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Die Erfindung betrifft Schweissgeräte bzw. Schweissanlagen sowie Verfahren zum Steuern und/oder Regeln der einem Schweissprozess zuzuführenden Gasmenge, wie in den Ansprüchen 1, 2 und 22,23 beschrieben.
Es sind bereits Vorrichtungen zur Regelung der Gasdurchflussmenge zur Bildung einer Schutz- gasatmosphäre für einen Schweissprozess bekannt. Bei diesen aus dem Stand der Technik bekann- ten Vorrichtungen zur Gaszufuhr von einem Gasspeicher über eine Versorgungsleitung kommt es beim Start des Schweissprozesses zu einer unnötig hohen Gaszufuhr, wodurch der Lichtbogen verzerrt, im Extremfall sogar Verblasen wird und ein sehr unwirtschaftlicher Einsatz des Gases gegeben ist.
Aus der EP 0 993 895 A1 ist eine Vorrichtung zum Lichtbogenschweissen mit einem Schweiss- brenner, einer Schutzgasquelle, einer Leitung zwischen dem Schweissbrenner und dieser Schutz- gasquelle, einem Magnetventil, welches ebenfalls in dieser Leitung angeordnet ist, und mit Mittel, um ein Signal in Abhängigkeit von physikalischen Grössen eines Lichtbogens zu erzeugen, be- kannt. Dieses Signal regelt das Magnetventil und infolgedessen auch die Gasdurchflussmenge.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass durch die Einbindung einer physikalischen Grösse des Lichtbogens zwar die theoretisch zugeführte Gasmenge während des Schweissprozesses kontrol- liert werden kann, es aber nicht möglich ist, Rückschlüsse auf die tatsächlich zugeführte Gasmen- ge zu ziehen und eine zu hohe Gaszuführung beim Start des Schweissprozesses nicht verhindert wird. Weiters ist es nicht möglich, Rückschlüsse auf die noch verbleibende Menge im Gasspeicher und die daraus resultierende noch mögliche Schweisszeit zu ziehen.
Aus der EP 0 257 766 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden oder Schwei- #en mit einem Ultraschall-Plasmabrenner bekannt. Dabei wird aus einem Gasspeicher (1) über ein Trennventil (2) eine Gasversorgungsleitung (4), welche einen Druckregler (3) aufweist, gespeist. Im Verlauf der Gasversorgungsleitung (4) vom Gasspeicher (1) zur Düse (11) des Plasmabrenners (10) ist ein Konstant-Durchflussventil (5), eine Druckanzeigevorrichtung (6) und ein Druckreduzierer (7) angeordnet. Zwischen dem Druckreduzierer (7) und dem Plasmabrenner (10) ist eine Gas- durchflusskontrolleinheit (8) vorgesehen.
Die Gasdurchflusskontrolleinheit (8) ist zum hochfrequen- ten Modulieren des Gasstromes ausgebildet, wobei die Frequenz der Modulation gleich gewählt sein soll wie die Frequenz der durchzuführenden Arbeitszyklen des Schneid- oder Schweissbren- ners.
Nachteilig an der EP 0 257 766 A2 ist, wie auch schon bei der EP 0 993 895 A1 erwähnt, dass zwar der Soll-Wert der zuzuführenden Gasmenge während des Schweissprozesses kontrolliert und geändert werden kann, es aber nicht möglich ist, Rückschlüsse auf die tatsächlich zugeführte Gasmenge zu ziehen und eine zu hohe Gaszuführung beim Start des Schweissprozesses nicht verhindert wird. Weiters ist es nicht möglich, Rückschlüsse auf die noch verbleibende Menge im Gasspeicher und die daraus resultierende, noch mögliche Schweisszeit zu ziehen.
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Schweissgerät bzw. eine Schweissanlage zu schaf- fen, welche eine zu hohe Gaszufuhr vermeidet und somit einen wirtschaftlichen Einsatz des benö- tigten Schutzgases gewährleistet, und dennoch eine ausreichende Schutzgasatmosphäre für verschiedene Schweissprozesse gewährleistet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruches 1 ge- löst. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch die Anordnung der Vorrichtung in der Versorgungsleitung die Möglichkeit geschaffen wird, die Gasdurchflussmenge auf einfachem Weg zu ermitteln, wodurch der Istwert der Gasdurchflussmenge für einen Regelprozess ermittelt werden kann und der Sollwert in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebseinstellungen bzw. verschiedenen Schweissparametern ermittelt wird und der Soll- und/oder Istwert mit einem Korrekturwert, welcher in Abhängigkeit des verwendeten Gases ermittelt wird, korrigiert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiters durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspru- ches 2 gelöst. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Sollwert der Gasmenge in Abhängigkeit von Parame- tern des Schweissprozesses und/oder Betriebseinstellungen am Schweissgerät ermittelt wird und der zeitliche Verlauf der zuzuführenden Gasmenge am Start des Schweissprozesses genau defi- niert werden kann, wodurch eine Vorlaufzeit und deren exakter zeitlicher Verlauf vorbestimmbar ist und somit ein wirtschaftlicher Einsatz des Gases am Start des Schweissprozesses gewährleistet ist.
Durch eine Massnahme gemäss Anspruch 3 wird der Vorteil erzielt, dass aus allen für den Soll- und/oder Istwert relevanten Grössen bzw. Daten ein Gesamtkorrekturwert errechenbar ist, welcher
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beim Soll- und/oder Istwert berücksichtigt wird. Die Merkmale des Anspruches 4 beschreiben vorteilhafte Parameter des Schweissprozesses bzw. Betriebseinstellungen am Schweissgerät, welche zur Ermittlung des Gesamtkorrekturwertes herangezogen werden können.
Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung gemäss Anspruch 5, da dadurch erzielt werden kann, dass mehrere Korrekturwerte zur Veränderung der Soll- und/oder Istwerte berechnet werden.
Beispielsweise kann der Istwert mit einem von der Gasart abhängigen Korrekturwert beaufschlagt werden und der Sollwert in Abhängigkeit von Parametern des Schweissprozesses und/oder Be- triebseinstellungen am Schweissgerät verändert werden.
Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform nach Anspruch 6, da dadurch der vom Steuer- und/oder Regelventil geregelte Wert der Gasdurchflussmenge gemessen wird und somit eine Rück- meldung über die Effizienz der Regelung an die Steuervorrichtung des Schweissgerätes geliefert werden kann.
Vorteilhaft ist weiters eine Ausbildung gemäss Anspruch 7, da es damit möglich ist, ein bekann- tes und sehr effektiv arbeitendes bzw. störungsunempfindliches Messverfahren für die Istwerterfas- sung der Gasdurchflussmenge heranzuziehen.
Der Vorteil der Ausgestaltung gemäss Anspruch 8 ist darin zu sehen, dass die Vorrichtung zur Ermittlung der Gasdurchflussmenge mit einer eigenen Steuervorrichtung ausgestattet ist und somit Auswertungen bzw. Rechenoperationen direkt von der Vorrichtung zur Ermittlung der Gasdurch- flussmenge durchgeführt werden können und die Steuer- und/oder Regelvorrichtung des Schweiss- gerätes entlastet bleibt.
Durch die Ausbildung nach Anspruch 9 ist es möglich, eine gewünschte Regelcharakteristik festzulegen und beim Start und/oder nach dem Beenden des Schweissprozesses immer eine Gaszuführung gemäss dieser gespeicherten Regelcharakteristik zu erhalten.
Die Merkmale im Anspruch 10 beschreiben eine vorteilhafte Ausführungsform für die Verwen- dung beim händischen Schweissen.
Der Anspruch 11beschreibt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zum Ermitteln der Gasdurchflussmenge, welche sich in der Praxis als zuverlässig und störungsunempfindlich heraus- gestellt hat.
Durch eine weitere mögliche Ausgestaltung gemäss Anspruch 12 wird vorteilhafterweise er- reicht, dass die Vorrichtung zur Ermittlung der Gasdurchflussmenge auf jenes Gas kalibriert wird, welche die grösste Wärmeaufnahmekapazität der üblicherweise verwendeten Gase aufweist und so die Umrechnung der tatsächlichen Gasdurchflussmenge bei der Verwendung von anderen Gasen erleichtert wird, da somit alle anderen Gase eine geringere Wärmeaufnahmefähigkeit besitzen müssen.
Der Anspruch 13 beschreibt vorteilhafte Gasdurchflussmengen, wie sie üblicherweise bei einem Schweissprozess auftreten.
Durch eine vorteilhafte Ausgestaltung gemäss Anspruch 14 wird erreicht, dass eine tatsächliche Durchflussmenge von einer Vielzahl von Gasen gegebenenfalls bei unterschiedlichen Durchfluss- mengen ermittelt werden kann.
Vorteilhaft ist auch eine weitere Ausführungsform nach Anspruch 15, wodurch erreicht wird, dass die verwendete Gasart automatisch feststellbar ist und somit das Schweissgerät bzw. die Schweissanlage komfortabler zu bedienen ist bzw. die Gasart nicht mehr manuell am Schweissgerät bzw. der Schweissanlage eingestellt werden muss.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsvariante gemäss Anspruch 16 wird erreicht, dass vor dem Start des Schweissprozesses bzw. während des Schweissprozesses das Vorhandensein des Gases und der vorhandene Gasdruck festgestellt werden können.
Durch eine vorteilhafte Ausführungsform gemäss Anspruch 17 wird erreicht, dass ein schneller leistungsstarker und störungsunanfälliger Datentransfer gewährleistet ist.
Ein wesentlicher Vorteil zu den Ansprüchen 18 bis 21 ist, dass das Steuer- und/oder Regelventil den Druck des von der Gasquelle zugeführten Gases nicht um einen konstanten Faktor herabsetzt, sondern dieser geregelt bzw. gesteuert wird und dadurch der Vorteil geschaffen wird, dass die Gasquelle mit einem sehr einfach aufgebauten und somit kostengünstigen Druckverminderer ausgestattet werden kann, da eine Feinabstimmung des Gasdruckes des an den Schweissprozess abgegebenen Gases durch das Steuer- und/oder Regelventil durchgeführt wird. Dabei ist es auch möglich, dass der Druckminderer entfallen kann und die Gasquelle direkt am Schweissgerät ange-
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schlossen werden kann.
Als vorteilhaft erweist sich dabei eine Ausgestaltung des Steuer- und/oder Regelventiles ge- mäss Anspruch 18, da damit eine gute Regelcharakteristik erreichbar ist, welche durch eine geringe Rechnerleistung für die Ansteuerung zu realisieren ist.
Der Anspruch 19 beschreibt eine vorteilhafte Ausführungsform für die Ausgestaltung der Stell- grösse.
Durch Ausbildungen gemäss den Ansprüchen 20 und 21 wird die Verwendung bzw. Ansteue- rung von kostengünstigen Steuer- und/oder Regelventilen ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird unabhängig aber auch durch ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln der einem Schweissprozess zuzuführenden Gasmenge gemäss den im Anspruch 22 angegebenen Massnahmen gelöst. Die sich aus der Merkmalskombination des Kennzeichenteils dieses Anspruches ergebenden Vorteile liegen darin, dass eine Vorrichtung zur Erfassung des Istwertes der Gasmenge angeordnet ist und der Sollwert in Abhängigkeit von Betriebseinstellungen am Schweissgerät und/oder Schweissparametern, welche beispielsweise gemessen werden, be- rechnet wird und der Soll- und/oder Istwert durch Daten physikalischer Kennwerte des verwende- ten Gases in Relation zu dem zu zum Kalibrieren verwendeten Gas korrigiert wird.
Damit können auch weitere für die Gasversorgung massgebende Parameter, wie beispielsweise die Gasvorlauf- zeit, die Durchflussmenge und die Gasnachlaufzeit, direkt an den eingestellten Schweissprozess angepasst werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die für die Gasversorgung wesentlichen Parameter, insbesondere die Gasvorlaufzeit, an die verwendeten Komponenten des Schweissgerä- tes bzw. der Schweissanlage, insbesondere an die Länge des Schlauchpaketes, abgestimmt wer- den können, sodass immer sichergestellt wird, dass bei der Zündung des Lichtbogens bereits eine Schutzgasatmosphäre aufgebaut ist. Weiters wird erreicht, dass durch die Kopplung der Gasver- sorgung mit dem Schweissprozess, also die Parameter für die Gasversorgung mit den Schweiss- parametern, eine sehr hohe Gaseinsparung erzielt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird unabhängig aber auch durch ein Verfahren gemäss den im An- spruch 23 angegebenen Massnahmen gelöst. Der sich aus der Merkmalskombination des Kennzei- chenteiles dieses Anspruches ergebende Vorteil liegt darin, dass der exakte zeitliche Verlauf der Gaszuführung beim Start des Schweissprozesses voreinstellbar ist und somit die aufzubauende Schutzgasatmosphäre in Abhängigkeit des zu startenden Schweissprozesses voreinstellbar ist und auch Störfaktoren, wie beispielsweise ein sehr langes Schlauchpaket, berücksichtigt werden kön- nen.
Es ist auch ein Vorgehen gemäss Anspruch 24 möglich. Der dabei erreichbare Vorteil ist darin zu sehen, dass aus den für die Gaszufuhr relevanten Grössen bzw. Parameter ein Gesamtkorrek- turwert ermittelt wird, welcher beim Soll- und/oder Istwert einrechenbar ist.
Durch die Massnahme im Anspruch 25 werden vorteilhafte Parameter des Schweissprozesses und Betriebseinstellungen am Schweissgerät wiedergegeben, welche für die Gaszufuhr von grosser Bedeutung sind.
Durch ein Vorgehen gemäss Anspruch 26 wird der Vorteil erzielt, dass mehrere unabhängige Korrekturwerte aus den Betriebseinstellungen am Schweissgerät und/oder den Parametern des Schweissprozesses errechenbar sind und der Soll- und/oder Istwert unabhängig voneinander durch verschiedene Korrekturwerte korrigiert werden können.
Der Vorteil eines Vorgehens gemäss Anspruch 27 ist darin zu sehen, dass CO2 den grössten Wärmeaufnahmekoeffizienten der üblicherweise verwendeten Gase aufweist und somit nur Gase zum Einsatz kommen können, welche einen kleineren Wärmeaufnahmekoeffizienten als CO2 besitzen und somit die Korrekturwerte betreffend die verwendete Gasart leichter ermittelbar sind.
Durch ein Vorgehen gemäss Anspruch 28 wird der Vorteil erzielt, dass die verwendete Gasart nicht mehr von einem Benutzer des Schweissgerätes bzw. der Schweissanlage eingestellt bzw. eingegeben werden muss, sondern die verwendete Gasart automatisch erkannt werden kann und von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung die entsprechenden Daten zur Korrektur ausgelesen werden können.
Ein sehr wesentlicher Parameter der zuzuführenden Gasmenge wird im Anspruch 29 beschrie- ben, wobei der an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung eingestellte Sollwert der Gasdurchfluss- menge als Betriebseinstellung am Schweissgerät zu sehen ist und, wie schon zuvor beschrieben, beispielsweise durch den Korrekturwert für die Gasart korrigiert werden kann.
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Vorteilhaft ist aber auch ein Vorgehen gemäss Anspruch 30, da die Berechnung der Gasdurch- flussmenge durch eine andere Komponente durchgeführt werden kann und somit die Steuer- und/oder Regelvorrichtung des Schweissgerätes bzw. der Schweissanlage entlastbar ist. Ein derarti- ges Vorgehen ist bei grossen Schweissanlagen mit mehreren Schweissgeräten und einer zentralen Gasversorgung von Vorteil, da die Gaszufuhr für jedes einzelne Schweissgerät bzw. jede einzelne Schweissanlage getrennt, geregelt und/oder gesteuert werden kann.
Durch ein Vorgehen gemäss Anspruch 31 wird der Vorteil erzielt, dass die Durchflussmenge und der Druck des Gases während des Schweissprozesses ermittelt werden und dadurch noch genaue- re Daten über die aufgebaute bzw. aufzubauende Schutzgasatmosphäre zur Verfügung gestellt werden.
Vorteilhaft ist auch ein Vorgehen gemäss den Ansprüchen 32 und 33, wodurch der Vorteil er- zielt wird, dass der exakte zeitliche Verlauf beim Start bzw. nach Beendigung des Schweissprozes- ses voreinstellbar ist und somit ein wirtschaftlicher Einsatz des verwendeten Gases gewährleistet wird, da bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen üblicherweise beim Start und/oder nach Beendigung des Schweissprozesses eine unnötig hohe Gaszufuhr erfolgt ist.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh- rungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaubild eines Schweissgerätes in vereinfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Aufbaues einer Schutzgaszufuhr für eine Schweissanlage bzw. ein Schweissgerät;
Fig. 3 ein Gasdurchflussmengendiagramm beim Start eines Schweissprozesses in verein- fachter Darstellung.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merk- malskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie- len für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
In Fig. 1 ist eine Schweissanlage bzw. ein Schweissgerät 1 für verschiedenste Schweissverfah- ren, wie z.B. MIG/MAG-Schweissen bzw. WIG/TIG-Schweissen oder Elektroden-Schweissverfahren bzw. Widerstandsschweissverfahren gezeigt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die erfin- dungsgemässe Lösung bei einer Stromquelle bzw. einer Schweissstromquelle eingesetzt werden kann.
Das Schweissgerät 1 umfasst eine Stromquelle 2 bzw. ein Leistungsteil 3, eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 und ein dem Leistungsteil 3 bzw. der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 zugeordnetes Umschaltglied 5. Das Umschaltglied 5 bzw. die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 sind mit einem Steuer- und/oder Regelventil 6 verbunden, welches in einer Versorgungsleitung 7 für ein Gas 8, insbesondere ein Schutzgas, wie beispielsweise CO2, Helium oder Argon und dgl., zwischen einer Gasquelle 9 und einem Schweissbrenner 10 bzw. einer Schweisszange angeordnet ist.
Zudem kann über die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 noch ein Drahtvorschubgerät 11, welches für das MIG/MAG-Schweissen üblich ist, angesteuert werden, wobei über eine Versor- gungsleitung 12 ein Schweissdraht 13 von einer Vorratstrommel 14 in den Bereich des Schweiss- brenners 10 zugeführt wird. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Drahtvorschubgerät 11, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, im Schweissgerät 1, insbesondere im Grundgehäuse, integriert ist und nicht, wie in Fig. 1 dargestellt, als Zusatzgerät ausgebildet ist.
Der Strom zum Aufbauen eines Lichtbogens 15 zwischen dem Schweissdraht 13 und einem Werkstück 16 wird über eine Schweissleitung 17 vom Leistungsteil 3 der Stromquelle 2 dem Schweissbrenner 10 bzw. dem Schweissdraht 13 zugeführt, wobei das zu verschweissende Werk- stück 16 über eine weitere Schweissleitung 18 ebenfalls mit dem Schweissgerät 1, insbesondere mit der Stromquelle 2, verbunden ist und somit über den Lichtbogen 15 ein Stromkreis aufgebaut
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werden kann.
Zum Kühlen des Schweissbrenners 10 kann über einen Kühlkreislauf 19 der Schweissbrenner 10 unter Zwischenschaltung eines Strömungswächters 20 mit einem Flüssigkeitsbehälter, insbe- sondere einem Wasserbehälter 21, verbunden werden, wodurch bei der Inbetriebnahme des Schweissbrenners 10 der Kühlkreislauf 19, insbesondere eine für die im Wasserbehälter 21 ange- ordnete Flüssigkeit verwendete Flüssigkeitspumpe, gestartet wird und somit eine Kühlung des Schweissbrenners 10 bzw. des Schweissdrahtes 13 bewirkt werden kann.
Das Schweissgerät 1 weist weiters eine Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 auf, über die die unterschiedlichsten Schweissparameter bzw. Betriebsarten des Schweissgerätes 1 eingestellt wer- den können. Dabei werden die über die Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 eingestellten Schweissparameter an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 weitergeleitet und von dieser werden anschliessend die einzelnen Komponenten der Schweissanlage bzw. des Schweissgerätes 1 angesteuert.
Weiters ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schweissbrenner 10 über ein Schlauchpaket 23 mit dem Schweissgerät 1 bzw. der Schweissanlage verbunden. In dem Schlauch- paket 23 sind die einzelnen Leitungen vom Schweissgerät 1 zum Schweissbrenner 10 angeordnet.
Das Schlauch paket 23 wird über eine zum Stand der Technik zählende Verbindungsvorrichtung 24 mit dem Schweissbrenner 10 verbunden, wogegen die einzelnen Leitungen im Schlauchpaket 23 mit den einzelnen Kontakten des Schweissgerätes 1 über Anschlussbuchsen bzw. Steckverbindun- gen verbunden sind. Damit eine entsprechende Zugentlastung des Schlauchpaketes 23 gewähr- leistet ist, ist das Schlauchpaket 23 über eine Zugentlastungsvorrichtung 25 mit einem Gehäuse 26, insbesondere mit dem Grundgehäuse des Schweissgerätes 1, verbunden.
Selbstverständlich ist es möglich, dass nicht alle zuvor beschriebenen Komponenten für die un- terschiedlichsten Schweissgeräte 1 eingesetzt bzw. verwendet werden müssen.
Zur Energieversorgung ist das Schweissgerät 1 bzw. die Schweissanlage mit einem Energiever- sorgungsnetz verbunden, welches aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 1 nicht dargestellt ist.
Dieses Energieversorgungsnetz kann durch ein Ein- bzw. Dreiphasenwechselspannungsnetz gebildet sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Energieversorgungsnetz durch ein Gleichspan- nungsnetz oder jedes aus dem Stand der Technik bekannte Energieversorgungsnetz zu bilden.
Weiters umfasst das Schweissgerät 1 eine Vorrichtung 27 zur Ermittlung der Gasdurchflussmen- ge, insbesondere einen Durchflusssensor, wobei die Vorrichtung 27 vorzugsweise in Gasflussrich- tung nach dem Steuer- und/oder Regelventil 6 angeordnet ist. Diese Vorrichtung 27 kann nach dem aus dem Stand der Technik bekannten kalimetrischen Messprinzip arbeiten. Dabei können in einem Teilstück der Versorgungsleitung 7, insbesondere in einem Messrohr 28 des Durchflusssen- sors, ein Wärmeelement 29 und ein in Durchflussrichtung - gemäss Pfeil 30 - vor dem Wärmeele- ment 29 angeordneter Temperatursensor 31 und ein in Durchflussrichtung - gemäss Pfeil 30 - nach dem Wärmeelement 29 angeordneter Temperatursensor 32 vorgesehen sein.
Bei der Gaszufuhr wird die Temperatur des von der Gasquelle 9 gelieferten Gases 8 im Messrohr 28 durch das Wär- meelement 29, welches eine konstante Wärmemenge zuführt, erwärmt. Nun wird die Temperatur durch die Temperatursensoren 31 und 32 vor bzw. nach dem Wärmeelement 29 gemessen und von einer Steuervorrichtung 33 der Vorrichtung 27 bzw. der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 die Temperaturerhöhung, also die Differenz der beiden Werte, berechnet. Aus dieser Temperatur- erhöhung des durchströmenden Gases 8 und dem bekannten Durchmesser des Messrohres 28 kann auf die Gasdurchflussmenge rückgeschlossen werden.
Die Vorrichtung 27 zur Ermittlung der Gasdurchflussmenge dient zur Bestimmung des Istwertes der dem Schweissprozess zuzuführenden Gasmenge. Da die Vorrichtung 27 aber auf ein bestimm- tes Gas kalibriert ist, ist es nur möglich, für dieses Gas den Istwert richtig zu erfassen. Für alle anderen verwendbaren Gase kann die Vorrichtung 27 nur einen Messwert aufnehmen, welcher mit einem Korrekturwert beaufschlagt werden muss, um die tatsächlich durchfliessende Gasmenge zu errechnen, wie dies in einem späteren Teil noch näher beschrieben wird.
Zum Steuern und/oder Regeln der dem Schweissprozess zuzuführenden Gasmenge ist das
Steuer- und/oder Regelventil in der Versorgungsleitung 7 angeordnet, wobei dieses von der Steu- er- und/oder Regelvorrichtung 4 entsprechend einem Sollwert der zuzuführenden Gasmenge in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter des Schweissprozesses angesteuert wird. Der Soll- wert der Gasmenge wird durch zumindest den einen Parameter des Schweissprozesses und/oder
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durch Betriebseinstellungen am Schweissgerät 1 durch die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 ermittelt und ein Istwert der Gasmenge durch die auf ein bestimmtes Gas kalibrierte Vorrichtung 27 zur Durchflussmengenmessung aufgenommen, welche insbesondere im Schweissgerät 1 integriert ist.
Der Soll- und/oder Istwert wird zumindest anhand von in der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 hinterlegten Daten physikalischer Kennwerte verwendbarer Gase in Relation zu dem zur Kalibrie- rung verwendeten Gas durch einen Korrekturwert korrigiert.
Die Gasdurchflussmenge ist jedoch wesentlich von der Wärmeaufnahmekapazität des durch- strömenden Gases 8 abhängig, wobei die unterschiedlichsten Gase 8, die in der Schweisstechnik zum Einsatz kommen, unterschiedliche Wärmeaufnahmekapazitäten aufweisen. Da CO2 die grösste Wärmeaufnahmekapazität der üblicherweise verwendeten Gase 8 besitzt, ist es vorteilhaft, die Vorrichtung 27 zum Ermittlung der Gasdurchflussmenge auf CO2 zu kalibrieren.
Weiters kann die Vorrichtung 27 zur Ermittlung der Gasdurchflussmenge auf Durchflussmengen von 0 bis 20 sl/min (Standardliter pro Minute) bzw. 0 bis 30 sl/min, insbesondere 10 bis 40 sl/min, kalibriert werden.
Damit auch von anderen Gasen 8 die gewünschte Durchflussmenge richtig bestimmt werden kann, ist es erforderlich, in der Steuervorrichtung 33, welche ein Speicherelement 34 umfasst, oder in der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 Daten physikalischer Kennwerte verwendbarer Gase in Relation zu dem zur Kalibrierung der Vorrichtung 27 verwendeten Gas zu hinterlegen und daraus einen Korrekturwert zu ermitteln. Verwendbare Gase können beispielsweise Argon, Helium oder dgl. sein. Bei einer Kalibrierung der Vorrichtung 27 auf C02, welches die grösste Wärmeaufnahme- fähigkeit der verwendeten Gase 8 besitzt, und durch das Umrechnen der von der Vorrichtung 27 ermittelten Signale bzw. Werte mit Umrechungsfaktoren bzw.
Korrekturwerten auf einen tatsächlich zu regelnden Wert ist es möglich, bei anderen Gasen 8, beispielsweise Argon, Helium oder dgl., welche eine geringere Wärmeaufnahmefähigkeit besitzen, eine grössere tatsächliche Durchfluss- menge richtig zu messen. Beispielsweise können dabei Durchflussmengen von 0 bis 30 sl/min bzw.
0 bis 40 sl/min, insbesondere 10 bis 50 sl/min, gemessen werden.
Es ist auch möglich, diese Umrechnungsfaktoren bzw. Korrekturwerte in der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 zu hinterlegen und bei Bedarf aus dieser auszulesen und in die weitere Steuer- vorrichtung 33 zu laden. Natürlich ist es ebenfalls möglich, die Steuervorrichtung 33 in der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 des Schweissgerätes 1 zu integrieren und somit eine zentrale Steue- rung sowohl für das Schweissgerät 1 als auch für die Vorrichtung 27 zur Ermittlung der Gasdurch- flussmenge zu bilden.
Ein Benutzer des Schweissgerätes 1 bzw. der Schweissanlage hat die Möglichkeit, über die Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 das verwendete Gas 8 einzustellen und somit festzulegen, wel- che Daten physikalischer Kennwerte verwendbarer Gase 7 in Relation zu dem zur Kalibrierung verwendeten Gas also welcher Umrechnungsfaktor bzw. Korrekturwert aus dem Speicherelement 34 der Steuervorrichtung 33 oder der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 ausgelesen wird und für eine richtige Berechnung des Istwertes der zuzuführenden Gasdurchflussmenge herangezogen wird.
Wichtig ist, dass es auch möglich wäre, den Sollwert der zuzuführenden Gasmenge mit diesen Daten physikalischer Kennwerte verwendbarer Gase 7 in Relation zu dem zur Kalibrierung ver- wendeten Gas zu beaufschlagen. Dies ist aber nicht vorteilhaft, obwohl das Regelungsergebnis dasselbe wäre, aber eine tatsächliche Gasdurchflussmenge nicht errechnet wird, und somit auch nicht für spätere Auswertungszwecke zur Verfügung steht.
Ein Benutzer des Schweissgerätes 1 bzw. der Schweissanlage kann weiters die Möglichkeit ha- ben, über die Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 den Sollwert der zuzuführenden Gasmenge, insbesondere die gewünschte Durchflussmenge, einzustellen und die Steuer- und/oder Regelvor- richtung 4 bzw. Steuervorrichtung 33 steuert bzw. regelt das Steuerventil 6 entsprechend dieser Einstellungen.
Es besteht weiters die Möglichkeit, im Schweissgerät 1 bzw. in der Versorgungsleitung 7 eine weitere Vorrichtung 35 zur Bestimmung der Gasart anzuordnen. Diese Vorrichtung 35 zur Bestim- mung der Gasart kann mit der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 und/oder der Steuervorrichtung 33 in Verbindung stehen. Damit ist es möglich, die Art des von der Gasquelle 9 zugeführten Gases 8 automatisch zu bestimmen und aus der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 bzw. der Steuervor- richtung 33 den oder die dieser Gasart zugeordneten Umrechnungsfaktoren bzw. Korrekturwerte
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auszulesen und für die weitere Ermittlung des tatsächlich für die Regelung verwendeten Istwertes der Gasdurchflussmenge heranzuziehen.
Die Umrechnungsfaktoren bzw. Korrekturwerte können in der Steuervorrichtung 33 bzw. der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4, insbesondere in deren Speicherelementen, als von der Gasart abhängige Korrekturwerte, beispielsweise Korrekturmultiplikatoren, hinterlegt sein. Es ist aber ebenfalls möglich, diese Umrechnungsfaktoren bzw. Korrekturwerte tabellarisch für verschie- dene Gasarten und Durchflussmengen zu hinterlegen.
Weiters ist es möglich, dass die hinterlegten Umrechnungsfaktoren bzw. die Korrekturwerte mit zumindest einem Parameter des Schweissprozesses oder durch Betriebseinstellungen am Schweissgerät 1, wie beispielsweise einer gewünschten Durchflussmenge und/oder einer Gasart und/oder eines Draht- bzw. Elektrodendurchmessers und/oder einer Drahtvorschubgeschwindigkeit und/oder einer Materialart des zu schweissenden Werkstückes und/oder einem Schweissstrom und/oder einer Schweissspannung und/oder einer Stickoutlänge und/oder eines Gasdruckes usw., gekoppelt sind und daraus ein Gesamtkorrekturwert ermittelt wird.
Es ist auch möglich, dass ein weiterer Korrekturwert aus zumindest einem Parameter des Schweissprozesses und/oder Betriebseinstellungen am Schweissgerät ermittelt wird und damit die Korrektur des Soll- und/oder Istwertes durchgeführt wird. Es ist also möglich, sowohl den Soll- als auch den Istwert der Gasdurchflussmenge durch verschiedene Korrekturwerte, insbesondere unab- hängige Korrekturwerte, zu manipulieren. Beispielsweise kann der Sollwert der zuzuführenden Gasmenge in Abhängigkeit von Betriebseinstellungen am Schweissgerät und/oder Parametern des Schweissprozesses verändert werden und der Istwert der Gasdurchflussmenge durch den Korrek- turwert betreffend das verwendete Gas 8 umgerechnet werden.
Es ist aber ebenfalls möglich, verschiedene Betriebseinstellungen am Schweissgerät oder Parameter des Schweissprozesses zur Sollwertberechnung heranzuziehen und andere Betriebseinstellungen und/oder Parameter des Schweissprozesses für die Istwertberechnung zu berücksichtigen bzw. umgekehrt.
Der Gesamtkorrekturwert kann dabei aus einer oder mehreren Datenbanktabellen selektiert werden oder auch durch beliebige Rechenoperationen bzw. Algorithmen errechnet werden. Mit dem Gesamtkorrekturwert kann der Sollwert oder der Istwert beaufschlagt werden, es ist aber auch möglich, beide Werte unabhängig voneinander mit Teilkorrekturwerten zu verändern. Beispielswei- se kann der Sollwert in Abhängigkeit von Parametern des Schweissprozesses und/oder Einstellun- gen am Schweissgerät 1 und der Istwert in Abhängigkeit der Gasart berechnet werden.
Selbstverständlich kann die Vorrichtung 27 zur Ermittlung der Gasdurchflussmenge bzw. die Steuervorrichtung 33 mit weiteren Komponenten, wie beispielsweise einem Energieversorgungs- modul zur Zuführung, Bereitstellung und/oder Umwandlung von Energie; Digital/Analogwandler oder Analog/Digitalwandler zum Umwandeln von empfangenen oder gesendeten Signalen ; verstärker zur Herstellung einer galvanischen Trennung von Messsignalen oder anderen aus dem Stand der Technik bekannten, aber nicht dargestellten Zusatzmodulen in Verbindung stehen.
Die Verbindung zwischen der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 und/oder der Steuervorrich- tung 33 und/oder dem Steuer- und/oder Regelventil 6 und/oder der Vorrichtung 27 zur Bestimmung der Gasdurchflussmenge und/oder der weiteren Vorrichtung 35 zur Bestimmung der Gasart kann durch eine digitale Datenleitung gebildet sein. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, ein Bus- system 36 zu verwenden und alle daran angeordneten Komponenten mit Einrichtungen zum An- passen der gelieferten bzw. empfangenen Daten, wie beispielsweise Busumsetzer, auszustatten.
Es ist auch möglich, die Rechenleistung der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 mit der Re- chenleistung der Steuervorrichtung 33 zu koppeln und je nach Auslastung die Rechenleistung der Steuervorrichtung 33 für Berechnungsverfahren der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 heranzu- ziehen bzw. umgekehrt.
Anstelle der zuvor beschriebenen digitalen Datenleitungen bzw. des Bussystemes ist es natür- lich auch möglich, diskret aufgebaute ein- oder mehrpolige Leitungen bzw. Signalleitungen zu verwenden.
Eine Prozesssteuertaste 40 kann am Schweissbrenner 10 angeordnet sein und ist über eine Lei- tung 41 mit der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 bzw. der Steuervorrichtung 33 verbunden. Die
Prozesssteuertaste 40 ist bei Schweissanlagen bzw. Schweissrobotern üblicherweise an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 angeordnet oder durch eine extern angeordnete Schaltvorrich- tung gebildet.
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Die Ansteuerung des Steuer- und/oder Regelventiles 6 erfolgt vorteilhafterweise über das Bus- system 36 von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 bzw. der Steuervorrichtung 33. Selbstver- ständlich ist es aber auch möglich, eine zusätzliche Steuerleitung zwischen der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 oder der Steuervorrichtung 33 und dem Steuer- und/oder Regelventil 6 aufzu- bauen.
Um bei der Verwendung von langen Schlauchpaketen 23 nach dem Beenden des Schweisspro- zesses das Ausströmen des Gases 8 aus dem Schweissbrenner 10 bzw. dem Schlauch paket 23 zu verhindern, ist es möglich, in einem dem Schweissbrenner 10 zugewandten Endbereich des Schlauchpaketes 23 bzw. im Schweissbrenner 10 ein zusätzliches Ventil 42 anzuordnen. Dieses Ventil 42 wird bei Beginn des Schweissprozesses geöffnet und nach Beendigung des Schweisspro- zesses geschlossen und hat die Aufgabe, die nach der Beendigung des Schweissprozesses auftre- tende gasfreie Leitungslänge im Schlauchpaket 23 zu minimieren bzw. auszuschalten und somit beim Beginn des Schweissprozesses sofort die Möglichkeit zu schaffen, das Gas 8, welches bereits im Schlauchpaket 23 bis zum Ventil 42 ansteht, an den Schweissprozess zu liefern.
Damit wird eine wesentliche Reduzierung der Gasvorlaufzeit erreicht.
Zur Überprüfung des Vorhandenseins des Gases 8 im Schlauchpaket 23 bis zum Ventil 42, also zur Überprüfung des Vorhandenseins eines Gasdruckes im Schlauchpaket 23, kann im Schlauchpaket 23 bzw. im Schweissbrenner 10 vor dem Ventil 42 eine Vorrichtung 43 zum Feststel- len des Gasdruckes angeordnet sein. Diese Vorrichtung 43 umfasst vorteilhafterweise einen Druck- sensor und ist über eine Signalleitung bzw. digitale Datenleitung, insbesondere dem Bussystem 36, mit der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 und/oder der Steuervorrichtung 33 verbunden.
Diese Vorrichtung 43 kann natürlich auch zur Druckmessung während des Schweissprozesses herangezogen werden. Der Schweissprozess sowie die Gaszufuhr werden durch Betätigung der Prozesssteuertaste 40 gestartet, welche über eine Leitung 41 mit der Steuer- und/oder Regelvor- richtung 4 oder der Steuervorrichtung 33 verbunden ist.
In der Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaues einer Schutzgaszufuhr für eine Schweissan- lage bzw. ein Schweissgerät 1 gezeigt. Dabei ist die Gasquelle 9, welche das Gas 8 beinhaltet und eine Schliessvorrichtung 44 aufweist, über die Versorgungsleitung 7 mit dem Schweissbrenner 10 verbunden. In der Versorgungsleitung 7 ist die Vorrichtung 27 zum Ermitteln der Gasdurchfluss- menge mit der Steuervorrichtung 33 und dem Speicherelement 34 angeordnet. Das Steuer- und/oder Regelventil 6 ist in Gasflussrichtung - gemäss Pfeil 30 - vor der Vorrichtung 27 zum Ermit- teln der Gasdurchflussmenge angeordnet und mit diesem bzw. mit dessen Steuervorrichtung 33 über die digitale Datenleitung, insbesondere das Bussystem 36, verbunden. Der Schweissbrenner 10 weist die Prozesssteuertaste 40 auf und ist über die Leitung 41 mit der Steuer- und/oder Regel- vorrichtung 4 verbunden.
Beim Starten bzw. beim Beenden des Schweissprozesses wird die Pro- zesssteuertaste 40 gedrückt bzw. losgelassen und diese Information über die Leitung 41 an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 weitergeleitet, welche diese Information über die digitale Datenleitung bzw. das Bussystem 36 wiederum an die Steuervorrichtung 33 weiterleitet.
Der Austausch von Informationen zwischen der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 und der Steuervorrichtung 33 über die digitale Datenleitung, insbesondere das Bussystem 36, erfolgt vorzugsweise bidirektional in Form von Datenprotokollen.
Wird nun durch Betätigung der Prozesssteuertaste 40 ein Schweissprozess gestartet, so wird diese Information über die Leitung 41 und das Bussystem 36 an die Steuervorrichtung 33 weiter- gegeben und diese regelt das Steuer- und/oder Regelventil 6 auf die gewünschte Gasdurchfluss- menge, ohne dass es dabei zu einem nennenswerten Überschwingen, also zu einer unwirtschaftlich hohen Gaszufuhr kommt.
Durch die Koppelung der Gaseinstellung mit weiteren Schweissparame- tern wird erreicht, dass nach dem Start des Schweissprozesses sämtliche für die Gasversorgung notwendigen Funktionsparameter, wie beispielsweise die Gasvorlaufzeit, der Umrechnungsfaktor, die Gasnachlaufzeit, der Gasdruck usw., an die Schweissanlage bzw. an die verwendeten Kompo- nenten und den eingestellten Schweissprozess selbständig angepasst werden, d. h., dass beispiels- weise die Gasvorlaufzeit wesentlich von dem verwendeten Schlauchpaket abhängig ist, sodass aufgrund der unterschiedlichen Schlauchpaketlängen die Gasvorlaufzeit auf diese abgestimmt wird und somit sichergestellt ist, dass beim Zünden des Lichtbogens 15, also beim Start des Schweiss- prozesses, eine entsprechend ausgebildete Schutzgasatmosphäre um den Schweissdraht 13 gebildet wurde.
Beispielsweise ist die Durchflussmenge des Gases 8 wesentlich von der Schweiss-
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geschwindigkeit abhängig. Durch das Festlegen bzw. das Bestimmen der Umrechnungsfaktoren bzw. der Korrekturwerte wird von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 eine entsprechende Korrektur des Soll- und/oder Istwertes durchgeführt, sodass ein optimaler Schweissprozess durchge- führt werden kann.
Damit jedoch ein optimales Schweissergebnis erreicht werden kann, ist es notwendig, dass die Regelung und/oder Steuerung der Gasversorgung ebenfalls angepasst wird, d. h., dass nämlich bei einem Gas 8, auf welches die Vorrichtung 27 nicht kalibriert ist, falsche Messergebnisse erzielt werden, da bei der Messwertaufnahme über die Vorrichtung 27, also der Aufnahme des Istwertes, dieser nicht den tatsächlich gelieferten Werten entspricht, wodurch die gemessenen Werte von der Vorrichtung 27 für den Soll/lst-Vergleich entsprechend korrigiert werden.
Zum Vermeiden des Überschwingens des Gases 8 nach dem Start des Schweissprozesses ist es möglich, in der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4, insbesondere in der Steuervorrichtung 33, zumindest eine Kurve für das gewünschte Regelverhalten, also den gewünschten zeitlichen Ver- lauf der Durchflussmenge nach dem Start des Schweissprozesses zu speichern. Für verschiedene Anwendungsfälle, beispielsweise unterschiedliche Gase 8 oder unterschiedliche Längen von Schlauchpaketen 23 oder dgl. ist es auch möglich, mehrere unterschiedliche Kurven zu speichern und die für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Kurve auszulesen und für die Regelung der zuzuführenden Gasmenge zu verwenden.
Das Bestimmen einer gewünschten Kurve bei dem Vorhandensein von mehreren Kurven kann manuell an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 durchgeführt werden. Es ist aber ebenso möglich, diese Auswahl automatisch durch die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 oder die Steuervorrichtung 33 in Abhängigkeit von der festgestellten Gasart oder Betriebseinstellungen am Schweissgerät 1 oder Parameter des Schweissprozesses zu treffen.
Die gewünschte Gasdurchflussmenge kann als Betriebseinstellung auch an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 des Schweissgerätes 1 oder der Schweissanlage händisch eingestellt wer- den. Hierzu ist es nunmehr möglich, dass der Benutzer für die unterschiedlichen Gasarten die tatsächlich gewünschte Durchflussmenge unabhängig des Sollwertes der Durchflussmenge der Vorrichtung 27 einstellen kann, da eine selbständige Korrektur der Einstellungen vorgenommen wird und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, bereits falsche Einstellungen vorgenom- men werden müssen, um eine gewünschte Durchflussmenge zu erreichen, bzw. die Vorrichtung entsprechend getauscht oder neu auf das neue Gas 8 kalibriert werden muss.
Weiters ist es möglich, dass dieser Sollwert über ein digitales Netzwerk, insbesondere einem Intranet bzw. einem Internet 45, von einem externen Computer bzw. einer externen Rechenanlage ermittelt und über eine handelsübliche Kommunikationsschnittstelle 46, beispielsweise eine Inter- netschnittstelle, in die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 bzw. die Steuervorrichtung 33 geladen wird und zum Soll-/Istwertvergleich herangezogen wird. Auch eine Standardverbindung Computer/ Schweissgerät ist möglich.
Der gewünschte Sollwert der Gasdurchflussmenge kann aber ebenso von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 und/oder der weiteren Steuervorrichtung 33 durch Auswerten verschiedener Schweissprozessdaten, wie beispielsweise dem Schweissstrom, der Schweissspannung, der daraus errechenbaren Lichtbogenlänge und dgl., ermittelt werden.
Es ist also möglich, dass der Sollwert der Gasdurchflussmenge während des Schweissprozesses nicht immer konstant bleibt, sondern in Abhängigkeit von Schweissprozessdaten bzw. Schweisspro- zessparametern geändert wird, wodurch eine sehr wirtschaftliche Gaszufuhr und eine sehr gute Schweissqualität erzielt wird.
Wichtig ist, dass beim Start des Schweissprozesses die Gasdurchflussmenge, insbesondere nach einer vorbestimmten Kurve, auf den Sollwert geregelt wird und dadurch der aus dem Stand der Technik bekannte, durch den Einsatz von Magnetventilen hervorgerufene übermässige Transport von Gas 8 an den Schweissprozess, welcher den Lichtbogen ungünstig beeinflusst und zudem sehr unwirtschaftlich ist, vermieden wird. Durch die selbständige Regelung der Gasversorgung ist es beispielsweise möglich, dass am Beginn des Schweissprozesses, insbesondere vor der Zündung des Lichtbogens, eine erhöhte Gaszufuhr durchgeführt wird, sodass sehr schnell eine Schutzgas- atmosphäre um den Schweissdraht 13 aufgebaut wird. Anschliessend wird die Gaszufuhr auf den gewünschten Wert zurückgeregelt und der Lichtbogen 15 kann gezündet werden.
Dies ist vor allem dadurch möglich, da die Regelung der Gasversorgung von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung
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4, die die Steuerung und Regelung des Schweissprozesses durchführt, beeinflusst werden kann, wodurch beispielsweise eine wesentliche Verkürzung der Gasvorlaufzeit und eine erhebliche Gaseinsparung erreicht wird. Weiters wird erreicht, dass dadurch die Koppelung der Parameter für die Gasversorgung mit den Schweissparametern ermöglicht wird und somit bei entsprechenden Änderungen der Schweissparameter diese direkt bei der Gasversorgung berücksichtigt werden können.
Damit kann ein Verfahren verwirklicht werden, bei dem in dem Schweissgerät 1 eine auf ein be- stimmtes Gas kalibrierte Vorrichtung 27, insbesondere ein Durchflusssensor mit einer Steuervor- richtung 33, eingesetzt wird, wobei ein korrigierter Sollwert gegenüber einem über die Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 eingestellten Gasdurchflusswert bzw. Gas-Sollwert für die Vorrich- tung 27, insbesondere den Durchflusssensor, und/oder ein korrigierter Istwert eines von der Vorrich- tung 27 aufgenommen Wertes für einen Soll-/Ist-Vergleich aufgrund eines oder mehrerer Schweiss- parameter, wie beispielsweise einer Durchflussmenge und/oder einer Gasart und/oder eines Draht- bzw.
Elektrodendurchmessers und/oder einer Drahtvorschubgeschwindigkeit und/oder einer Mate- rialart des zu schweissenden Werkstückes und/oder einem Schweissstrom und/oder einer Schweiss- spannung und/oder einer Stickoutlänge und/oder eines Gasdruckes usw., ermittelt bzw. berechnet wird, wobei hierzu ein Umrechnungsfaktor bzw. Korrekturwert von der Steuer- und/oder Regelvor- richtung 4 oder der Steuervorrichtung 33 der Vorrichtung 27 festgelegt oder aus einer hinterlegten bzw. gespeicherten Datenbanktabelle selektiert wird.
Dabei ist es möglich, dass für die Regelung bzw. Steuerung während eines Schweissprozesses unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden können. Einerseits ist es möglich, dass nur der eingegebene Sollwert entsprechend korrigiert wird und dieser mit dem erfassten unveränderten Istwert der Vorrichtung verglichen wird. Anderseits ist es möglich, dass nur die erfassten Istwerte korrigiert und mit dem eingestellten Sollwert verglichen werden. Bevorzugt werden jedoch der Sollwert und der Istwert entsprechend korrigiert, da dadurch für die Schweissdokumentation immer die tatsächlichen Werte vorhanden sind. Selbstverständlich ist es möglich, dass am Ende des Schweissprozesses die gespeicherten Werte für die Schweissdokumentation umgewandelt werden können.
Es ist aber ebenso möglich, dass die gewünschte Gasdurchflussmenge durch den an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 des Schweissgerätes 1 eingegebenen Sollwert des Stromes oder einem anderen manuell eingestellten Schweissparameter abgeleitet wird.
Es ist möglich, das Steuer- und/oder Regelventil 6 durch ein zeitlich getaktetes Öffnen und Schliessen so zu steuern, dass die gewünschte Gasdurchflussmenge erzielt wird. Die Energie der zeitlich getakteten Energieblöcke zur Ansteuerung des Steuer- und/oder Regelventils 6 kann sowohl durch Höhen- als auch durch Breitenmodulation durch die Steuer- und/oder Regelvorrich- tung 4 bzw. die Steuervorrichtung 33 verändert werden. Es kann dabei ein Ventil verwendet wer- den, welches lediglich zwei Schaltstellungen (Ein/Aus) aufweist. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass das Ventil die gewünschte Schaltfrequenz bewältigen kann.
Als Steuer- und/oder Regelventil 6 kann aber auch ein proportional zu einem Eingangssignal öffnendes bzw. schliessendes Ventil, insbesondere ein Stellventil, zum Einsatz kommen.
Bei Verwendung eines proportional zu einem Eingangssignal, insbesondere mit einer Gleich- spannung von +1 V bis +5 V, öffnenden bzw. schliessenden Steuer- und/oder Regelventiles 6 ist es zweckmässig, auch eine Vorrichtung 27 zum Ermitteln der Gasdurchflussmenge mit einem Aus- gangssignal von +1 V bis +5 V Gleichspannung zu verwenden und diese über das Bussystem 36 oder vorzugsweise über eine Signalleitung direkt zu verbinden.
Wird nun von einem Benutzer die Grösse bzw. das Volumen der verwendeten Gasquelle 9 an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 eingegeben, so kann durch die Kenntnis der Gasdurch- flussmenge zu jedem Zeitpunkt des Schweissprozesses die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 bzw. die weitere Steuervorrichtung 33 den noch zur Verfügung stehenden Gasvorrat und daraus die noch verbleibende mögliche Schweissdauer errechnen.
Selbstverständlich ist es möglich, dass durch die Berechnung des noch zur Verfügung stehen- den Gasvorrates ein Vorwarnsignal bei einer vorbestimmbaren Restmenge des Gases 8 in der Gasquelle 9 bzw. ein Störsignal bei völliger Entleerung der Gasquelle 9 an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 oder einer anderen Komponente des Schweissgerätes 1 ausgegeben wird.
Des weiteren ist es möglich, bei Störungen, beispielsweise Lecken oder Verstopfen der
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Versorgungsleitung 7, also ein Nichtvorhandensein des Gases 8, dies durch die Vorrichtung 27 zur Ermittlung der Gasdurchflussmenge und/oder der weiteren Vorrichtung 43 zum Feststellen des Gasdruckes zu erkennen und ein Störsignal an der Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 zu er- zeugen bzw. die Freigabe des Schweissprozessstartes zu verhindern. Dadurch können Fehlschwei- #ungen durch keine oder eine zu geringe Schutzgasatmosphäre wirkungsvoll verhindert werden.
Durch eine kontinuierliche Überwachung der Schweissspannung und des Schweissstromes kann eine kontinuierliche Berechnung der Lichtbogenlänge durchgeführt werden. Der Sollwert der Gas- durchflussmenge kann somit an schwankende Lichtbogenlängen, wie sie beispielsweise beim händischen Schweissen auftreten, angepasst werden, da ein grösserer Abstand zwischen dem Schweissbrenner 10 und dem Werkstück 16, also eine grössere Länge des Lichtbogens 15, eine grössere Menge des Gases 8 zum Aufbau einer Schutzgasatmosphäre benötigt. D.h. also, dass sich der Sollwert der Gasdurchflussmenge während des Schweissprozesses ständig ändern kann und die tatsächlich zugeführte Menge des Gases 8 von der Steuervorrichtung 33 oder gegebenenfalls von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 auf diesen Sollwert geregelt werden kann.
Der Unter- schied zum Stand der Technik liegt darin, dass durch den Korrekturwert, also durch die Anpassung des Wertes der Vorrichtung an die tatsächlich gelieferte Menge, bei Verwendung eines anderen Gases 8 als auf das die Vorrichtung 27 kalibriert ist, dies exakt möglich ist, wogegen beim Stand der Technik nur eine grobe Regelung durchgeführt werden kann, da immer falsche Messergebnisse vorhanden sind und somit es dazu führen kann, dass aufgrund eines zu hohen Gasflusses der Lichtbogen 15 instabil bzw. ausgeblasen wird.
Es ist aber ebenso möglich, das Schweissgerät 1 bzw. die Schweissanlage über eine beliebige Schnittstelle, wie beispielsweise eine serielle oder parallele Schnittstelle, oder einer Internet- bzw.
Intranet-Schnittstelle mit lokalen bzw. globalen Netzwerken, wie beispielsweise einem Intranet oder dem Internet 45 zu verbinden und den Sollwert der Gasdurchflussmenge durch einen übergeordne- ten Rechner bzw., durch ein auf einer Computeranlage oder dgl. arbeitendes Steuer- und/oder Regelprogramm zu bestimmen. Dadurch kann bei mehreren Schweissgeräten 1 bzw. mehreren Schweissanlagen, welche miteinander vernetzt bzw. verbunden sind, die Zuführung des Gases 8 über eine zentrale Gasquelle 9 realisiert werden und ist es nicht notwendig, jedem Schweissgerät 1 bzw. jeder Schweissanlage einen eigenen Gasspeicher zuzuteilen. Durch die Verwendung einer zentralen Gasquelle 9 für mehrere Schweissgeräte 1 bzw. Schweissanlagen wird die Ermittlung bzw.
Speicherung von qualitätsrelevanten Daten, wie beispielsweise der Gasdurchflussmenge während eines Schweissprozesses, wesentlich erleichtert.
In der Fig. 3 sind Gasdurchflussmengendiagramme dargestellt. Die beiden Diagrammlinien 50 und 51 zeigen aus dem Stand der Technik bekannte zeitliche Zufuhrmengenverläufe, wie sie bei mechanischen, an den Gasquellen 9 angeordneten Sperrventilen oder Magnetventilen auftreten.
Dabei ist bei der Diagrammlinie 50 ein deutliches zweifaches Überschwingen über den Sollwert zu erkennen. Bei der Diagrammlinie 51 ist ein Verlauf eines üblicherweise im Stand der Technik eingesetzten Magnetventiles dargestellt. Dabei ist ebenso ein deutliches Überschwingen über den Sollwert zu erkennen.
Demgegenüber ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass es zu keinem nennenswerten Über- schwingen in der Regelcharakteristik kommt, wie dies in der Diagrammlinie 52 verdeutlicht ist. Dies wird durch die in der Versorgungsleitung 7 für das Gas 8 angeordnete Vorrichtung 27 und der da- raus resultierenden Möglichkeit der Bestimmung des Istwertes der Gasdurchflussmenge zu jedem Zeitpunkt des Schweissprozesses und die Regelung auf den vorgegebenen Sollwert ermöglicht.
Zur Zeit werden teure externe Ventile eingesetzt, die für die Druckminderung und Lieferung der entsprechenden Durchflussmenge ausgelegt sind, sodass bei unterschiedlichen Gasquellen 9 meh- rere derartige Ventile eingesetzt werden müssen oder ein derartiges Ventil ständig umgebaut werden muss, wenn eine andere Gasquelle 9 eingesetzt wird. Durch die erfindungsgemässe Lösung wird erreicht, dass sehr kostengünstige externe Ventile, die an der Gasquelle 9 angeordnet sind, eingesetzt werden können oder diese zur Gänze entfallen können.
Weiters zeigt die Diagrammlinie 52 einen Bereich 53 nach dem Start des Schweissprozesses, welcher als Kurve mit einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf in der Steuervorrichtung 28 und/oder der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 hinterlegt werden kann und für eine Gaseinsparung am Beginn des Schweissprozesses wesentlich ist. Der zeitliche Verlauf kann dabei stetig ansteigend oder auch treppenförmig sein.
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Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Schweissgerätes 1 dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Be- schreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1; 2 ; 3 gezeigten Ausführungen und Massnahmen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schweissgerät bzw. Schweissanlage mit einer Stromquelle, einer Steuer- und/oder Regel- vorrichtung, einem Schweissbrenner und einer diesen mit einer Gasquelle verbindenden
Versorgungsleitung, in der ein Steuer- und/oder Regelventil angeordnet ist, welches von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung entsprechend einem Sollwert einer einem Schweiss- prozess zuzuführenden Gasmenge in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter des
Schweissprozesses ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung (4) zur Ermittlung des Sollwertes der Gasmenge durch zumindest den einen Parameter des Schweissprozesses und/oder durch Betriebseinstellungen am
Schweissgerät (1) ausgebildet ist und eine auf ein bestimmtes Gas kalibrierte Vorrichtung (27) zur Durchflussmengenmessung im Verlauf der Versorgungsleitung (7),
insbesondere im Schweissgerät (1) integriert, zur Bestimmung eines Istwertes der Gasmenge angeordnet ist, wobei die Steuer- und/oder Regelvorrichtung (4) zur Korrektur des Soll- und/oder Ist- wertes zumindest anhand von in der Steuer- und/oder Regelvorrichtung (4) hinterlegten
Daten physikalischer Kennwerte verwendbarer Gase (8) in Relation zu dem zur Kalibrie- rung verwendeten Gas ausgebildet ist.
2. Schweissgerät bzw. Schweissanlage mit einer Stromquelle, einer Steuer- und/oder Regel- vorrichtung, einem Schweissbrenner und einer diesen mit einer Gasquelle verbindenden
Versorgungsleitung, in der ein Steuer- und/oder Regelventil angeordnet ist, welches von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung entsprechend einem Sollwert einer einem Schweiss- prozess zuzuführenden Gasmenge in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter des
Schweissprozesses ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung (4) zur Ermittlung des Sollwertes der Gasmenge durch zumindest den einen Parameter des Schweissprozesses und/oder durch Betriebseinstellungen am
Schweissgerät (1) ausgebildet ist und beim Start des Schweissprozesses die Steuer- und/ oder Regelvorrichtung (4)
die zuzuführende Gasmenge über einen voreinstellbaren zeitli- chen Verlauf von Null auf den durch die Steuer- und/oder Regelvorrichtung (4) ermittelten
Wert annähert.