CN1816410A - 包括驱动单元和金属丝缓冲贮存器的焊炬 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焊炬(10)，包括焊炬体(27)和用于输送焊丝(13)的驱动单元(35)，尤其是用于不同焊丝输送速度或向前/向后输送焊丝，以及相对于所述焊炬(10)中心轴线(34)成角度地连接到焊炬体(27)的软管组(23)，其中，用于焊丝(13)的金属丝套(32)或者焊丝(13)本身沿着弯曲路径(42)，从而形成金属丝缓冲贮存器(43)，包含在金属丝缓冲贮存器(43)中的焊丝(13)的量可通过改变所述弯曲路径被调节。根据本发明，可以以尽可能简单而紧凑的结构制造焊丝输送动态性能改进的焊炬(10)，由此，金属丝缓冲贮存器(43)在焊炬体(27)内紧接软管组(23)的连接区域之后布置，并且软管组(23)相对于焊炬(10)的中心轴线(34)成直到90°的角度(33)布置。

Description

包括驱动单元和金属丝缓冲贮存器的焊炬
技术领域
本发明涉及一种焊炬，包括焊炬本体以及输送焊丝的驱动单元，特别是用于不同焊丝输送速度或向前/向后焊丝输送，以及与所述焊炬中心轴线成一个角度到连接焊炬本体的软管组，其中焊丝的金属丝套(wirecore)或者焊丝本身沿着一个弯曲路径形成金属丝缓冲贮存器，并且处于金属丝缓冲贮存器中的焊丝量可以通过改变所述弯曲路径被调节。
背景技术
焊丝是通过通常设置在焊炬外壳内的驱动单元特别是以不同焊丝输送速度或不同输送方向被输送。但是，驱动单元也可以布置在焊炬外壳外部的单独模块中或在焊炬外壳的单独部分中。
在最近的焊接技术中，焊丝不再仅仅以恒定速度和在一个方向输送，焊丝的前后运动或不同输送速度用于引燃电弧和/或用于焊接过程，更大的重点放在送丝上。由于焊丝速度不同和/或焊丝的输送方向不同，当前的焊丝输送系统存在的问题是焊丝的输送响应行为相当慢，从而阻止达到最佳的焊接结果。这是由于在焊丝输送系统中不同输送速度或者在焊丝向前/向后输送时将导致焊丝过剩，按照现有技术，这些过剩焊丝必须在整个软管组上返回到金属丝缓冲贮存器。
从DE 19738785C2可知，例如使用自耗电极的电弧焊接装置是公知的，其中焊丝通过两个送丝器从送丝筒供应到焊接点。在该专利中披露了在液滴形成结束之前焊丝输送执行液滴转移一支撑运动的短路焊接工艺，这意味着在出现短路时送丝器将焊丝拉回，随后在达到预定距离后再向前移动，所述焊丝在金属丝缓冲器中输送。但是，其中未说明金属丝缓冲器的结构。
从DE3827508A1可知输送装置是公知的，由此焊丝即使在引起不可接受的力时也是以恒定力输送的，从而避免拉伸和压缩应力。焊丝被引导通过在焊接设备内的推丝送丝器或送丝装置以及优选地在焊炬区域或在焊炬本身内部的拉丝送丝器之间的一个躲避部分和一个弯曲软管。软管拉紧由弹簧支撑。躲避部分连接到控制机构，用于测量焊丝上再现压缩或拉伸应力时躲避部分的躲避路线，并通过第一送丝器的自动速度控制将其供应到控制系统进行补偿。在这种方案中，通过第一送丝器将焊丝从送丝筒上打开，并输送到软管或金属丝套中。金属丝套随后设置成裸露，在此裸露区以环的形式形成金属丝缓冲贮存器，焊丝环可以在此裸露区变形，这是指环可以增大或缩小，从而可以占用更多或更少的焊丝。此后，将金属丝套送入软管组，直到延伸到较远的送丝器，该送丝器俦地设置在焊炬的区域内或在焊炬本身内。
DE4320405C2披露了另一种金属丝缓冲器结构，该专利中描述了一种无滑动输送焊丝的装置。其中，在两个送丝器之间也形成金属丝缓冲贮存器或金属丝缓冲器，其结构是在焊丝进入软管组之间形成一个完整的焊丝环。这样，在两个分开的板之间通过一个环形成金属丝缓冲贮存器，两个块板之间的相互距离大于焊丝的直径。并设置一个用于检测焊丝环直径的传感器，监测金属丝缓冲器的填充程度。
上述系统的缺点在于，这种金属丝缓冲器或金属丝缓冲贮存器需要很大空间，从而仅在焊丝装置或送丝器的区域内可以合理应用，或者作为单独的装置。因此，需要将焊丝从金属丝缓冲器跨过整个软管组输送到焊炬，然后再回到金属丝缓冲贮存器。由此导致大的摩擦损失和较差的焊丝输送响应行为。送丝过程中的这种摩擦损失和大的惯性是因为，使用公知的焊丝输送装置，焊丝在插在焊丝导管中的金属丝套中运动，优选的是插在软管组中，其中导管的内径仅比金属丝套的外径可忽略地略大一点儿。由此保证金属丝套的精确引导，但需要例如在输送方向的相反方向将焊丝在金属丝套整个长度上即在软管组中往回推到金属丝缓冲贮存器中。
此外，US6486438B1披露了一种自动焊接装置，其中焊炬固定在引导臂上，输送的焊丝与焊炬之间形成一个角度。并且，焊炬或焊炬把手包括一个连接装置，软管组或焊丝导管连接在上面。焊丝通过金属丝套返回到焊炬，金属丝套由平螺旋弹簧构成。这样做，使金属丝套尽可能输送到紧靠焊炬接触管前端。
在这种情况下，缺点是这种结构不能实现金属丝缓冲贮存器，因此在焊丝输送方向改变时，焊丝不得不在整个软管组上被推回。包括金属丝缓冲贮存器的其它焊炬，请参见JP1122673A、SU1489941A1、JP55112176A。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种上述类型的焊炬，它具有简单和紧凑的结构，并表现出提高的焊丝输送动态行为，从而避免或减少现有技术的缺点。
本发明的目的被实现是因为金属丝缓冲贮存器在焊炬体内紧接软管组的连接区域之后布置，并且软管组相对于焊炬的中心轴线成直到90°的角度布置。因此，以有利的方式保证，由于弯曲半径或环直径的变化引起的弯曲路径或环状的路径，将承接过多的焊丝，使得过多的焊丝不再需要在整个软管组上往回输送。这使响应行为或动态行为得到明显改进，因为金属丝缓冲贮存器设置在焊炬体内紧接驱动单元前面，因此在输送速度改变或输送方向反向时的焊接过程中仅覆盖很短的输送路径。从而直接在焊炬内以小的尺寸和较轻重量实现金属丝缓冲贮存器。并且，其优点在于，金属丝缓冲贮存器以保护状态设置在焊炬体内，不发生脏化。由于其小的结构尺寸，这种类型的焊炬特别适合于机器人应用，不会明显限制机器人的运动自由。通过将金属丝缓冲贮存器设置在紧接软管组到焊炬体的连接之后并在输送焊丝的驱动单元之前，也可以保证驱动单元以基本不受力的方式在焊炬内运行，从而明显提高焊丝输送的动态行为。焊丝可以用金属丝套包围。通过使软管组相对焊炬中心轴线的角度达到90°，将方便焊炬的把持，特别是在机器人应用中，因为以这种方式软管组通过绕第六轴转动容易从第三轴下面通过。
为了监测金属丝缓冲贮存器，有利的是提供捕获储存在金属丝缓冲贮存器中的焊丝的传感器。由于在焊炬的焊炬体内设置了金属丝缓冲贮存器，传感器也受到焊炬体的保护，并且不容易被污染。
以一种有利的方式，从焊丝的输送方向看，传感器被设置在驱动单元的前面。
根据焊炬的一个变化实施例，包围焊丝的金属丝套被设置在焊炬体内的端部区域，从而可沿着纵向自由移动。因此，焊丝弯曲路径的变化将必然在金属丝套自由端位置引起变化，这可以被记录下来，以便评估包含在金属丝缓冲贮存器内的焊丝量。
为此，可以提供一个传感器，用于检测金属丝套在金属丝套可自由移动端部区域的移动。
根据传感器的一个变化的实施例，可以在金属丝套的可自由移动端部区域设置指示器，传感器可以包括包围所述指示器的至少一个线圈，线圈具有通过指示器的位置可改变的电感。结果，通过检测至少一个线圈的电感，可以得到金属丝套的位置，由此得到金属丝缓冲贮存器的状态。
根据另一个变化的实施例，金属丝套可以在驱动单元的区域中被固定。在此变化中，例如，传感器用于检测焊丝弯曲路径的位置以捕获金属丝缓冲贮存器，例如，这可以通过光学传感器实现。
最后，也可以使金属丝套紧接软管组到焊炬体的连接区域之后终止，并且焊丝设置在柔性引导软管内的金属丝缓冲贮存器区域中。此变化的实施例可以实现金属丝套以及焊丝简单更换或替换。
为了便于穿入焊丝或金属丝套，另一方面，为了限定弯曲路径的变化，在焊炬体内设置限位件，用于限定未引导的焊丝的弯曲路径。
将软管组连接到焊炬体可以通过连接装置实现，从而可以简单而快速地将软管组连接到焊炬体上。连接装置可以包括中心连接，通过它可以输送和连接所有管线，例如焊接管线、控制管线、冷却管路、焊丝引导软管、金属丝套和焊丝。
最后，有利的是，将软管组设置成相对于焊炬体可以调节，从而通过这种调节改变包含在金属丝缓冲贮存器内的焊丝量。
附图说明
下面将通过附图更加详细地解释本发明，其中附图表示焊炬的代表性
实施例。在附图中：
图1是焊机或焊接设备的示意图；
图2是其中具有金属丝缓冲贮存器的焊炬的正视图；
图3表示包括固定金属丝套的焊炬的另一个代表性实施例；
图4表示包括裸露焊丝作为金属丝缓冲贮存器的焊炬的一个代表性
实施例；
图5表示包括引导软管作为金属丝缓冲贮存器的焊炬；
图6表示具有两个连接装置的焊炬；
图7表示包括可调节连接装置的焊炬的一个代表性实施例；以及
图8是包括可调节焊炬体的焊炬的示意图。
具体实施方式
图1表示用于诸如MIG/MAG焊接或WIG/TIG焊接、或者电极焊接法、双丝/串联焊接法、等离子或钎焊法等各种焊接工艺或方法的焊接设备1或焊接装置。
焊接设备1包括具有功率元件3的电源2、控制装置4以及分别与功率元件3和控制装置4连接的开关5。开关5和控制装置4连接到布置在输送管线7中的控制阀6，输送管线7用于在气体贮存器9和焊炬10之间或在焊炬中的气体8，特别是保护气，例如二氧化碳、氦气或氩气等等。
此外，如同通常在MIG/MAG焊接中使用的送丝器11也由控制装置4启动，由此将另外的材料或焊丝13通过输送管线12从送丝筒14或焊丝卷输送到焊炬10的区域内。当然，也可以将送丝器11集成在焊接设备1内，特别是如同现有技术公知的在其基本外壳内，而不是如图1所示设计成附属装置一样。
送丝器11将焊丝13或另外材料在焊炬10外部供应到加工点也是可行的，在其端部优选地将非自耗电极设置在焊炬10中，如同通常象WIG/TIG焊接的情况。
在非自耗电极(未图示)与工件16之间形成电弧15特别是用于焊接的电弧的功率从电源2的功率元件3通过焊接管线17供应到焊炬10，特别是电极，其中由几个部分构成的将要焊接的工件16同样连接到焊接设备1，特别是通过另外的焊接管线18连接到电源2，从而在形成的电弧15或等离子喷射上形成用于加工的功率电路。
为了冷却焊炬10，可以通过设置的流动控制装置20将焊炬10经过冷却管路19连接流体贮存器，特别是水箱21，从而当焊炬10开始工作时，启动冷却管路19以及特别是用于水箱21中的流体的流体泵，以便有效地冷却焊炬10。
焊接设备1还包括输入和/或输出装置22，由此可以分别设定和调用焊接设备1最不相同的焊接参数、工作模式或焊接程序。在执行时，通过输入和/或输出装置22设定的焊接参数、工作模式或焊接程序传输到控制装置4，接着，控制装置随后启动焊接装置或焊接设备1的各个部分，并预定相应的所需控制值。
在图示的代表性实施例中，焊炬10还通过软管组23连接焊接设备1或焊接装置。软管组23装有从焊接设备1到焊炬10的各种管线。软管组23通过连接装置24连接到焊炬10，而软管组23内的各个管线通过连接插座或插头连接焊接设备1的各个触点。为了保证软管组23的适当应变消除，软管组23连接到外壳26，特别是，通过应变消除装置25连接到焊接设备1的基本外壳。当然，也可以使用连接装置24连接到焊接设备1。
基本上，需要注意，在不同焊接方法或焊接设备1例如在WIG装置或MIG/MAG设备或等离子装置中不需要使用或采用所有的上述部分。例如，设计焊炬10设计成空气冷却焊炬10是可行的。
图2示意地表示焊炬10的结构，它包括焊炬体27或焊炬把手以及与之连接的弯管28。在一种优选方式下，弯管28是可分离地连接到焊炬体27。为了清楚，仅表示出图示焊炬10的为实现本发明目的所需的那些部分。焊炬10的其余部分可以按照现有技术设置和设计。
在焊炬体27上具有连接装置24，软管组23可以连接到连接装置。连接装置24可以包括中心连接，所有管线，诸如焊接管线17、控制管线29、冷却管路30、经过焊丝引导软管31和金属丝套32的焊丝等通过它供应和连接。连接装置24设置在焊炬体27上，方式是使软管组23倾斜定位，特别是相对于焊炬10的中心轴线34的角度，特别是纵向中心轴线的角度33达到90°。当然，也可以将软管组23固定地连接到焊炬10上，即，没有连接装置24。
并且，驱动单元35装在焊炬体27内。驱动单元35优选地用于输送焊丝13，特别是在焊丝13的不同焊丝输送速度和/或向前/向后输送焊丝。驱动单元35包括至少一个驱动辊36和一个加压辊37，如图所示，驱动辊36连接电机38。当然，也可以用四辊驱动单元代替图中的二辊驱动单元35。
从垂直焊丝13的输送方向看，在驱动单元35前方装有测量装置，特别是传感器39，用于捕获金属丝套32的运动。为达到此目的，在此图示的代表性实施例中金属丝套32在其端部区域没有被固定。根据图示的变化，在金属丝套32的端部装有指示器40。传感器39包括至少一个线圈41，金属丝套32连同指示器40插入线圈41中。指示器40的位置变化导致线圈41电感的变化。因此，通过线圈41的电感变化可以确定金属丝套32的位置。
现在重要的是，引导焊丝13的金属丝套32未被导向地紧接着连接装置24之后布置，金属丝套32沿着弯曲路径42，这意味着金属丝缓冲贮存器43是由所述弯曲路径42形成。金属丝缓冲贮存器43的任务是收取或放出过量的焊丝13。同时，弯曲路径42的中心半径44的变化导致金属丝套32端部的纵向运动。传感器39例如通过线圈41电感的变化能检测金属丝缓冲贮存器43的状态以及得到弯曲路径42的半径44。
基本上，在这一方面需要提及的是，使用这种焊丝输送，通常在焊接设备1或在送丝器11中设置另一个驱动单元，所述另一个驱动单元将焊丝13从焊丝卷或贮存筒14拉出并通过软管组23将其输送到焊炬体27内(未图示)。焊炬10内的驱动单元35用于将焊丝13从软管组23中拉出并使其通过弯管28到达焊点。如果焊接设备1或送丝器11中的驱动单元输送的焊丝13多于焊炬10中的驱动单元35送出的焊丝13，则过多的焊丝将被金属丝缓冲贮存器43收取，其半径44将减小。同时，金属丝套32的端部，特别是指示器40被向前即向着驱动单元35的方向推动。相反，也可能出现驱动单元35输送到焊点的焊丝13多于焊接设备1或送丝器11中的驱动单元送入软管组23的焊丝13，从而弯曲路径42的半径44将增大，金属丝套32的端部移离驱动单元35。
特别是，如果以及当焊接过程中焊丝13以临时变化的速度被输送或者出现焊丝13的向前/向后运动时，将产生金属丝缓冲贮存器43的这种干预，从而产生在金属丝缓冲贮存器43中的短时贮存或从中放出。因此，这将以一种有利的方式实现焊丝输送过程中在不同焊丝输送速度或向前/向后运动时的响应行为的巨大改进，因为金属丝缓冲贮存器443紧接在驱动单元35之后布置，几乎不产生任何的摩擦损失。甚至在反向时由金属丝缓冲贮存器43承接焊丝13的松驰，从而可以非常快速地反向。
此外，还示意地表示出，从软管组23到焊炬10的其它管线侧向地通过驱动单元35，因此可以引导到弯管28中。
为了使金属丝套32导入以及焊丝13的自动导入，可以在焊炬体27内设置限位件45，如图所示，从而在金属丝套32进入传感器39时可以被引导，因而相应地使焊丝13定位。此后，例如，在开始焊接过程之前可以进行调节，以便金属丝套32定向，使得弯曲路径42的中心位置在金属丝缓冲贮存器43内。
图3表示一个代表性实施例，其中金属丝套32在驱动单元35的区域内被固定，从而防止金属丝套32端部的纵向运动。在这种情况下，金属丝缓冲贮存器43仅是由弯曲路径42实现，这可以通过增大或减小半径44使或多或少的焊丝13贮存在金属丝缓冲贮存器43中。金属丝套32也可以在连接装置24的区域内被固定，从而防止金属丝套32插入软管组23。
与图2相比，此结构使测量装置即传感器39的结构产生变化。例如，将杠杆臂或可移动安装的辊连接到裸露的金属丝套32即弯曲路径42是可行的，其中杠杆或辊例如连接到电位计或增量探测器等等。实现光学监测弯曲路径42的半径44也是可行的。为达到此目的，传感器39可以包括光敏和发光元件，使得在金属丝缓冲贮存器43内弯曲路径42的半径44可以从光学元件被金属丝套32的覆盖得出。
在图4所示的代表性实施例中，金属丝套32在连接装置24的下游立即终止。焊丝13裸露地运行到驱动单元35，再次形成具有半径44的弯曲路径42。通过适当地设计测量装置或传感器39，金属丝缓冲贮存器43的状态也容易被检测和评估。例如，使用可移动地安装的辊或光学监测装置作为传感器39是可行的。
此外，根据图5，也可以将焊炬10设计成金属丝套32终止于连接装置24的区域内，并且焊丝13穿入焊炬10内的引导软管47，这意味着沿着环形路径的柔性引导软管47设置在焊炬10内，由此将金属丝套32终止于连接装置24的区域内。这可以使金属丝套32和焊丝13简单地更换以及简单和自动替换。引导软管47的机构和半径44的检测，即检测金属丝缓冲贮存器43的状态也可以按上述代表性实施例的传感器39执行。
根据另一个实施例，参看图6，设置另一个连接装置48以及实现焊接过程所需的管线分布也是可行的。在这种情况下，焊丝13倾斜地输送到如图2到5所示的焊炬10，而其它管线居中地连接到焊炬10的纵轴，这意味着焊丝13例如通过终止于连接装置24的单独焊丝引导软管49输送并连接到焊炬10的连接装置24，而其它管线通过软管组23连接到另一个连接装置48。从而独立于软管组23中运行的其它管线将焊丝13引导到焊炬10。在外部焊丝引导软管49中，金属丝套32再次布置成弯曲路径42，从而形成金属丝缓冲贮存器43。
图7表示另一个代表性实施例，其中驱动单元35构成单独的模块，特别是，驱动模块50。在这种情况下，如同现有技术公知的，驱动单元35可插地连接到焊炬体27，或者甚至直接连接到弯管28。
在这种情况下，也可以按照上面图1到6所示实现驱动模块50和软管组23的连接。驱动单元35设置在驱动模块50中，焊丝13形成半径44的弯曲路径42，以形成金属丝缓冲贮存器43。这种与软管组23的连接也可以通过连接装置24或48实现。不用说，软管组23，特别是输送到其中的管线可以直接连接到驱动模块50。
此外，也可以在上述实施例的变化中将连接装置24设置在焊炬体27的外壳部分上，相对于焊炬体27的其它部分可以调节，从而允许倾斜位置，特别是角度33可以改变，以便实现软管组23的可调节连接。这种结构提供的优点是，通过这种调节，可以直接影响弯曲路径42的结构，即焊丝13的半径44，从而改变金属丝缓冲贮存器43的大小。这种结构示于图8，其中以虚线表示出焊炬体27的第二位置。

Claims (12)

1.一种焊炬(10)，包括焊炬体(27)和用于输送焊丝(13)的驱动单元(35)，尤其是用于不同焊丝输送速度或向前/向后输送焊丝，以及相对于所述焊炬(10)中心轴线(34)成角度地连接到焊炬体(27)的软管组(23)，其中，用于焊丝(13)的金属丝套(32)或者焊丝(13)本身沿着弯曲路径(42)，从而形成金属丝缓冲贮存器(43)，包含在金属丝缓冲贮存器(43)中的焊丝(13)的量可通过改变所述弯曲路径被调节，其特征在于，金属丝缓冲贮存器(43)在焊炬体(27)内紧接软管组(23)的连接区域之后布置，并且软管组(23)相对于焊炬(10)的中心轴线(34)成直到90°的角度(33)布置。
2.如权利要求1所述的焊炬，其特征在于，设置传感器(39)，以捕获贮存在金属丝缓冲贮存器(43)中的焊丝(13)。
3.如权利要求2所述的焊炬，其特征在于，从焊丝(13)的输送方向看，传感器(39)设置在驱动单元(35)的前面。
4.如权利要求1到3中的一项或几项所述的焊炬，其特征在于，金属丝套(32)被布置在焊炬体(27)内的端部区域中，以便沿着纵向可自由地移动。
5.如权利要求4所述的焊炬，其特征在于，传感器(39)被布置成用于检测在金属丝套(32)的可自由移动端部区域中的金属丝套(32)的移动。
6.如权利要求5所述的焊炬，其特征在于，指示器(40)被设置在在金属丝套(32)的可自由移动端部区域，传感器(39)包括包围所述指示器(40)的至少一个线圈(41)，线圈(41)具有通过指示器(40)的位置可改变的电感。
7.如权利要求1到3中的一项或几项所述的焊炬，其特征在于，金属丝套(32)在驱动单元(35)的区域内被固定。
8.如权利要求1到3中的一项或几项所述的焊炬，其特征在于，金属丝套(32)紧接在软管组(23)连接到焊炬体(27)的区域之后终止，并且焊丝(13)随后布置成裸露地延伸到驱动单元(35)。
9.如权利要求1到3中的一项或几项所述的焊炬，其特征在于，金属丝套(32)紧接在软管组(23)连接在焊炬体(27)上的区域之后终止，并且焊丝(13)布置在金属丝缓冲贮存器(43)内的柔性引导软管(47)中。
10.如权利要求1到9中的一项或几项所述的焊炬，其特征在于，限位件(45)设置在焊炬体(27)内，以限定未引导的焊丝(13)的弯曲路径。
11.如权利要求1到10中的一项或几项所述的焊炬，其特征在于，软管组(23)与焊炬体(27)的连接是通过连接装置(24)实现的。
12.如权利要求1到11中的一项或几项所述的焊炬，其特征在于，软管组(23)设置成相对于焊炬体(27)可以调节，从而通过这种调节改变包含在金属丝缓冲贮存器(43)内的焊丝(13)的量。
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