mit einem Eingang zum Zuführen einer Versorgungsspannung,mit einem Wechselrichter, der vier steuerbare Schaltelemente aufweist,die zueinander in einer H-Brückenschaltungmit zwei parallelen Längszweigenund einem Querzweig angeordnet sind, und mit einer Ansteuerschaltung,die dazu ausgebildet ist, die jeweils diagonal zueinander liegendeSchaltelemente der H-Brückenschaltungso anzusteuern, dass der Heizstrom durch den Querzweig fließt.TheThe invention further relates to a device for generating an electricalHeizstroms, with an input for supplying a supply voltage,with an inverter having four controllable switching elements,to each other in an H-bridge circuitwith two parallel longitudinal branchesand a shunt branch, and with a drive circuit,which is designed to each diagonally to each otherSwitching elements of the H-bridge circuitto control so that the heating current flows through the shunt branch.
    [0003] Einsolches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind aus CH 664 660 A5 bekannt.Such a method and a corresponding device are made CH 664 660 A5 known.
    [0004] Diebekannte Vorrichtung wird in der Praxis bereits seit vielen Jahrenverwendet, um metallische oder magnetische Werkstücke induktivzu erwärmen. Siekann darüberhinaus grundsätzlichauch füreine resistive Erwärmungvon Werkstückenverwendet werden. Beim induktiven Erwärmen fließt der Heizstrom durch eineim Querzweig der H-Brückenschaltungangeordnete Induktivität,dem sogenannten Induktor. Der Heizstrom erzeugt im Induktor einmagnetisches Wechselfeld. Dieses induziert in dem zu erwärmendenWerkstück(entweder direkt oder übereinen zwischengeschalteten Transformator) Induktionsströme, dieaufgrund der Ohm'schenVerluste im Werkstückzu einer Erwärmungführen.Beim resistiven Erwärmenwürde derHeizstrom hingegen direkt durch das Werkstück geleitet.Theknown device has been in practice for many yearsused to make metal or magnetic workpieces inductiveto warm up. shecan over itin principlealso fora resistive heatingof workpiecesbe used. During inductive heating, the heating current flows through ain the shunt branch of the H-bridge circuitarranged inductance,the so-called inductor. The heating current is generated in the inductoralternating magnetic field. This induces in the to be heatedworkpiece(either directly or viaan intermediate transformer) induction currents, thebecause of Ohm'sLosses in the workpieceto a warmingto lead.When resistive heatingwould theHeating current, however, passed directly through the workpiece.
    [0005] DieGeschwindigkeit und der Grad der Erwärmung kann mit Hilfe des Wechselrichtersgezielt eingestellt werden. Typischerweise erfolgt dies durch einePulsweitenmodulation und/oder eine Frequenzmodulation des Heizstroms.Mit anderen Worten wird hiernach also das Puls-Pausen-Verhältnis und/oder dieHäufigkeitvon Strompulsen im Querzweig des Wechselrichters variiert.TheSpeed and degree of warming can be achieved with the help of the inverterbe targeted. Typically, this is done by aPulse width modulation and / or frequency modulation of the heating current.In other words, hereinafter the pulse-pause ratio and / or thefrequencyof current pulses in the shunt branch of the inverter varies.
    [0006] Umdies zu erreichen, werden die vier Schaltelemente des Wechselrichtersgruppenweise ein- und wieder ausgeschaltet, wobei jeweils die diagonal zueinanderliegenden Schaltelemente gleichzeitig geschaltet werden. Die sichergebenden Strömesind weiter unten anhand der 3 und 4 zum besseren Verständnis derErfindung dargestellt.In order to achieve this, the four switching elements of the inverter are switched on and off in groups, wherein in each case the diagonally opposite switching elements are switched simultaneously. The resulting currents are described below on the basis of 3 and 4 shown for a better understanding of the invention.
    [0007] Aus DE 195 27 827 C2 isteine weitere gattungsgemäße Anordnungbekannt, wobei der Wechselrichter in dieser Druckschrift nur symbolischdargestellt ist. Um einen effektiven Betrieb zu erreichen, wirdin dieser Druckschrift vorgeschlagen, die im Bereich des Induktorsentstehende Blindleistung in einer dem Wechselrichter vorgelagertenKapazitätzu kompensieren. Konkret geht es in diesem Fall darum, die Energie,die beim Umschalten des Wechselrichters in dem Induktor gespeichertist, in die vorgelagerte Kapazitätumzuladen, da sich der Strom durch den Induktor beim Umschaltender Schaltelemente nicht abrupt verändern („springen") kann. Dementsprechend soll sich dieGröße der Kapazität nach der Größe der aufzunehmendenEnergie (in DE 19527 827 C2 als Blindleistung bezeichnet) richten, wobei einegroßeKapazitätin der Größenordnungvon 1 bis 15 mF vorgeschlagen wird.Out DE 195 27 827 C2 is another generic arrangement known, the inverter is shown only symbolically in this document. In order to achieve an effective operation, it is proposed in this document to compensate for the reactive power produced in the region of the inductor in a capacitor upstream of the inverter. Specifically, in this case, it is a matter of reloading the energy stored in the inductor when the inverter is switched to the upstream capacitance, because the current through the inductor can not abruptly change ("jump") when switching the switching elements the size of the capacity should depend on the size of the energy to be absorbed (in DE 195 27 827 C2 referred to as reactive power), where a large capacity of the order of 1 to 15 mF is proposed.
    [0008] DieFrequenzen, mit der der Heizstrom im Induktor umgeschaltet wird,könnenim Bereich von zum Beispiel 50 Hz bis zu 100 KHz liegen. Dementsprechendist es erforderlich, dass die vorgelagerte Kompensationskapazität nichtnur hinsichtlich ihrer Größe ausreichenddimensioniert ist, sondern sie muss zudem auch HF-tauglich sein. GeeigneteKapazitätensind recht teuer.TheFrequencies at which the heating current in the inductor is switchedcanranging from, for example, 50 Hz to 100 KHz. Accordinglyit is necessary that the upstream compensation capacity is notonly sufficient in sizedimensioned, but it must also be suitable for HF. suitablecapacitiesare quite expensive.
    [0009] Einweiteres Problem mit der bekannten Schaltung liegt darin, dass dieSchaltelemente im Wechselrichter zerstört werden können, wenn die Kompensationskapazität nichtgroß genugdimensioniert ist. Das Risiko einer Zerstörung tritt insbesondere dannauf, wenn die Erwärmungsschaltungim Leerlauf, d.h. ohne zu erwärmendesWerkstück,betrieben wird. Ein versehentliches Einschalten der Erwärmungsschaltungohne Werkstückkann daher unter ungünstigenBedingungen zu einer Zerstörungder Schaltelemente im Wechselrichter führen.OneAnother problem with the known circuit is that theSwitching elements in the inverter can be destroyed if the compensation capacity is notbig enoughis dimensioned. The risk of destruction occurs especially thenon when the warming circuitidle, i. without being heatedWorkpiece,is operated. An accidental switching on of the heating circuitwithout workpiececan therefore be unfavorableConditions of destructionlead the switching elements in the inverter.
    [0010] Eindrittes Problem mit der bekannten Anordnung sind Hochfrequenzstörungen,die durch das abrupte Umschalten der Schaltelemente im Wechselrichterentstehen und auf die eingangsseitige Netzspannung zurückwirken.Angesichts der zunehmend strengeren Anforderungen in Bezug auf diesogenannte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sind zur Unterdrückung dieserStörungenteure Filterschaltungen auf der Netzeingangsseite erforderlich.Onethird problem with the known arrangement are radio frequency interference,due to the abrupt switching of the switching elements in the inverterarise and react on the input side mains voltage.In the face of increasingly stringent requirements regarding theso-called electromagnetic compatibility (EMC) are for the suppression of thesedisordersexpensive filter circuits on the power input side required.
    [0011] Vordiesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mitdenen sich die aufgezeigten Probleme auf kostengünstige Art und Weise beherrschenlassen. Insbesondere sollen das neue Verfahren und die entsprechendeVorrichtung einen funktionssicheren Betrieb unabhängig vomLastzustand der Erwärmungsschaltungermöglichenund dabei möglichstgeringe HF-Störungenerzeugen.Against this background, it is a task to provide the present invention, a method and an apparatus of the type mentioned, with which the problems indicated can be controlled in a cost effective manner. In particular, the new method and the corresponding device should enable a functionally reliable operation regardless of the load state of the heating circuit and thereby generate the lowest possible RF interference.
    [0012] DieseAufgabe wird gemäß einemAspekt der Erfindung durch ein Verfahren der eingangs genanntenArt gelöst,bei dem die diagonal zueinander liegenden Schaltelement zeitlichversetzt zueinander vom leitenden in den nicht-leitenden Zustandgeschaltet werden. Gemäß einemanderen Aspekt wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genanntenArt gelöst,bei der die Ansteuerschaltung ferner so ausgebildet ist, dass siedie diagonal zueinander liegenden Schaltelemente zeitlich versetztzueinander vom leitenden in den nicht-leitenden Zustand schaltet.TheseTask is done according to aAspect of the invention by a method of the aforementionedSort of solved,in which the diagonally opposite switching element in timeoffset from one another from the conductive to the non-conductive statebe switched. According to oneAnother object is achieved by a device of the aforementionedSort of solved,wherein the drive circuit is further configured to bethe diagonally opposite switching elements offset in timeeach other from the conductive to the non-conductive state switches.
    [0013] Dievorliegende Erfindung löstsich damit von dem bislang praktizierten Ansatz, wonach die diagonalzueinander liegenden Schaltelemente der H-Brückenschaltung jeweils zeitgleichein- und ausgeschaltetwurden. Wie nachfolgend anhand einer detaillierten Analyse aufgezeigtwird, hat das zeitgleiche Ausschalten der diagonal liegenden Schaltelementenämlichzur Folge, dass der Strom, der im Zweig der Kompensationskapazität fließt, beimUmschalten eine Richtungsumkehr mit einer extrem steilen Schaltflanke(dI/dt im Bereich von bis zu 1000 A/μs) erfährt. Diese abrupte Stromrichtungsumkehr isteine Hauptursache fürdie erwähntenHochfrequenzstörungen,die entsprechend aufwendige Filterschaltungen auf der Netzeingangsseiteerfordern. Dadurch, dass nach der vorliegenden Erfindung die diagonalzueinander liegenden Schaltelemente zeitlich versetzt, also nacheinander,ausgeschaltet werden, wird das Ausmaß der Stromrichtungsumkehr gemildert.In einem bevorzugten Anwendungsfall werden die diagonal zueinanderliegenden Schaltelemente zeitlich so versetzt zueinander gesteuert,dass praktisch keine Stromrichtungsumkehr an der Kompensationskapazität mehr auftritt.Dementsprechend könnendie Filterschaltungen zur Unter drückung von EMV-Störungen einfacherund damit kostengünstiger ausfallen.Thepresent invention solvesthus from the hitherto practiced approach, according to which the diagonaleach other lying switching elements of the H-bridge circuit at the same timeswitched on and offwere. As shown below with a detailed analysisis, has the simultaneous switching off the diagonal switching elementsnamelyAs a result, the current that flows in the branch of the compensation capacitance at theSwitching a direction reversal with an extremely steep switching edge(dI / dt in the range of up to 1000 A / μs) learns. This abrupt reversal of current direction isa major cause forthe mentionedRadio frequency interference,the correspondingly expensive filter circuits on the network input siderequire. In that, according to the present invention, the diagonalshifted switching elements offset in time, so one after the other,are turned off, the extent of the current reversal is mitigated.In a preferred application, the diagonal to each otherlying switching elements temporally offset so controlled to each other,that virtually no reversal of the direction of the compensation capacity occurs more.Accordingly, you canthe filter circuits for suppression of EMC interference easierand thus cheaper.
    [0014] Alsein weiterer Vorteil des neuen Schaltverhaltens ergibt sich, dassdie Energie im Induktor gar nicht oder nur zu einem wesentlich geringerenTeil in die Kompensationskapazitätumgeladen wird, und zwar abhängigdavon, mit welchem zeitlichen Versatz die diagonalen Schaltelementeausgeschaltet werden. Infolgedessen kann die Kompensationskapazität wesentlichkleiner dimensioniert werden, ohne dass die Gefahr besteht, dassdie Schaltelemente im Wechselrichter unter ungünstigen Betriebsbedingungen(Leerlauf des Induktors) zerstörtwerden. Die Verwendung einer kleineren Kapazität an dieser Stelle ermöglicht weitereKostenreduzierungen, wenngleich es aus anderen Gründen angezeigt seinkann, trotzdem eine größere Kapazität einzusetzen.Diese anderen Gründesind insbesondere das Abfangen von Netzspannungsschwankungen, diein rauen Produktionsumgebungen, beispielsweise im Kfz-Karosseriebauhäufigauftreten. Derartige Netzschwankungen können jedoch auch durch eineentsprechend groß dimensionierteKapazitätan anderer Stelle aufgefangen werden, so dass die vorliegende Erfindungeinen größeren Gestaltungsspielraumbei der Auslegung der Erwärmungsschaltungbietet. Insbesondere ist es aufgrund der Erfindung möglich, die große Kapazität zum Abfangenvon Netzspannungsschwankungen als Elektrolytkondensator zu realisieren,währendman fürdie Kompensationskapazität einenHF-tauglichen, kleineren Folienkondensator verwendet.WhenAnother advantage of the new switching behavior is thatthe energy in the inductor is not at all or only to a much lesser extentPart in the compensation capacityreloaded, dependingof which, with which temporal offset the diagonal switching elementsturned off. As a result, the compensation capacity can be substantialbe dimensioned smaller without the risk thatthe switching elements in the inverter under unfavorable operating conditions(Idling of the inductor) destroyedbecome. Using a smaller capacity at this point allows for moreCost reductions, although it may be indicated for other reasonscan still use a larger capacity.These other reasonsIn particular, the interception of mains voltage fluctuations, thein harsh production environments, such as in automotive body shopoftenoccur. However, such network fluctuations can also by acorrespondingly large-sizedcapacitybe collected elsewhere, so that the present inventiona greater freedom of designin the design of the heating circuitoffers. In particular, it is possible due to the invention, the large capacity for interceptionto realize mains voltage fluctuations as electrolytic capacitor,whileone for onethe compensation capacity oneHF-compatible, smaller film capacitor used.
    [0015] Insgesamtermöglichtdas neue Schaltverhalten somit auf kostengünstige Weise einen funktionssicherenund mit weniger EMV- Störungen belastetenBetrieb. Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.All in allallowsthe new switching behavior thus cost-effective way a functionally reliableand with less EMC interferenceBusiness. The above object is therefore completely solved.
    [0016] Ineiner bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die diagonalzueinander liegenden Schaltelemente zeitgleich zueinander vom nicht-leitendenin den leitenden Zustand geschaltet.InIn a preferred embodiment of the invention, the diagonalto each other switching elements at the same time from each other from the non-conductiveswitched to the conductive state.
    [0017] DieseAusgestaltung entspricht im Prinzip der schon bislang praktiziertenVorgehensweise beim Einschalten, wonach die diagonalen Schaltelementezeitgleich eingeschaltet werden. Es versteht sich, dass der Begriff „zeitgleich" hier als „im Wesentlichenzeitgleich" zu verstehenist, da eine absolut exakte Zeitgleichheit in der Praxis nicht zugewährleistenist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung besitzt dieseAusgestaltung den Vorteil, dass die „neue" Stromrichtung durch den Induktor nach demUmschalten ohne zusätzlicheVerzögerungzur Verfügungsteht. Dies bietet einen größeren Gestaltungsspielraumund damit eine höhereFlexibilitätin Bezug auf den zeitlichen Versatz zwischen den Schaltvorgängen beimAusschalten der jeweils anderen diagonalen Schaltelemente. Mit anderenWorten wird die insgesamt zum Umschalten benötigte Zeit in dieser Ausgestaltungpraktisch ausschließlichdazu aufgewendet, die oben aufgezeigten Probleme zu beherrschen.Außerdemvereinfacht sich der Steuerungsaufwand in dieser Ausgestaltung derErfindung.TheseDesign corresponds in principle to those already practicedActivation procedure, after which the diagonal switching elementsbe switched on at the same time. It is understood that the term "at the same time" here as "essentiallyat the same time "is because an absolutely exact time equality in practice not tooguaranteeis. In the context of the present invention has thisDesign the advantage that the "new" current direction through the inductor after theSwitch without additionaldelayto disposalstands. This offers a greater freedom of designand thus a higher oneflexibilityin terms of the time lag between the switching operations inSwitching off the other diagonal switching elements. With othersWords, the total time required for switching in this embodimentpractically exclusivelyspent coping with the problems outlined above.Furthermoresimplifies the control effort in this embodiment ofInvention.
    [0018] Ineiner weiteren Ausgestaltung werden die jeweils einen (also erste)diagonal zueinander liegenden Schaltelemente erst dann in den leitendenZustand geschaltet, nachdem die jeweils anderen (die zweiten) diagonalliegenden Schaltelemente von leitenden in den nicht-leitenden Zustandgeschaltet sind.In a further embodiment, the respective one (ie first) diagonally to each other switching elements are only then switched to the conductive state, after the respective other (the second) diagonal switching elements of lei are switched in the non-conductive state.
    [0019] Abweichendhiervon wärees grundsätzlich auchdenkbar, das Ein- undAusschalten der Schaltelemente in zeitlicher Abfolge ineinanderzu verschachteln. Die vorliegende Ausgestaltung besitzt demgegenüber denVorteil, dass im Querzweig des Wechselrichters jeweils ein maximalerHeizstrom fließt,wodurch die Erwärmungdes Werkstücksbeschleunigt wird.deviantthis would beit basically tooconceivable, the input and outputTurning off the switching elements in time sequence in one anotherto nest. In contrast, the present embodiment has theAdvantage that in the shunt branch of the inverter in each case a maximumHeating current flows,causing the warmingof the workpieceis accelerated.
    [0020] Ineiner weiteren Ausgestaltung wird zunächst ein erstes der diagonalliegenden Schaltelemente in den nicht-leitenden Zustand geschaltetund das zweite der diagonal liegenden Schaltelemente wird anschließend inAbhängigkeitvon dem Heizstrom im Querzweig in den nicht-leitenden Zustand geschaltet.InIn a further embodiment, first a first of the diagonalconnected switching elements in the non-conductive stateand the second of the diagonally lying switching elements is then independenceswitched from the heating current in the shunt branch in the non-conductive state.
    [0021] Indieser Ausgestaltung wird der zeitliche Versatz beim Ausschaltender diagonal liegenden Schaltelemente also nicht zufällig, empirischoder fest vorgegeben bestimmt, sondern er wird aus der Größe des aktuellenHeizstroms im Querzweig abgeleitet. Wie nachfolgend bei der Erläuterungder bevorzugten Ausführungsbeispielegezeigt ist, ist der Heizkreis nach dem Ausschalten des ersten diagonalen Schaltelementsnämlichelektrisch vom Rest der Schaltung abgetrennt. Die Größe des Heizstroms hängt damitmaßgeblichvon der Induktivitätdes Induktors und von der zu erwärmendenLast ab. Der Heizstrom selbst resultiert im Wesentlichen aus der imInduktor gespeicherten Energie. Durch Messen des abklingenden Heizstromskann der optimale Zeitpunkt zum Ausschalten des zweiten diagonalen Schaltelementsbestimmt werden. Insbesondere lässtsich in dieser Ausgestaltung eine sehr fein einstellbare Regelungfür denHeizstrom realisieren.InThis configuration is the time offset when switching offthe diagonal switching elements so not random, empiricalor fixed, but it will be the size of the current oneHeating current derived in the shunt branch. As in the explanation belowthe preferred embodimentsis shown, the heating circuit after turning off the first diagonal switching elementnamelyelectrically isolated from the rest of the circuit. The size of the heating current depends on itdecisivelyfrom the inductanceof the inductor and of the to be heatedLoad off. The heating current itself essentially results from theInductor stored energy. By measuring the decaying heating currentmay be the optimum time to turn off the second diagonal switching elementbe determined. In particular, letsIn this embodiment, a very finely adjustable controlfor theRealize heating current.
    [0022] Ineiner weiteren Ausgestaltung wird der Heizstrom im Querzweig über einenVerbraucher geführt,insbesondere einen Induktor, und das zweite der diagonal liegendenSchaltelemente wird in Abhängigkeitvon einer Spannung überdem Verbraucher in den nicht-leitenden Zustand geschaltet.InIn another embodiment, the heating current in the transverse branch via aConsumer led,in particular an inductor, and the second of the diagonally lyingSwitching elements is dependentfrom a tension overswitched to the consumer in the non-conductive state.
    [0023] DieseAusgestaltung eröffneteinen zweiten Einstellparameter, anhand dessen der zeitliche Versatzbeim Ausschalten der diagonalen Schaltelemente bestimmt werden kann.Auch anhand der am Verbraucher anliegenden Spannung lässt sichein optimaler Schaltzeitpunkt bestimmen. Besonders bevorzugt istes, wenn der zeitliche Versatz sowohl anhand des Heizstroms alsauch anhand der am Verbraucher anliegenden Spannung bestimmt wird,da sich in diesem Fall eine besonders exakte und flexible Regelungrealisieren lässt.TheseDesign openeda second adjustment parameter, based on which the time offsetcan be determined when turning off the diagonal switching elements.Also based on the voltage applied to the load can bedetermine an optimal switching time. Particularly preferredit, if the time offset both by the heating current asalso determined by the voltage applied to the load,because in this case a particularly exact and flexible regulationcan be realized.
    [0024] Ineiner weiteren Ausgestaltung wird die H-Brückenschaltung aus einer parallelzu den Schaltelementen angeordneten ersten Kapazität gespeist undder Heizstrom wird übereine Induktivitätim Querzweig geführt.InIn another embodiment, the H-bridge circuit from a parallelfed to the switching elements arranged first capacitor andthe heating current is overan inductanceguided in the shunt branch.
    [0025] DieseAusgestaltung ist besonders geeignet zum induktiven Erwärmen desWerkstücks.Alternativ hierzu kann die erfindungsgemäße Anordnung grundsätzlich jedochauch zum resistiven Erwärmen verwendetwerden. Die weiter oben beschriebenen Vorteile kommen beim induktivenErwärmenjedoch besonders zur Geltung, da die in diesem Fall im Querzweigangeordnete Induktivitäteine abrupte Stromrichtungsumkehr im Querzweig verhindert und infolgedessendie eingangsgenannten Probleme auftreten.TheseDesign is particularly suitable for inductive heating of theWorkpiece.Alternatively, the arrangement according to the invention, however, in principlealso used for resistive heatingbecome. The advantages described above come with the inductiveHeatHowever, particularly to the effect, since in this case in the transverse brancharranged inductanceprevented an abrupt reversal in the transverse branch and consequentlythe initially mentioned problems occur.
    [0026] Ineiner weiteren Ausgestaltung werden die diagonal zueinander liegendenSchaltelemente zeitlich so versetzt zueinander in den nicht-leitendenZustand geschaltet, dass eine in der Induktivität gespeicherte Energie zu maximal20 %, bevorzugt maximal 10 % in die Kapazität umgeladen wird.InIn another embodiment, the diagonal to each otherSwitching elements offset in time to each other in the non-conductiveState switched that a stored energy in the inductor to maximum20%, preferably not more than 10% is reloaded into the capacity.
    [0027] Grundsätzlich istes bevorzugt, wenn die Energie im Querzweig des Wechselrichtersgar nicht in die Kompensationskapazität umgeladen werden muss, daan der Kompensationskapazitätin diesem Fall keine Stromrichtungsumkehr stattfindet. Außerdem stehtin diesem Fall die gesamte Energie dem Aufwärmen des Werkstücks zugute.Da der Stromfluss durch den Induktor allerdings nach einer e-Funktionabnimmt, kann es füreinen flexiblen und schnellen Regelungsvorgang von Vorteil sein,eine gewisse Stromrichtungsumkehr an der Kompensationskapazität in Kaufzu nehmen. Um die oben genannten Probleme wirkungsvoll zu vermeiden,hat sich der hier genannte Grenzwert als eine praktikable Lösung herausgestellt,ohne dass es auf die exakte Einhaltung des Grenzwertes ankommt.Viel wesentlicher ist es, dass die Kompensationskapazität beim (hingenommenenbzw. tolerierten) Umladen hinreichend weit von ihrem maximalen Ladungszustand entferntbleibt, um eine Zerstörungder Schaltelemente im Wechselrichter zuverlässig auszuschließen.BasicallyIt prefers when the energy in the shunt branch of the inverterdoes not have to be reloaded into the compensation capacity becauseat the compensation capacityin this case no reversal occurs. It also standsin this case all the energy will be used to warm up the workpiece.However, since the current flow through the inductor after an e-functionit may decrease forbe a flexible and fast regulatory process,a certain reversal in the direction of the compensation capacity in purchaseto take. To effectively avoid the above problems,the limit mentioned here has proven to be a viable solution,without it depends on the exact compliance with the limit.Much more essential is that the compensation capacity in the (acceptedor tolerated) reloading far enough away from their maximum state of chargeremains a destructionreliably exclude the switching elements in the inverter.
    [0028] Ineiner weiteren Ausgestaltung werden die diagonal zueinander liegendenSchaltelemente zeitlich so versetzt zueinander in den nicht-leitendenZustand geschaltet, dass ein Strom über die Kapazität in einerersten Stromflussrichtung wesentlich größer ist als in der Gegenrichtung.Vorzugsweise ist der Strom in der Gegenrichtung maximal 20 %, eher nochmaximal 10 % des Stroms in der Hauptstromrichtung.InIn another embodiment, the diagonal to each otherSwitching elements offset in time to each other in the non-conductiveState that switched a current across the capacity in onefirst current flow direction is substantially greater than in the opposite direction.Preferably, the current in the opposite direction is at most 20%, rather stillmaximum 10% of the flow in the main flow direction.
    [0029] DieseAusgestaltung ist ein weiteres Kriterium, um den optimalen zeitlichenVersatz beim Ausschalten der diagonalen Schaltelemente zu erreichen.Dabei bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass die angegebenenDesignparameter recht einfach erfasst werden können, so dass der gewünschte zeitlicheVersatz einfach eingestellt werden kann.This embodiment is another criterion for achieving the optimum temporal offset when turning off the diagonal switching elements chen. In this case, this embodiment has the advantage that the specified design parameters can be detected quite easily, so that the desired temporal offset can be easily adjusted.
    [0030] Ineiner weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Versorgungsspannung über einezweite Kapazitätgeglättet,wobei die zweite Kapazität größer istals die erste Kapazität.InAccording to a further embodiment of the invention, the supply voltage via asecond capacitysmoothedwherein the second capacity is largeras the first capacity.
    [0031] DieseAusgestaltung knüpftan die bereits oben erwähnteVariante an, wonach eine HF-taugliche, „kleine" Kapazität zur Kompensation bzw. Energieaufnahmebeim Umschalten des Wechselrichters verwendet wird, während einegrößere undnicht notwendigerweise HF-taugliche Kapazität als Pufferkapazität zum Abfangenvon äußeren Netzschwankungenverwendet wird. Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass trotzder erhöhtenBauteilanzahl die Gesamtkosten der Vorrichtung reduziert werdenkönnen.TheseDesign tiesto the already mentioned aboveVariant, after which an RF-capable, "small" capacity for compensation or energy absorptionwhen switching the inverter is used while abigger andnot necessarily RF-capable capacity as a buffering capacity for interceptionfrom external network fluctuationsis used. This embodiment has the advantage that despitethe heightenedComponent count the total cost of the device can be reducedcan.
    [0032] Wenngleichdas beschriebene Verfahren und die neue Vorrichtung grundsätzlich auchfür andereAnwendungsfälleeingesetzt werden können,ist der bevorzugte Anwendungsfall das induktive Erwärmen einesmetallischen und/oder magnetischen Werkstücks, und zwar insbesonderebeim einseitigen Befestigen eines metallischen Bolzens an einemUntergrund. Ganz besonders bevorzugt wird das neue Verfahren beimAufkleben von Bolzen auf Karosseriebauteile für den Kfz-Bereich angewendet.Die oben beschriebenen Vorteilen kommen bei dieser Anwendung besonderswirkungsvoll zur Geltung.Althoughthe method described and the new device in principle alsofor othersuse casescan be usedthe preferred application is the inductive heating of ametallic and / or magnetic workpiece, in particularwhen fastening a metallic bolt on one sideUnderground. Very particular preference is given to the new methodGlueing bolts applied to body parts for the automotive sector.The advantages described above are particularly useful in this applicationEffectively effective.
    [0033] Esversteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehendnoch zu erläuternden Merkmalenicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch inanderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohneden Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Itit is understood that the above and the followingyet to be explained featuresnot only in the specified combination, but also inother combinations or alone, withoutto leave the scope of the present invention.
    [0034] Ausführungsbeispieleder Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in dernachfolgenden Beschreibung nähererläutert.Es zeigen:embodimentsThe invention are illustrated in the drawings and in thefollowing descriptionexplained.Show it:
    [0035] 1 einevereinfachte schematische Darstellung eines Roboters, der einenmetallischen Bolzen mit Hilfe des neuen Verfahrens an einer Platte befestigt, 1 a simplified schematic representation of a robot that attaches a metallic bolt to a plate using the new method,
    [0036] 2 einevereinfachte blockschaltbildmäßige Darstellungder erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 a simplified block diagram representation of the device according to the invention,
    [0037] 3 daselektrische Schaltbild einer gattungsgemäßen Vorrichtung zum induktivenErwärmenvon metallischen Werkstücken, 3 the electrical diagram of a generic device for inductive heating of metallic workpieces,
    [0038] 4 ausgewählte Strom-und Spannungsverläufebei der Vorrichtung aus 3, 4 selected current and voltage curves in the device 3 .
    [0039] 5 daselektrische Schaltbild einer nach der Erfindung bevorzugten Vorrichtungzum induktiven Erwärmenvon Werkstücken, 5 the electrical diagram of a preferred according to the invention device for inductive heating of workpieces,
    [0040] 6 ausgewählte Strom-und Spannungsverläufebei der Vorrichtung aus 5, 6 selected current and voltage curves in the device 5 .
    [0041] 7 ausgewählte Strom-und Spannungsverläufebei der Vorrichtung aus 5 in einer alternativen Betriebsart,und 7 selected current and voltage curves in the device 5 in an alternative mode, and
    [0042] 8 eineschematische Darstellung der Schaltfolgen für die Schaltelemente in derVorrichtung gemäß 5. 8th a schematic representation of the switching sequences for the switching elements in the device according to 5 ,
    [0043] 1 zeigtin einer vereinfachten Darstellung einen Roboter 10, dereinen Bolzen 12 an einer Platte 14 durch Klebenbefestigt. Der Roboter 10 besitzt eine Greifeinrichtung 16,die den Bolzen 12 festhält.In der Greifeinrichtung 16 ist außerdem eine erfindungsgemäße Vorrichtungzum Erwärmendes Bolzens angeordnet (hier nicht dargestellt). Der Bolzen 12 besitztan seinem unteren Ende einen Flansch 18, auf dessen Unterseiteein Klebstoff 20 aufgebracht ist. Der Klebstoff 20 härtet durchErwärmenaus, so dass der Roboter 10 den Bolzen 12 durchgezielte thermische Erwärmungan der Platte 14 befestigen kann. Grundsätzlich istdie Erfindung jedoch auf diesen bevorzugten Anwendungsfall nicht beschränkt. 1 shows in a simplified representation of a robot 10 that a bolt 12 on a plate 14 attached by gluing. The robot 10 has a gripping device 16 that the bolt 12 holds. In the gripping device 16 In addition, a device according to the invention for heating the bolt is arranged (not shown here). The bolt 12 has at its lower end a flange 18 , on the underside of an adhesive 20 is applied. The adhesive 20 cures by heating, leaving the robot 10 the bolt 12 through targeted thermal heating on the plate 14 can attach. In principle, however, the invention is not limited to this preferred application.
    [0044] In 2 isteine erfindungsgemäße Vorrichtungzum Erwärmendes Bolzens 12 in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 24 bezeichnet.Die Vorrichtung 24 besitzt einen Eingang 26 zumZuführeneiner Versorgungsspannung. In den bevorzugten Anwendungsfällen handeltes sich um eine dreiphasige Versorgungsspannung, weshalb der Eingang 26 hiermit drei Anschlüssendargestellt ist. Die zugeführteVersorgungsspannung wird übereinen Gleichrichter 28 gleichgerichtet und geglättet. Andem nachfolgenden Wechselrichter 30 liegt damit eine geglättete Gleichspannungan. Der Wechselrichter 30 erzeugt aus der zugeführten Gleichspannungeinen in seinem Verlauf schwankenden Heizstrom, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispieleine Induktionsspule 32 durchfließt. Die Induktionsspule 32 umgibtden Schaft des metallischen Bolzens 12, so dass der Bolzen 12 durchden Heizstrom induktiv erwärmtwird.In 2 is an inventive device for heating the bolt 12 in their entirety with the reference numeral 24 designated. The device 24 has an entrance 26 for supplying a supply voltage. In the preferred applications, it is a three-phase supply voltage, which is why the input 26 shown here with three connections. The supplied supply voltage is via a rectifier 28 rectified and smoothed. At the next inverter 30 is thus applied to a smoothed DC voltage. The inverter 30 generates from the supplied DC voltage in its course fluctuating heating current, which in the preferred embodiment, an induction coil 32 flows. The induction coil 32 surrounds the shank of the metallic bolt 12 , so the bolt 12 is inductively heated by the heating current.
    [0045] DieAnordnung in 2 ist vereinfacht dargestellt.Grundsätzlichkönntedie Induktionsspule 32 auch über einen hier nicht gezeigtenTransformator mit dem Wechselrichter 30 verbunden sein.Die vorliegende Erfindung ist jedoch unabhängig davon, ob ein solcherTransformator verwendet wird oder nicht.The arrangement in 2 is shown simplified. Basically, the induction coil could 32 also via a transformer not shown here with the inverter 30 be connected. However, the present invention is independent of whether such a transformer is used or not.
    [0046] Mitder Bezugsziffer 34 ist eine Ansteuerschaltung bezeichnet,die in der nachfolgend erläutertenWeise Schaltelemente (hier nicht gezeigt) im Wechselrichter 30 ansteuert.Durch die Art der Ansteuerung wird der Verlauf des Heizstroms inder Induktionsspule 32 bestimmt und infolge davon die thermischeErwärmungdes Bolzens 12. In dem hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispielerhält dieAnsteuerschaltung 34 Messsignale von einem Strommesser 36 undeinem Spannungsmesser 38, mit denen der Heizstrom durchdie Induktionsspule 32 bzw. die Spannung über derInduktionsspule 32 bestimmbar sind. Die Ansteuerschaltung 34 bestimmtanhand der erhaltenen Messwerte den zeitlichen Versatz beim Ausschaltenvon diagonal im Wechselrichter 30 liegenden Schaltelementen(wird nachfolgend ausgeführt).Alternativ hierzu könntedie Ansteuerschaltung 34 auch mit fest voreingestellten Verzögerungszeitenversehen sein, so dass in diesem Fall der Strommesser 36 undder Spannungsmesser 38 entfallen können. Darüber hinaus können derStrommesser 36 und der Spannungsmesser 38 in anderenAusführungsbeispielenauch alternativ zueinander verwendet werden.With the reference number 34 is a drive circuit referred to, in the manner explained below switching elements (not shown here) in the inverter 30 controls. Due to the type of control, the course of the heating current in the induction coil 32 determined and as a result of the thermal heating of the bolt 12 , In the preferred embodiment shown here, the drive circuit receives 34 Measuring signals from an ammeter 36 and a voltmeter 38 , with which the heating current through the induction coil 32 or the voltage across the induction coil 32 are determinable. The drive circuit 34 determines the time offset when switching off diagonally in the inverter based on the measured values obtained 30 lying switching elements (will be explained below). Alternatively, the drive circuit could 34 also be provided with fixed preset delay times, so that in this case the ammeter 36 and the voltmeter 38 can be omitted. In addition, the power meter can 36 and the voltmeter 38 in other embodiments also be used alternatively to each other.
    [0047] 3 zeigtden schaltungstechnischen Aufbau einer gattungsgemäßen Anordnung,von der die vorliegende Erfindung ausgeht. Die netzseitige Eingangsspannungist in 3 anhand einer Spannungsquelle EN und eines (Innen-)WiderstandesRN dargestellt. Eine Diode DN symbolisiert den Gleichrichter 28.Die Spannungsquelle EN, Widerstand RN und Diode DN liegen in Seriezueinander und liefern die Betriebsspannung für die nachfolgend erläuterte Steuerschaltung. 3 shows the circuit structure of a generic arrangement from which the present invention proceeds. The mains input voltage is in 3 represented by a voltage source EN and an (internal) resistor RN. A diode DN symbolizes the rectifier 28 , The voltage source EN, resistor RN and diode DN are in series with each other and provide the operating voltage for the control circuit explained below.
    [0048] DieSteuerschaltung beinhaltet im Wesentlichen den Wechselrichter 30,der hier vier steuerbare Schaltelemente (typischerweise Transistoren)in einer H-Brückenanordnungenthält.Die vier Schaltelemente S_P1, S_N1, S_N2 und S_P2 sind in den vier Endzweigender H-Brückenschaltungangeordnet. Dabei liegen die Schaltelemente S_P1 und S_N2 in Seriezueinander im ersten Längszweig 42,während dieSchaltelemente S_N1 und S_P2 in Serie zueinander den zweiten Längszweig 44 bilden.The control circuit essentially includes the inverter 30 which contains four controllable switching elements (typically transistors) in an H-bridge arrangement. The four switching elements S_P1, S_N1, S_N2 and S_P2 are arranged in the four end branches of the H-bridge circuit. The switching elements S_P1 and S_N2 are in series with each other in the first longitudinal branch 42 while the switching elements S_N1 and S_P2 in series with each other, the second longitudinal branch 44 form.
    [0049] Antiparallelzu jedem Schaltelement befindet sich eine in Sperrrichtung angeordneteFreilaufdiode, wobei die Bezeichnungen D_P1, D_N1, D_N2 und D_P2entsprechend der Bezeichnung der jeweiligen Schaltelemente gewählt sind.Im Querzweig 46 der H-Brückenschaltungbefindet sich eine InduktivitätL1 und ein die Ohm'schenVerluste symbolisierender Widerstand R1. Parallel zu den beidenLängszweigen 42, 44 derH-Brückenschaltungist außerdem nocheine Serienschaltung aus einer Kompensationskapazität C_ZK undeinem Verlustwiderstand R_ZK dargestellt.Antiparallel to each switching element is a arranged in the reverse direction free-wheeling diode, the names D_P1, D_N1, D_N2 and D_P2 are selected according to the name of the respective switching elements. In the transverse branch 46 the H-bridge circuit is an inductance L1 and a resistor R1 symbolizing the ohmic losses. Parallel to the two longitudinal branches 42 . 44 In addition, the H-bridge circuit is a series circuit of a compensation capacitor C_ZK and a loss resistor R_ZK shown.
    [0050] Beidieser an sich bekannten Anordnung werden die diagonal zueinanderliegenden Schaltelement S_P1, S_P2 bzw. S_N1, S_N2 jeweils zeitgleichzueinander ein- und ausgeschaltet, wobei jeweils nur ein Diagonalzweigleitend und der andere sperrend ist. Dies hat zur Folge, dass einStrom durch den Querzweig 46 der H-Brückenschaltung fließt. Um dasSchaltverhalten zu analysieren, sei nachfolgend zunächst davonausgegangen, dass ein Stromfluss entlang der strichpunktierten Linie 50 erfolgt,nämlichvon der KapazitätC_ZK überden Widerstand R_ZK, das Schaltelement S_P1, die Induktivität L1, denWiderstand R1 und das Schaltelement S_P2. Dieser Strom fließt im Uhrzeigersinndurch die genannten Bauelemente, wobei die Schaltelemente S_P1,S_P2 dementsprechend leitend geschaltet sind, während die Schaltelemente S_N1und S_N2 sich im nicht-leitenden Zustand befinden.In this arrangement, which is known per se, the switching elements S_P1, S_P2 or S_N1, S_N2 located diagonally to one another are switched on and off at the same time as each other, with only one diagonal branch being conductive and the other blocking. This has the consequence that a current through the shunt branch 46 the H-bridge circuit flows. In order to analyze the switching behavior, it is initially assumed that a current flow along the dot-dash line 50 takes place, namely of the capacitance C_ZK via the resistor R_ZK, the switching element S_P1, the inductance L1, the resistor R1 and the switching element S_P2. This current flows clockwise through said components, the switching elements S_P1, S_P2 are accordingly turned on, while the switching elements S_N1 and S_N2 are in the non-conductive state.
    [0051] Werdennun die Schaltelemente S_P1, S_P2 gleichzeitig ausgeschaltet, d.h.in ihren nicht-leitenden Zustand versetzt, ergibt sich ein Stromverlaufgemäß der gestricheltenLinie 52. Da der Strom an der Induktivität L1 nichtspringen kann, treibt die Induktivität L1 den Strom über dieFreilaufdiode D_N1 und den Widerstand R_ZK zur Kompensationskapazität C_ZK.von dort fließter überdie Freilaufdiode D_N2 zur Induktivität L1 zurück. Wie man anhand der eingezeichnetenPfeile erkennen kann, hat das Ausschalten der Schaltelemente S_P1,S_P2 also eine abrupte Stromrichtungsumkehr im Zweig der Kompensationskapazität C_ZK zurFolge.If the switching elements S_P1, S_P2 are now switched off at the same time, ie put into their non-conducting state, a current characteristic according to the dashed line results 52 , Since the current at the inductance L1 can not jump, the inductance L1 drives the current through the freewheeling diode D_N1 and the resistor R_ZK to the compensation capacitance C_ZK. from there it flows back to the inductance L1 via the freewheeling diode D_N2. As can be seen on the basis of the drawn arrows, switching off the switching elements S_P1, S_P2 thus results in an abrupt reversal of the current direction in the branch of the compensation capacitor C_ZK.
    [0052] DerStromverlauf an der KapazitätC_ZK ist in 3 dargestellt (Kurve mit Quadraten).Man erkennt, dass der Strom von seinem negativen Maximalwert abruptauf seinen positiven Maximalwert springt (nämlich beim Ausschalten derSchaltelemente S_P1, S_P2). Anschließend wird die Kapazität nach der üblichene-Funktion umgeladen. Der Spannungsverlauf an der Kapazität D_ZK istsägezahnförmig. Dieabrupte Stromrichtungsumkehr verursacht allerdings starke HF-Störungen,die durch geeignete Filtermaßnahmenunterdrücktwerden müssen.Darüberhinaus muss die KapazitätC_ZK in diesem Anwendungsfall so dimensioniert sein, dass sie diegesamte in der InduktivitätL1 gespeicherte Energie beim Umladen aufnehmen kann.The current flow at the capacitance C_ZK is in 3 represented (curve with squares). It can be seen that the current abruptly jumps from its negative maximum value to its positive maximum value (namely when the switching elements S_P1, S_P2 are switched off). Then the capacity is reloaded after the usual e-function. The voltage curve at the capacitance D_ZK is sawtooth-shaped. However, the abrupt reversal of the current direction causes strong RF disturbances, which must be suppressed by suitable filter measures. In addition, the capacitance C_ZK in this application must be dimensioned so that it can absorb the entire stored in the inductance L1 energy during reloading.
    [0053] Nachdem Einschalten der diagonal liegenden Schaltelemente S_N1 und S_N2fließtder Strom dann entlang der Bahn, die mit der Linie 54 dargestelltist. Beim Ausschalten der Schaltelemente S_N1 und S_N2 findet eineerneute abrupte Stromrichtungsumkehr an der Kapazität C_ZK statt.After switching on the diagonally lying switching elements S_N1 and S_N2, the current then flows along the path that corresponds to the line 54 is shown. When switching off the switching elements S_N1 and S_N2 a renewed abrupt current direction reversal takes place at the capacitance C_ZK.
    [0054] 5 zeigteinen ähnlichenSchaltungsaufbau, wobei der Wechselrichter hier allerdings nach demneuen Verfahren angesteuert wird. Zur Erläuterung sei von derselben Ausgangssituationausgegangen, nämlicheinem Stromfluss von der Kapazität C_ZK über denWiderstand R_ZK, das Schaltelement S_P1, die Induktivität L1, denWiderständenR1 und das Schaltelement S_P2. Wird nun das Schaltelement S_P1 ausgeschaltet,das Schaltelement S_P2 jedoch nicht, fließt der in L1 induzierte Strom über denWiderstand R1, das (geschlossene!) Schaltelement S_P2 und die FreilaufdiodeD_N2, wie dies anhand der Linie 56 dargestellt ist. Deruntere Kreis der H-Brückenschaltungwird somit vom Rest der Schaltung abgekoppelt. Eine Stromrichtungsumkehr ander KapazitätC_ZK tritt nicht auf. Erst wenn die in der Induktionsspule L1 gespeicherteEnergie weitgehend abgebaut ist, wird auch das Schaltelement S_P2geöffnetund praktisch zeitgleich dazu werden die Schaltelemente S_N1 undS_N2 geschlossen. Damit ist ein erneuter Stromfluss aus der Kapazität C_ZK inden Querzweig der H-Brückenschaltung über dieSchaltelemente S_N1 und S_N2 möglich, wiedies anhand der Linie 54 dargestellt ist. 5 shows a similar circuit structure, the inverter here, however, is driven by the new method. For explanation, it is assumed that the same starting situation applies gen, namely a current flow of the capacitor C_ZK via the resistor R_ZK, the switching element S_P1, the inductance L1, the resistors R1 and the switching element S_P2. If the switching element S_P1 is now switched off, but the switching element S_P2 is not, the current induced in L1 flows via the resistor R1, the (closed!) Switching element S_P2 and the free-wheeling diode D_N2, as shown by the line 56 is shown. The lower circle of the H-bridge circuit is thus disconnected from the rest of the circuit. A reversal of the current at the capacitor C_ZK does not occur. Only when the stored energy in the induction coil L1 is largely degraded, and the switching element S_P2 is opened and practically at the same time, the switching elements S_N1 and S_N2 are closed. Thus, a renewed current flow from the capacitance C_ZK in the shunt branch of the H-bridge circuit via the switching elements S_N1 and S_N2 is possible, as with reference to the line 54 is shown.
    [0055] Dieentsprechenden Strom- und Spannungsverläufe an der Kapazität C_ZK sindin 6 gezeigt. Beim Ausschalten des ersten SchaltelementsS_P1 im Diagonalzweig springt der Strom an der Kapazität C_ZK aufNull. Erst wenn das zweite diagonale Schaltelements S_P2 ausgeschaltetund die beiden anderen diagonalen Schaltelemente S_N1 und S_N2 eingeschaltetwerden, fließtwieder ein Strom aus der Kapazität,jedoch in gleicher Richtung wie zuvor.The corresponding current and voltage curves at the capacitance C_ZK are in 6 shown. When the first switching element S_P1 is switched off in the diagonal branch, the current at the capacitor C_ZK jumps to zero. Only when the second diagonal switching element S_P2 is turned off and the two other diagonal switching elements S_N1 and S_N2 are turned on, again flows a current from the capacitance, but in the same direction as before.
    [0056] In 7 istein Stromverlauf bei einem geringeren zeitlichen Versatz T zwischenden Ausschaltvorgängendargestellt. Der Strom durch die Kapazität C_ZK springt beim Ausschaltendes ersten diagonalen Schaltelements S_P1 auf Null. Da die Energie ausder InduktivitätL1 in diesem Fall noch nicht vollständig abgebaut ist, springtder Strom im Zweig der KapazitätC_ZK beim Ausschalten des zweiten Schaltelements S_P2 in die Gegenrichtung,jedoch in einem geringeren Maß alsbei dem gattungsgemäßen Verfahren.Im vorliegenden Fall beträgtder Strom in der Gegenrichtung nur etwa 10% (oder weniger) des maximalenStroms in der Hauptrichtung.In 7 a current waveform is shown at a smaller time offset T between the turn-off. The current through the capacitor C_ZK jumps to zero when the first diagonal switching element S_P1 is switched off. Since the energy from the inductance L1 is not completely dissipated in this case, the current in the branch of the capacitance C_ZK jumps in the opposite direction when the second switching element S_P2 is switched off, but to a lesser extent than in the generic method. In the present case, the current in the opposite direction is only about 10% (or less) of the maximum current in the main direction.
    [0057] In 8 sinddie Schaltverläufefür dievier Schaltelemente nochmals symbolisch dargestellt. Ein Verlauf 60 zeigt,wann das Schaltelement S_P1 ein- bzw. ausgeschaltet wird. Der Verlauf 62 gehört zum SchaltelementS_P2, der Verlauf 64 zum Schaltelement S_N1 und der Verlauf 66 zumSchaltelement S_N2. Die jeweils diagonal zueinander liegenden SchaltelementeS_P!, S_P" bzw.S_N1, S_N2 werden als Gruppe ein- bzw. ausgeschaltet, wobei innerhalbjeder Gruppe eines der Schaltelemente um den zeitlichen VersatzT längereingeschaltet bleibt als das andere. Das Einschalten der neuen Diagonalgruppeerfolgt unmittelbar nachdem das zweite Schaltelement der jeweilsanderen Gruppe ausgeschaltet wurde.In 8th the switching characteristics for the four switching elements are shown again symbolically. A course 60 shows when the switching element S_P1 is turned on or off. The history 62 belongs to the switching element S_P2, the history 64 to the switching element S_N1 and the course 66 to the switching element S_N2. The respective diagonally opposite switching elements S_P !, S_P "or S_N1, S_N2 are switched on or off as a group, wherein within each group one of the switching elements remains switched on by the temporal offset T longer than the other immediately after the second switching element of the other group has been switched off.
    [0058] Aufgrunddes neuen Schaltverhaltens kann die Kapazität C_ZK in der Schaltungsanordnunggemäß 5 kleinerdimensioniert sein. Um trotzdem Netzspannungsschwankungen, wie siein rauen Produktionsumgebungen häufigauftreten, abfangen zu können,ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß 5 eineweitere Kapazität 70 vorgesehen. DieKapazität 70 kannvor oder nach der Diode DN, in jedem Fall jedoch parallel zu denSchaltelementen angeordnet sein.Due to the new switching behavior, the capacitance C_ZK in the circuit arrangement according to 5 smaller dimensions. In order to still be able to intercept mains voltage fluctuations, as they frequently occur in harsh production environments, in the preferred embodiment according to 5 another capacity 70 intended. The capacity 70 can be arranged before or after the diode DN, but in any case in parallel to the switching elements.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1]
    Verfahren zum Erzeugen eines elektrischen Heizstroms,insbesondere zum induktiven Erwärmen einesmetallischen oder magnetischen Werkstücks (12), wobei derHeizstrom mit Hilfe eines Wechselrichters (30) aus einereingangseitigen Versorgungsspannung erzeugt wird, wobei der Wechselrichter (30)vier steuerbare Schaltelemente (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2) aufweist,die zueinander in einer H-Brückenschaltungmit zwei parallelen Längszweigen(42, 44) und einem Querzweig (46) angeordnetsind, und wobei jeweils diagonal zueinander liegende Schaltelemente(S_P1, S_P2; S_N1, S_N2) der H-Brückenschaltung so angesteuertwerden, dass der Heizstrom durch den Querzweig (46) fließt, dadurchgekennzeichnet, dass die diagonal zueinander liegenden Schaltelemente(S_P1, S_P2; S_N1, S_N2) zeitlich versetzt zueinander vom leitendenin den nicht-leitenden Zustand geschaltet werden.Method for generating an electrical heating current, in particular for inductive heating of a metallic or magnetic workpiece ( 12 ), wherein the heating current with the aid of an inverter ( 30 ) is generated from an input-side supply voltage, wherein the inverter ( 30 ) has four controllable switching elements (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2) which are connected to one another in an H-bridge circuit with two parallel longitudinal branches ( 42 . 44 ) and a transverse branch ( 46 ) are arranged, and wherein each diagonally to each other switching elements (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2) of the H-bridge circuit are driven so that the heating current through the shunt branch ( 46 ), characterized in that the switching elements (S_P1, S_P2; S_N1, S_N2) lying diagonally to one another are switched from the conducting state to the non-conducting state with a time offset from one another.
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die diagonal zueinander liegenden Schaltelemente (S_P1, S_P2;S_N1, S_N2) zeitgleich zueinander vom nichtleitenden in den leitendenZustand geschaltet werden.Method according to claim 1, characterized in thatin that the switching elements (S_P1, S_P2;S_N1, S_N2) at the same time from each other from the non-conductive to the conductiveBe switched state.
    [3]
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die jeweils einen diagonal zueinander liegenden Schaltelemente(S_P1, S_P2) erst dann in den leitenden Zustand geschaltet werden,nachdem die jeweils anderen diagonal liegenden Schaltelemente (S_N1,S_N2) vom leitenden in den nicht-leitenden Zustand geschaltet sind.Method according to claim 1 or 2, characterizedthat each one diagonally to each other switching elements(S_P1, S_P2) are then switched to the conducting state,after the respective other diagonally lying switching elements (S_N1,S_N2) are switched from conductive to non-conductive state.
    [4]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass zunächstein erstes der diagonal liegenden Schaltelemente (S_P1) in den nicht-leitendenZustand geschaltet wird und dass das zweite der diagonal liegendenSchaltelemente (S_P2) anschließendin Abhängigkeitvon dem Heizstrom im Querzweig (46) in den nichtleitendenZustand geschaltet wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that first a first of the diagonal switching elements (S_P1) is switched to the non-conductive state and that the second of the diagonally lying switching elements (S_P2) then in dependence on the heating current in the shunt branch ( 46 ) is switched to the non-conducting state.
    [5]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Heizstrom im Querzweig (46) über einen Verbraucher (L1)geführt wirdund dass das zweite der diagonal liegenden Schaltelemente (S_P2)in Abhängigkeitvon einer Spannung überdem Verbraucher (L1) in den nicht-leitenden Zustand geschaltet wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heating current in the transverse branch ( 46 ) is guided via a load (L1) and that the second of the diagonally lying switching elements (S_P2) in dependence on a Voltage across the load (L1) is switched to the non-conductive state.
    [6]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass die H-Brückenschaltungaus einer parallel zu den Schaltelementen angeordneten ersten Kapazität (C_ZK)gespeist wird und dass der Heizstrom über eine Induktivität (L1) im Querzweig(46) geführtwird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the H-bridge circuit of a parallel to the switching elements arranged first capacitor (C_ZK) is fed and that the heating current via an inductance (L1) in the shunt branch ( 46 ) to be led.
    [7]
    Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass die diagonal zueinander liegen Schaltelemente (S_P1, S_P2;S_N1, S_N2) zeitlich so versetzt zueinander in den nichtleitendenZustand geschaltet werden, dass eine in der Induktivität (L1) gespeicherteEnergie zu maximal 20%, vorzugsweise maximal 10 %, in die Kapazität umgeladenwird.Method according to Claim 6, characterizedin that the switching elements (S_P1, S_P2;S_N1, S_N2) offset in time to each other in the non-conductiveBe switched state that stored in the inductance (L1)Energy to a maximum of 20%, preferably a maximum of 10%, reloaded into the capacitybecomes.
    [8]
    Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass die diagonal zueinander liegen Schaltelemente (S_P1, S_P2;S_N1, S_N2) zeitlich so versetzt zueinander in den nicht leitendenZustand geschaltet werden, dass ein Strom über die Kapazität (C_ZK)in einer ersten Stromflussrichtung wesentlich größer ist als in der Gegenrichtung.Method according to Claim 6, characterizedin that the switching elements (S_P1, S_P2;S_N1, S_N2) offset in time to each other in the non-conductiveState that a current is switched across the capacitance (C_ZK)is significantly larger in a first current flow direction than in the opposite direction.
    [9]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Versorgungsspannung übereine zweite Kapazität(70) geglättet wird,wobei die zweite Kapazitätgrößer istals die erste Kapazität(C_ZK).Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the supply voltage via a second capacitance ( 70 ), wherein the second capacitance is greater than the first capacitance (C_ZK).
    [10]
    Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Heizstroms,mit einem Eingang zum Zuführeneiner Versorgungsspannung, mit einem Wechselrichter (30),der vier steuerbare Schaltelement (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2) aufweist,die zueinander in einer H-Brückenschaltungmit zwei parallelen Längszweigen(42, 44) und einem Querzweig (46) angeordnet sind,und mit einer Ansteuerschaltung (34), die dazu ausgebildetist, die jeweils diagonal zueinander liegenden Schaltelemente (S_P1,S_P2; S_N1, S_N2) der H-Brückenschaltungso anzusteuern, dass der Heizstrom durch den Querzweig (46)fließt,dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (34) fernerso ausgebildet ist, dass sie die diagonal zueinander liegenden Schaltelemente(S_P1, S_P2; S_N1, S_N2) zeitlich versetzt zueinander vom leitendenin den nichtleitenden Zustand schaltet.Device for generating an electric heating current, having an input for supplying a supply voltage, having an inverter ( 30 ), which has four controllable switching elements (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2) arranged in an H-bridge circuit with two parallel longitudinal branches ( 42 . 44 ) and a transverse branch ( 46 ) are arranged, and with a drive circuit ( 34 ), which is designed to control the respective diagonally lying switching elements (S_P1, S_P2, S_N1, S_N2) of the H-bridge circuit so that the heating current through the shunt branch ( 46 ) flows, characterized in that the drive circuit ( 34 ) is further designed such that it switches the diagonally opposite switching elements (S_P1, S_P2; S_N1, S_N2) offset in time from one another from the conducting to the non-conducting state.
    [11]
    Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 10 zuminduktiven Erwärmeneines metallischen und/oder magnetischen Werkstücks, insbesondere zum einseitigenBefestigen eines metallischen Bolzens (12) an einem Untergrund(14).Use of a device according to claim 10 for inductive heating of a metallic and / or magnetic workpiece, in particular for one-sided fastening of a metallic bolt ( 12 ) on a substrate ( 14 ).
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    USRE41796E1|2010-10-05|
    JP2007524211A|2007-08-23|
    EP1719389A1|2006-11-08|
    US20070000917A1|2007-01-04|
    DE102004010331B4|2014-03-20|
    WO2005081585A1|2005-09-01|
    US7375986B2|2008-05-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    US12/378,474| USRE41796E1|2004-02-25|2009-02-13|Method and device for producing an electric heating current, particularly for inductive heating of a workpiece|
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