DE102007006114A1

DE102007006114A1 - Verfahren zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit eines Drahtes und Vorrichtung zum Zuführen von Draht in einem thermischen Fügeprozeß

Info

Publication number: DE102007006114A1
Application number: DE102007006114A
Authority: DE
Inventors: Carsten-Andreas Rösler
Original assignee: Scansonic MI GmbH
Current assignee: Scansonic MI GmbH
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-02-03
Also published as: DE102007006114B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit eines Drahtes, insbesondere Zusatzdrahtes, in einem thermischen Fügeprozess, bei dem der Draht (D) mittels einer einen Antriebsmotor (2) aufweisenden Drahtvorschubeinrichtung (1) und einer eine Drahtführungsbahn definierenden und eine Drahtaustrittsöffnung (9.3) aufweisenden Drahtführungseinrichtung (5, 6, 7a) einer Fügestelle (P) zugeführt wird. Um den Fügeprozess stabil zu gestalten, wenn die zur Verfügung stehende Energie zum Aufschmelzen der zugeführten Drahtmenge abnimmt und/oder weiche bzw. dünne Drähte Verwendung finden, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, eine auf den Draht axial wirkende Widerstandskraft (FP) und/oder eine in der Drahtführungseinrichtung autretende Reibungskraft (FR1, FR2, FR3) mittels mindestens eines zwischen der Drahtvorschubeinrichtung (1) und der Drahtaustrittsöffnung angeordneten Kraftsensors (S1; S2) erfasst werden und die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes (D) in Abhängigkeit der Widerstandskraft (FP) und/oder Reibungskraft (FR1, FR2, FR3) so geregelt wird, dass in Vorschubrichtung (R) gesehen hinter der Drahtvorschubeinrichtung (1) ein Ausknicken des Drahtes in Bezug auf die Drahtführungsbahn verhindert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und vorteilhafte Verwendungen des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit eines Drahtes, insbesondere Zusatzdrahtes, in einem thermischen Fügeprozess, bei dem der Draht mittels einer einen Antriebsmotor aufweisenden Drahtvorschubeinrichtung und einer eine Drahtführungsbahn definierenden und eine Drahtaustrittsöffnung aufweisenden Drahtführungseinrichtung einer Fügestelle zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Zuführen von Draht, insbesondere Zusatzdraht, in einem thermischen Fügeprozess, mit wenigstens einer einen Antriebsmotor aufweisenden Drahtvorschubeinrichtung, einer eine Drahtführungsbahn definierenden und eine Drahtaustrittsöffnung aufweisenden Drahtführungseinrichtung, mittels der der Draht einer Fügestelle zugeführt wird, wenigstens einem Sensor, der eine Messgröße erfasst, die von einer auf den Draht wirkenden Widerstandskraft und/oder einer in der Drahtführungseinrichtung auftretenden Reibungskraft abhängt, und die Messgröße repräsentierende Signale abgibt, und einer Regelungseinrichtung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes. Ferner betrifft die Erfindung vorteilhafte Verwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In thermischen Fügeprozessen wird in vielen Fällen ein Zusatzdraht verwendet. Je nach Art des Prozesses hat dieser Draht unterschiedliche Funktionen. So dient er beim Lichtbogenschweißen als Elektrode, während er beispielsweise beim Laserstrahlschweißen als Füllmaterial für den Fügespalt fungiert. In einem in der DE 100 06 852 A1 offenbarten Laserstrahlfügeverfahren übernimmt der Zusatzdraht zusätzlich die Funktion einer abschmelzenden Tastspitze zur Führung des Laserstrahls entlang des von den zu verbindenden Werkstücken definierten Fügestoßes.
Der Drahtvorschub erfolgt bei diesen bekannten Fügeverfahren durch speziell dafür konzipierte Antriebe, die je nach Anwendung und Hersteller unterschiedlich aufgebaut sein können. In der Regel umfassen sie neben einem Antriebsmotor mehrere gehärtete Förder- und Führungsrollen. In Betrieb einer Drahtzuführungsvorrichtung rollt der Antrieb den Draht von einer Spule ab und schiebt ihn durch eine an ihren beiden Enden fixierte Drahtummantelung zum Brenner bzw. zur Drahtdüse (so genanntes Kontaktrohr). Am Ende des Förderweges tritt der Draht aus der Drahtdüse aus und wird von dort in Richtung Werkstück bzw. in das vom Energiestrahl erzeugte Schmelzbad geschoben.
Um ein qualitativ gutes Prozessergebnis zu erzielen, ist es erforderlich, den Energieeintrag in das Werkstück und in den Draht, den Vorschub des Brenners bzw. der Bearbeitungsoptik und den Drahtvorschub aufeinander abzustimmen. Dementsprechend ist die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes eine prozessbestimmende Größe. Je nach Drahtdicke ist zum Abschmelzen der Drahtspitze eine bestimmte in die Drahtspitze eingekoppelte Leistung erforderlich, welche als Abschmelzleistung (gemessen in kg/h) bezeichnet wird. Der Abschmelzprozess kann dabei durch Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit an eine gewählte Abschmelzleistung oder durch Anpassung der Abschmelzleistung an das für den Fügeprozess benötigte Drahtvolumen geregelt werden.
Um im Falle eines Schweiß- oder Lötprozesses die Naht im gewünschten Maß zu füllen, muss der Draht hinreichend schnell gefördert werden, damit ausreichend Schmelze gebildet werden kann. Wird jedoch zuviel Draht gefördert, kann der Draht durch die in die Drahtspitze eingekoppelte Leistung nicht hinreichend schnell aufgeschmolzen werden, was zu einer ungleichmäßigen oder zu stark gefüllten Naht oder zu Anbindungsfehlern durch vorlaufende Schmelze und damit letztlich zu Qualitätsmängeln führt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, die darauf abzielen, die Drahtförderung durch eine entsprechende Regelung konstant zu halten. Häufig wird dabei die Drahtvorschubgeschwindigkeit über Rollen ermittelt, die den Draht antreiben oder von ihm angetrieben werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei konstanter Drehzahl einer Messrolle auch der Drahtvorschub konstant ist. Wird eine Änderung der Messrollendrehzahl festgestellt, wird der Motorstrom als Stellgröße soweit angepasst, bis die vorgegebene Drehzahl an der Messrolle wieder erreicht ist. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass ein das Messergebnis verfälschender Schlupf zwischen dem Draht und der Messrolle nicht berücksichtigt werden kann. Ein weiterer Nachteil einer solchen Regelung besteht darin, dass die gegebenenfalls zu einer Absenkung der Vorschubgeschwindigkeit führende Ursache nicht erkannt werden kann, da sowohl eine Änderung der Gegenkraft (Widerstandskraft) an der Fügestelle als auch eine Änderung von Reibungskräften in der Drahtführung den Drahtvorschub beeinflussen. Nimmt beispielsweise die Drahtabschmelzleistung an der Fügestelle ab, so wird der Draht relativ zur Abschmelzleistung zu schnell gefördert, was durch die Geschwindigkeitsregelung des Drahtvorschubs nicht erkannt wird und zu einer Instabilität des Fügeprozesses führt. Ferner kann beim Fördern weicher und/oder dünner Drähte eine verschleiß- oder verschmutzungsbedingte Erhöhung der Reibungskräfte im System dazu führen, dass der Draht an Positionen, an denen er nicht durch eine Drahtummantelung oder ein Führungsrohr geführt wird, beispielsweise unmittelbar hinter den Förderrollen, ausknickt und sich verknäult, was zu einem Ausfall des Drahtfördersystems und damit zu einer Prozessunterbrechung führt.
Die DE 43 12 224 C1 beschreibt eine Vorrichtung zum Vorschub von Lotdraht an ein beheiztes Werkstück, mit einem steuerbaren Motor zur Förderung des Lotdrahtes zum Werkstück, bei der der Lotdraht zwischen zwei winklig zueinander angeordneten Führungseinrichtungen gebogen verläuft und eine Auslenkung des Lotdrahtes in dessen Krümmungsbereich durch eine Messeinrichtung gemessen wird. Die Messeinrichtung steuert oder regelt dabei in Abhängigkeit vom Wert der Auslenkung die Drehzahl des Motors, der Transportrollen zum Vorschub des Drahtes antreibt. Der Drahtvorschub wird somit an den Schmelzvorgang, der nicht gleichmäßig abläuft, sondern durch Temperaturschwankungen im Lotdraht und/oder im Werkstück beeinflusst ist, angepasst. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch, dass der Lotdraht über den relativen langen Krümmungsbereich zwischen den beiden winklig zueinander angeordneten Führungseinrichtungen ungeführt und ungeschützt verläuft. Die bekannte Vorrichtung ist daher störanfällig. Bei einem relativ dünnen und/oder weichen Draht kann es im Krümmungsbereich des Drahtes leicht zu einem Ausknicken, d. h. einer plastischen Verformung des Drahtes und damit zu einer Störung des Drahtvorschubes kommen.
Da aus Gründen der Gewichtseinsparung insbesondere für den Automobilbau relativ dünne Metallbleche mit ausreichender oder sogar verbesserter Festigkeit entwickelt wurden, ergeben sich zunehmend Metallschweißarbeiten mit einem relativ dünnen Fügestoß. Dementsprechend besteht ein Bedarf an der Verwendung von relativ dünnem Zusatzdraht beim thermischen Fügen dünner Metallbleche.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Zuführen von Draht in einem thermischen Fügeprozess anzugeben, mit denen sich der Fügeprozess stabiler gestalten lässt. Insbesondere soll die Erfindung es ermöglichen, einen mit Zusatzdraht arbeitenden thermischen Fügeprozess stabil aufrechtzuerhalten, wenn die zum Abschmelzen des Zusatzdrahtes zur Verfügung stehende Energie abnimmt und/oder relativ weiche bzw. dünne Drähte in dem thermischen Fügeprozess Verwendung finden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem der Draht mittels einer einen Antriebsmotor aufweisenden Drahtvorschubeinrichtung und einer eine Drahtführungsbahn definierenden und eine Drahtaustrittsöffnung aufweisenden Drahtführungseinrichtung einer Fügestelle in einem thermischen Fügeprozess zugeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Draht axial wirkende Widerstandskraft und/oder eine in der Drahtführungs einrichtung auftretende Reibungskraft mittels mindestens eines zwischen der Drahtvorschubeinrichtung und der Drahtaustrittsöffnung angeordneten Kraftsensors erfasst wird und die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes in Abhängigkeit der Widerstandskraft und/oder der Reibungskraft so geregelt wird, dass in Vorschubrichtung gesehen hinter der Drahtvorschubeinrichtung ein Ausknicken des Drahtes in Bezug auf die Drahtführungsbahn verhindert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, in einem gattungsgemäßen Fügeprozess sehr dünnen sowie weichen Draht, insbesondere als Zusatzdraht, zu verwenden. Ein Ausknicken, d. h. eine plastische Verformung des Drahtes wird durch die erfindungsgemäße kraftgeregelte Drahtförderung selbst bei sehr dünnem und/oder weichem Draht sicher verhindert. Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, dass die zur Verfügung stehende Energie des Brenners bzw. Energiestrahls jederzeit ausreicht, um den Draht zuverlässig aufzuschmelzen, um so einen stabilen Fügeprozess zu gewährleisten. Es ist im Rahmen der Erfindung erkannt worden, dass Änderungen im Fügeprozess selbst, die beispielsweise von einer geänderten Abschmelzleistung herrühren können, als eine geänderte axial gegen die Drahtvorschubrichtung gerichtete Prozessgegenkraft messtechnisch erfasst und zur Steuerung des Drahtvorschubs genutzt werden können. Sinkt beispielsweise bei einem Laserstrahlfügeprozess die Abschmelzleistung in Folge einer zunehmenden Verschmutzung der Bearbeitungsoptik ab, so erfährt der in den Wirkpunkt des Laserstrahls geförderte Draht einen höheren Widerstand, da mehr Draht in den Wirkpunkt des Laserstrahls gefördert wird als dort aufgeschmolzen werden kann. Dieser Widerstand lässt sich auch als axial dem Vorschub entgegen gerichtete Prozessgegenkraft bezeichnen. Diese Gegenkraft wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren unmittelbar erfasst und als Stellgröße einer Regelungseinrichtung zugeführt, welche in Abhängigkeit der erfassten Gegenkraft (Widerstandskraft) das Drehmoment bzw. die Drehzahl des Antriebsmotors der Drahtvorschubeinrichtung und somit die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes regelt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere auch eine dem Drahtvorschub entgegen gerichtete Reibungskraft in der Drahtführungseinrichtung berücksichtigt werden. Steigt die Reibungskraft mit zunehmender Betriebsdauer einer gattungsgemäßen Vorrichtung an, so wird der Drahtvorschub entsprechend gebremst, was gegebenenfalls auch zu einem Absinken der Prozessgegenkraft führt. Die Reibungskraft bzw. Prozessgegenkraft wird vorzugsweise mittels eines elastisch verlängerbaren Teilstücks der Drahtführungseinrichtung erfasst und als entsprechendes Sensorsignal an die Regelungseinrichtung weitergegeben, welche ihrerseits die Kraft bzw. das Drehmoment des Antriebsmotors erhöht, wodurch die reibungsbedingte Abbremsung des Drahtvorschubs kompensiert wird.
Als fortlaufende Erfassung der Widerstandskraft bzw. Reibungskraft im Sinne der Erfindung wird sowohl eine kontinuierliche Erfassung als auch eine in zeitlichen Abständen erfolgende Erfassung verstanden.
Prinzipiell können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche Kräfte erfasst werden, die in Drahtvorschubrichtung gesehen hinter dem wenigstens einen Kraftsensor, d. h. zwischen der Fügestelle und dem Messort auftreten. Hierzu gehören insbesondere Reibungskräfte, die durch Reibung zwischen dem Draht und den einzelnen mit dem Draht in Kontakt stehenden Vorrichtungskomponenten entstehen. Um den Einfluss einer in der Drahtführungseinrichtung auftretenden Reibungskraft auf die Erfassung der an der Fügestelle axial auf den Draht wirkenden Widerstandskraft (Prozessgegenkraft) zu reduzieren, ist es vorteilhaft, die Widerstandskraft möglichst nahe an der Fügestelle zu erfassen. Dies geschieht in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in unmittelbarer Nähe der Drahtaustrittsöffnung eines der Fügestelle zugewandten Drahtzuführrohres.
Falls ein dünner und/oder sehr weicher Draht gefördert wird, ist es zweckmäßig, sämtliche gegen die Vorschubrichtung gerichteten Kräfte zu erfassen und den Vorschub in Abhängigkeit der erfassten Kräfte zu regeln, um ein Ausknicken des Drahtes zu verhindern. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dementsprechend vorgesehen, dass die auf den Draht wirkenden Kräfte nicht nur in unmittelbarer Nähe der Drahtaustrittsöffnung eines der Fügestelle zugewandten Drahtzuführrohres erfasst werden, sondern ergänzend hierzu auch unmittelbar hinter der Drahtvorschubeinrichtung.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Draht über eine rohr- oder schlauchförmige Drahtführung der Fügestelle zugeführt wird, wobei die Abschnitte des Drahtes, die sich zwischen der Drahtvorschubeinrichtung und der Fügestelle befinden und nicht in der rohr- oder schlauchförmigen Drahtführung geführt werden (können), im Wesentlichen geradlinig verlaufen. Hierdurch wird die Sicherheit gegen Ausknicken des Drahtes weiter erhöht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die auf den Draht bei dessen Vorschub einwirkenden Widerstands- und Reibungskräfte an mindestens zwei voneinander beabstandeten Stellen entlang der Drahtzuführungseinrichtung erfasst werden, wobei aus den an jeweils zwei unterschiedlichen Stellen erfassten Messwerten ein Differenzsignal gebildet wird. Anhand des Differenzsignals lässt sich der Zustand der Drahtführungseinrichtung, insbesondere der Verschleißzustand einer rohr- oder schlauchförmigen Drahtführungseinrichtung ermitteln.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Draht bei dessen Vorschub einwirkenden Widerstands- und Reibungskräfte an mindestens einer Stelle erfasst und mit mindestens einem vorgegebenen Soll- oder Grenzwert verglichen werden. Anhand dieses Vergleichs lässt sich ebenfalls der Zustand, insbesondere der Verschleißzustand der Drahtführungseinrichtung ermitteln.
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren, bei denen die Drahtgeschwindigkeit über eine Messrolle ermittelt wird, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Widerstandskraft (Prozessgegenkraft) und/oder gegebenenfalls die gegen die Drahtvorschubrichtung gerichtete Reibungskraft direkt in dem System erfasst. Erfindungsgemäß erfolgt dies, indem die axial gegen die Vorschubrichtung des Drahtes auf diesen wirkende Widerstandskraft und/oder die Reibungskraft fortlaufend mittels eines in die Drahtführungseinrichtung integrierten Sensors, beispielsweise mittels eines elastisch verlängerbaren Teilstücks der Drahtführungseinrichtung erfasst wird und die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes in Abhängigkeit der erfassten Kraft bzw. Kräfte derart geregelt wird, dass die Prozessgegenkraft im Wesentlichen konstant gehalten wird, die Prozessgegenkraft und/oder die Reibungskraft eine vorgegebene Maximalkraft nicht überschreitet oder auf einen definierten Wert geregelt wird. Letzteres entspricht einer Nullpunktregelung.
Bei dem thermischen Fügeprozess selbst kann es sich um einen Schweißprozess, insbesondere einen Laserstrahlschweißprozess, handeln ebenso wie um einen Lötprozess, wobei in diesem Falle die Vorschubgeschwindigkeit des Lotdrahtes in der oben beschriebenen Weise geregelt wird.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner vorrichtungsmäßig gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zuführen von Draht, insbesondere Zusatzdraht, in einem thermischen Fügeprozess, umfasst wenigstens eine einen Antriebsmotor aufweisende Drahtvorschubeinrichtung, eine eine Drahtführungsbahn definierende und eine Drahtaustrittsöffnung aufweisende Drahtführungseinrichtung, mittels der der Draht einer Fügestelle zugeführt wird, wenigstens einen Kraftsensor zur Erfassung einer auf den Draht wirkenden Widerstandskraft und/oder einer in der Drahtführungseinrichtung auftretenden Reibungskraft, und eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes. Der wenigstens eine Kraftsensor ist zwischen der Drahtvorschubeinrichtung und der Drahtaustrittsöffnung angeordnet. Die Regelungseinrichtung wirkt dabei in Abhängigkeit der vom Kraftsensor abgegebenen Signale derart regelnd auf die Drahtvorschubeinrichtung ein, dass in Vorschubrichtung gesehen hinter der Drahtvorschubeinrichtung ein Ausknicken des Drahtes in Bezug auf die Drahtführungsbahn verhindert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ohne großen technischen Aufwand in bestehenden Vorrichtungen zum Drahtvorschub realisiert werden. Im übrigen gilt für die Vorteile dieser Vorrichtung das vorstehend Gesagte.
Der Sensor der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst vorzugsweise ein elastisch verlängerbares Teilstück der Drahtführungseinrichtung, dessen Länge sich in Abhängigkeit einer axial gegen die Vorschubrichtung des Drahtes auf diesen wirkenden Prozessgegenkraft und/oder einer in der Drahtführungseinrichtung beim Drahtvorschub auftretenden Reibungskraft verändert.
Um die Prozessgegenkraft möglichst frei von Störgrößen erfassen zu können, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass der Sensor zur Erfassung der Prozessgegenkraft unmittelbar vor oder in unmittelbarer Nähe vor der der Fügestelle zugewandten Drahtaustrittsöffnung der Drahtführungseinrichtung angeordnet ist. Der Abstand des Sensors von der Drahtaustrittsöffnung beträgt vorzugsweise weniger als 10 cm, besonders bevorzugt weniger als 5 cm.
Im Falle von dünnen und/oder weichen Drähten ist es, wie vorstehend ausgeführt, vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Kraftsensor bzw. ein elastisch verlängerbares Teilstück in Drahtvorschubrichtung gesehen dicht hinter der wenigstens einen Drahtvorschubeinrichtung angeordnet ist.
Da die Prozessgegenkraft und ggf. weitere Kräfte als Längenänderung eines elastisch verlängerbaren Teilstücks der Drahtführungseinrichtung erfasst werden können, ist es in diesem Fall zweckmäßig, den Sensor mit einem Wegaufnehmer, insbesondere einem Dehnungsmessstreifen, induktiven Wegaufnehmer oder Potentiometer zu versehen.
Das elastisch verlängerbare Teilstück der Drahtführungseinrichtung lässt sich auf verschiedene Weise realisieren. So kann es insbesondere aus einem elastischen Schlauchabschnitt gefertigt sein. Alternativ dazu ist es möglich, das elastisch verlängerbare Teilstück aus mehreren, zueinander verschiebbaren, elastisch gegeneinander vorgespannten Teilen zu bilden. Beispielsweise kann das elastisch verlängerbare Teilstück aus einem über eine Feder abgestützten Führungsrohr und einer Federabstützung nach Art einer Federwaage gebildet sein.
Die Drahtführungseinrichtung bzw. Drahtummantelung, in welche das elastisch verlängerbare Teilstück integriert sein kann, kann selbst als Metallwendel, die vorzugsweise aus Bronze gefertigt ist, ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, die Drahtummantelung aus Kunststoff zu fertigen. Müssen bei einem Schweiß- oder Lötbrenner neben dem Draht auch weitere Zusatzmedien, wie Schutzgas oder Kühlwasser, zugeführt werden, ist es zweckmäßig, die Drahtummantelung mit wenigstens einer weiteren Leitung, insbesondere einer Schutzgas- oder Kühlwasserleitung, in einer gemeinsamen Ummantelung als Schlauchpaket zu führen. In diesem Fall ist darauf zu achten, dass sich das elastisch verlängerbare Teilstück der Drahtführungseinrichtung ohne Beeinflussung durch die weiteren Leitungen in Abhängigkeit von der jeweils herrschenden Prozessgegenkraft und ggf. weiteren Kräften (Reibungskräften) in seiner Länge ausdehnen bzw. verkürzen kann.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur geregelten Drahtzuführung in einem thermischen Fügeprozess, beispielsweise einem Laserstrahlschweißprozess;
2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur geregelten Drahtzuführung in einem thermischen Fügeprozess, beispielsweise einem Laserstrahlschweißprozess; und
3 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur geregelten Drahtzuführung in einem thermischen Fügeprozess, beispielsweise einem Lichtbogenschweißprozess.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung umfasst in Drahtvorschubrichtung R gesehen eine Drahtvorschubeinrichtung 1, die eine Förderrolle (Antriebsrolle) 1a sowie eine ihr gegenüberliegend angeordnete, federbelastete Druckrolle (Gegendruckrolle) 1b umfasst. Die Förderrolle 1a wird durch einen Antriebsmotor 2 angetrieben, welcher mit einer Reglungseinrichtung 3 verbunden ist. Mittels der Reglungseinrichtung 3 lässt sich das Drehmoment des Antriebsmotors 2 und damit das Drehmoment der Förderrolle 1a regeln. Wird der Antriebsmotor 2 in Betrieb gesetzt, so dass sich die Förderrolle 1a in Pfeilrichtung dreht, wird von einer Spule 4 ein Draht D als Zusatzmaterial für den thermischen Fügeprozess, zum Beispiel Laserstrahlschweißprozess, abgerollt und durch das Rollenpaar 1a, 1b in Richtung der zu verbindenden Werkstücke W1, W2 in eine Fügezone P gefördert. Der Draht D ist relativ weich und dünn. Er besitz beispielsweise einen Durchmesser von weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,8 mm.
Hinter dem Rollenpaar 1a, 1b tritt der Draht in eine Drahteinlaufdüse (Einlaufhülse) 5 einer Drahtführungseinrichtung ein. Die Drahtführungseinrichtung umfasst hier eine schlauchförmige Drahtführung (Seele) 6, deren eines Ende an einem axial beweglich gelagerten Führungsrohr 7a nahe der Drahteinlaufdüse 5 und deren anderes Ende an einem Kontaktrohr 9.2 mit einer Drahtauslaufdüse befestigt ist. Die Drahtführung 6 ist beispielsweise als Kunststoffschlauch oder als aus Bronze gefertigte Metallwendel ausgebildet.
Die Drahtführungseinrichtung definiert eine Drahtführungsbahn, die vorzugsweise nicht starr, sondern zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet ist.
Das Führungsrohr 7a ist teleskopartig in einem zylindrischen Rohrstück 9 gehalten und mit einer schraubenförmigen Feder 7b versehen, die an ihrem einen Ende an einem durchmessererweiterten Absatz 7c des Führungsrohres 7a und an ihrem anderen Ende an einem mit dem Rohrstück 9 verbundenen Vorsprung 9.1 abgestützt ist. Der Vorsprung 9.1 und der Absatz 7c stellen also jeweils eine Federabstützung dar.
Das axial beweglich gehaltene Führungsrohr 7a, die Feder 7b und die Federabstützung 9.1 bilden ein elastisch verlängerbares Teilstück 7 der Drahtführungseinrichtung.
Nach Durchlaufen der Drahtführungseinrichtung mit dem als Drahtaustrittsdüse ausgebildeten, auf den Wirkpunkt des Energiestrahls bzw. Laserstrahls L ausrichtenden Röhrchens 9.2 tritt der Draht D in die Fügestelle P ein, wo er durch den fokussierten Energiestrahl L aufgeschmolzen wird und als Füllmaterial in den von den miteinander zu verbindenden Werkstücken W1 und W2 definierten Fügespalt (Fügestoß) hineinläuft.
Das Röhrchen (Kontaktrohr) 9.2 ist mit einer Energiestrahlzuführeinrichtung bzw. Laserbearbeitungsoptik (nicht dargestellt) gekoppelt, die durch eine Führungsmaschine (nicht dargestellt) entlang des von den zu verbindenden Werkstücken W1, W2 definierten Fügestoßes bewegt wird.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Kraftsensor S1 zur fortlaufenden Erfassung von in der Drahtführungseinrichtung auftretenden Reibungskräften F_R1, F_R2 und F_R3 sowie der axial gegen die Vorschubrichtung auf den Draht D wirkenden Prozessgegenkraft (Widerstandskraft) F_P. Vorliegend umfasst der Sensor S1 das elastisch verlängerbare Teilstück 7 der Drahtführungseinrichtung und einen dem Teilstück 7 zugeordneten Wegaufnehmer 8, welcher eine Längenänderung des Teilstückes 7 erfasst und als Messsignal an die Reglungseinrichtung 3 weitergibt.
Bei der in 1 dargestellten Vorrichtung werden somit in Drahtvorschubrichtung R gesehen dicht hinter der Drahtvorschubeinrichtung 1 die Widerstandskraft F_P und eine in der Drahtführungseinrichtung auftretende Reibungskraft F_R1, F_R2, F_R3 erfasst.
Nimmt die auf den Draht einwirkende Reibungskraft F_R1, F_R2 F_R3 infolge Verschleißes der Drahtführungseinrichtung zu, so kommt es zu einer entsprechenden Ausdehnung des elastisch verlängerbaren Teilstückes 7 der Drahtzuführungseinrichtung, was durch den fortlaufend messenden Wegaufnehmer 8 detektiert und als Messsignal an die Reglungseinrichtung 3 weitergegeben wird. Die Reglungseinrichtung 3 reduziert dann das Drehmoment bzw. die Drehzahl des Antriebsmotors 2 soweit, dass ein Ausknicken des Drahtes D verhindert wird.
Die Einlaufdüse 5 der Drahtführungseinrichtung ist in Bezug auf die Drahtvorschubeinrichtung 1 so angeordnet ist, dass der Abschnitt des Drahtes D, der sich zwischen dem Rollenpaar 1a, 1b und der Einlaufdüse 5 befindet und nicht in der rohr- oder schlauchförmigen Drahtführung 6 geführt ist, im Wesentlichen geradlinig verläuft.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur geregelten Drahtzuführung in einem thermischen Fügeprozess dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in der Anordnung des Kraftsensors. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Kraftsensor S2 sehr nahe am Drahtauslauf der Drahtführungseinrichtung angeordnet.
Die Drahtführungseinrichtung umfasst hier eine rohr- oder schlauchförmige Drahtführung (Seele) 6, deren eines Ende an der Drahteinlaufdüse 5 und deren anderes Ende an einem axial beweglich gelagerten Führungsrohr 7a befestigt ist.
Das Führungsrohr 7a ist wiederum teleskopartig in einem Rohrstück 9 gehalten und mit einer Feder 7b versehen, die an ihrem einen Ende an einem durchmessererweiterten Absatz 7c des Führungsrohres 7a und an ihrem anderen Ende an einem mit dem Rohrstück 9 verbundenen Vorsprung 9.1 abgestützt ist. Das axial beweglich gehaltene Führungsrohr 7a, die Feder 7b und die Federabstützung 9.1 bilden ein elastisch verlängerbares Teilstück 7 der Drahtführungseinrichtung.
An dem Rohrstück 9 ist ein der Fügestelle P zugewandtes Drahtzuführrohr 9.2 angebracht, das auch als Kontaktrohr bezeichnet werden kann. Das Rohrstück 9 und das Drahtzuführrohr (Kontaktrohr) 9.2 sind mit einer Energiestrahlzuführeinrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt, die durch eine Führungsmaschine (nicht dargestellt) entlang des von den Werkstücken W1, W2 definierten Fügestoßes bewegt wird.
Nach Durchlaufen des elastischen Teilstücks 7 und des als Drahtaustrittsdüse ausgebildeten, auf den Wirkpunkt des Energiestrahls bzw. Laserstrahls L ausrichtenden Kontaktrohres 9.2 tritt der Draht D in die Fügezone P ein, wo er durch den fokussierten Energiestrahl L aufgeschmolzen wird und als Füllmaterial in den von den miteinander zu verbindenden Werkstücken W1 und W2 definierten Fügespalt (Fügestoß) hineinläuft.
Zur fortlaufenden Erfassung der gegen die Vorschubrichtung R auf den Draht D axial wirkenden Prozessgegenkraft (Widerstandskraft) F_P dient das elastisch verlänger bare Teilstück 7 der Drahtführungseinrichtung, das mit einem Wegaufnehmer 8 versehen ist, der eine Längenänderung des Teilstückes 7 erfasst und als Messsignal an die Reglungseinrichtung 3 weitergibt.
Der Wegaufnehmer 8 besteht beispielsweise aus einem Dehnungsmessstreifen oder einem induktiven Wegaufnehmer, insbesondere einem induktiven Halbbrücken-Wegaufnehmer (Differentialdrossel). Elektrisch betrachtet stellt ein nach dem Differentialdrossel-Prinzip funktionierender Wegaufnehmer eine Wheatstonsche Halbbrücke dar, die zwei Messspulen aufweist. Ein ferromagnetischer Kern, der sich im Inneren der Messspulen bewegt, bewirkt in seiner Mittelstellung, dass beide Messspulen den gleichen Scheinwiderstand aufweisen. Die Brückenschaltung ist damit abgeglichen, die Messspannung Null. Wird der Kern aus seiner Mittelstellung verschoben, so ändern sich die Scheinwiderstände der beiden Messspulen gegensinnig und die Messspannung nimmt innerhalb des Messbereiches proportional mit der Verschiebung zu.
Im Falle eines konstanten Energieeintrags durch den Energiestrahl L wird der Draht D mit konstanter Abschmelzleistung geschmolzen und läuft in den Fügespalt zwischen den zu verbindenden Werkstücken W1 und W2. Dabei ist in einem Gleichgewichtszustand die Abschmelzleistung gerade so groß, dass exakt soviel Draht abgeschmolzen wie von der Spule 4 nachgefördert wird. Verringert sich nun die Abschmelzleistung beispielsweise infolge einer Verschmutzung der Bearbeitungsoptik, kann der pro Zeiteinheit geförderte Draht D nicht mehr vollständig abgeschmolzen werden, wodurch die Schweißnaht unruhig wird. Die Folge ist, dass der Draht D hart in das Schmelzbad einsticht, wodurch die im vorstehend beschriebenen Gleichgewichtszustand konstante Prozessgegenkraft F_P ansteigt. Dieser Anstieg bewirkt eine Ausdehnung des elastisch verlängerbaren Teilstückes 7 der Drahtzuführungseinrichtung, was durch den fortlaufend messenden Wegaufnehmer 8 detektiert und als Messsignal an die Reglungseinrichtung 3 weitergegeben wird. Die Reglungseinrichtung 3 reduziert nun die Drehzahl des Antriebsmotors 2 soweit, dass nur soviel Draht gefördert wie durch die reduzierte Abschmelzleistung aufgeschmolzen wird. Die angestiegene Prozessgegenkraft F_P nimmt somit entsprechend ab und das elastisch verlängerte Teilstück 7 zieht sich entsprechend zusammen.
Somit ist es also möglich, anhand der durch den Wegaufnehmer 8 fortlaufend gemessenen Länge des elastisch verlängerbaren Teilstückes 7 den Drahtvorschub so zu regeln, dass auch bei zeitlich variabler Abschmelzleistung genau die durch den Laserstrahl pro Zeiteinheit abzuschmelzende Drahtmenge durch die Drahtvorschubeinrichtung 1 in die Fügezone P gefördert wird, wodurch ein stabiler Fügeprozess sichergestellt ist.
Im Falle einer konstanten Abschmelzleistung, jedoch mit bei längerer Betriebsdauer zunehmenden Reibungskräften, die sowohl an dem Kontaktrohr (F_R1), an der Drahtummantelung 6 (F_R2) als auch an der Drahteinlaufhülse 5 (F_R3) auftreten können, wird der Draht D abgebremst, was eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes mit sich bringt. In diesem Fall wird zuwenig Draht in der Fügezone abgeschmolzen und der Fügespalt nicht ausreichend mit abgeschmolzenem Drahtmaterial gefüllt. Da dann die Prozessgegenkraft F_P entsprechend absinkt, zieht sich der elastische Längenabschnitt 7 zusammen, was durch den Wegaufnehmer 8 gemessen und an die Reglungs einrichtung 3 weitergeleitet wird. Diese erhöht sodann die Drehzahl des Antriebsmotors 2 solange, bis wieder hinreichend viel Draht aufgeschmolzen wird und die Prozessgegenkraft F_P wieder ihren Ausgangswert (Normalwert) erreicht hat.
Zu beachten ist hierbei, dass bei der in 2 dargestellten Anordnung des elastisch verlängerbaren Teilstückes 7 unmittelbar vor dem Kontaktrohr 9.2 die im Kontaktrohr auftretende Reibung F_R1 des Drahts D vernachlässigt werden kann. Es wird für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angenommen, dass die Reibung F_R1 des Drahts D im Kontaktrohr konstant ist und vernachlässigt werden kann.
Sollen aber möglichst sämtliche auftretenden Reibungskräfte bei der Regelung mitberücksichtigt werden, so liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, zusätzlich einen Kraftsensor bzw. ein elastisch verlängerbares Teilstück mit einem zugeordneten Wegaufnehmer möglichst nahe an der Drahtvorschubeinrichtung 1 anzuordnen. Die Prozessgegenkraft F_P und die Reibungskräfte F_R2 und/oder F_R3 können in diesem Fall insbesondere mittels eines elastischen Längenabschnitts der schlauchartigen Drahtführung 6 erfasst werden, die hierzu mit einem geeigneten Wegaufnehmer versehen wird. Die schlauchartige Drahtführung 6 kann insbesondere auch mit mehreren Sensoren bzw. elastisch verlängerbaren Teilstücken und zugeordneten Wegaufnehmern versehen sein. Durch Auswertung der Sensorsignale lässt sich der Zustand der schlauchartigen Drahtführung (Seele) sowie ein eventuelles Ausknicken oder Verknäulen des Drahtes D innerhalb der Drahtummantelung 6 ermitteln bzw. erkennen.
Insbesondere besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit mindestens zwei Kraftsensoren S1, S2 auszustatten. Diese Variante ist in 3 dargestellt.
Die in 3 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß 2 zunächst dadurch, dass der in Drahtvorschubrichtung R unmittelbar vor dem Drahtzuführungsrohr (Kontaktrohr) 9.2 und damit sehr nah an der Fügestelle P angeordnete Sensor S2 mit einem Schweiß- oder Lötbrenner 10 verbunden ist. Das Rohrstück 9, in welchem das Führungsrohr 7a teleskopartig aufgenommen ist, ist mit dem Brenner 10 fest verbunden.
Darüber hinaus ist ein weiterer Sensor S1 unmittelbar hinter dem Drahteinlauf vorgesehen. Der Sensor S1 ist in der Drahteinlaufdüse 5 der Drahtführungseinrichtung integriert. Der Aufbau des Sensors S1 entspricht dem Aufbau des Sensors S2. Er ist ebenfalls als elastisch verlängerbares Teilstück der Drahtführungseinrichtung ausgebildet und weist einen Wegaufnehmer 12 auf. Die Sensorsignale der beiden Wegaufnehmer 8, 12 werden in der Reglungseinrichtung 3 ausgewertet. Die Auswertung der beiden Sensorsignale ermöglicht eine Aussage über die Reibung im Förderweg des Drahtes D sowie den Verschleißzustand der Drahtummantelung (Seele) 6.
Eine plötzliche oder auch langsam zunehmende Verringerung der Abschmelzleistung kann, wie erwähnt, beim Laserstrahlfügen beispielsweise als Folge einer Verschmutzung der Bearbeitungsoptik auftreten. Insofern eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Regelung der Drahtvorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Transmissivität der Laserstrahlbearbeitungsoptik.
Eine weitere vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Regelung der Drahtzufuhrgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Nahtbreite oder Spaltbreite in einem thermischen Fügeverfahren. Diesbezüglich wird davon ausgegangen, dass die in axialer Richtung auf den zugeführten Draht D wirkende Prozessgegenkraft F_P (Widerstandskraft) mit zunehmender Nahtbreite/Spaltbreite abnimmt.
Wie oben erwähnt, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch zur Erfassung eines durch Drahtreibung bedingten Verschleißes der Drahtführungseinrichtung, insbesondere einer schlauchförmigen Drahtführung 6 nutzen.
Bei den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Drahtführungseinrichtung in Bezug auf die Drahtvorschubeinrichtung 1 wiederum so ausgebildet und angeordnet, dass die Abschnitte des Drahtes D, die sich zwischen der Drahtvorschubeinrichtung 1 und der Fügestelle P befinden und nicht in der rohr- oder schlauchförmigen Drahtführung 6 geführt sind, im Wesentlichen geradlinig verlaufen.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind verschiedene Varianten möglich, die auch bei grundsätzlich abweichender Gestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen. So können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere auch beim thermischen Fügen mittels Lichtbogen angewendet werden.
Schließlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, das Kontaktrohr 9.2 selbst als elastisch verlängerbares Teilstück der Drahtzuführeinrichtung auszuführen. Das Kontaktrohr 9.2 kann hierzu beweglich gelagert und mit einem Sensor bzw. Wegaufnehmer versehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10006852 A1 [0002]
- DE 4312224 C1 [0007]

Claims

Verfahren zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit eines Drahtes, insbesondere Zusatzdrahtes, in einem thermischen Fügeprozess, bei dem der Draht (D) mittels einer einen Antriebsmotor aufweisenden Drahtvorschubeinrichtung (1) und einer eine Drahtführungsbahn definierenden und eine Drahtaustrittsöffnung (9.3) aufweisenden Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) einer Fügestelle (P) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Draht (D) axial wirkende Widerstandskraft (F_P) und/oder eine in der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) auftretende Reibungskraft (F_R1, F_R2, F_R3) mittels mindestens eines zwischen der Drahtvorschubeinrichtung (1) und der Drahtaustrittsöffnung (9.3) angeordneten Kraftsensors (S1, S2) erfasst werden und die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes (D) in Abhängigkeit der Widerstandskraft (F_P) und/oder der Reibungskraft (F_R1, F_R2, F_R3) so geregelt wird, dass in Vorschubrichtung (R) gesehen hinter der Drahtvorschubeinrichtung (1) ein Ausknicken des Drahtes (D) in Bezug auf die Drahtführungsbahn verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (D) über eine rohr- oder schlauchförmige Drahtführung (6) der Fügestelle (P) so zugeführt wird, dass die Abschnitte des Drahtes, die sich zwischen der Drahtvorschubeinrichtung (1) und der Fügestelle (P) befinden und nicht in der rohr- oder schlauchförmigen Drahtführung (6) geführt werden, im Wesentlichen geradlinig verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandskraft (F_P) in Drahtvorschubrichtung (R) gesehen unmittelbar vor oder in unmittelbarer Nähe vor der der Fügestelle (P) zugewandten Drahtaustrittsöffnung (9.3) der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) fortlaufend erfasst wird und die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes (D) in Abhängigkeit der erfassten Widerstandskraft (F_P) derart geregelt wird, dass die Widerstandskraft (F_P) im Wesentlichen konstant gehalten wird, eine vorgegebene Maximalkraft nicht überschreitet oder auf einen definierten Wert geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandskraft (F_P) und/oder eine in der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) auftretende Reibungskraft (F_R1, F_R2, F_R3) in Drahtvorschubrichtung (R) gesehen dicht hinter der Drahtvorschubeinrichtung (1) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandskraft (F_P) in unmittelbarer Nähe der Mündung eines der Fügestelle (P) zugewandten Drahtzuführrohres (9.2) mittels eines elastisch verlängerbaren Teilstücks (7) der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandskraft (F_P) und/oder eine in der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) auftretende Reibungskraft (F_R1, F_R2, F_R3) mittels eines elastischen Längenabschnitts einer schlauchförmigen Drahtführung (6) erfasst wird, wobei die Länge des elastischen Längenabschnittes durch die Regelung in einer Nulllage konstant gehalten wird oder eine Überschreitung einer Maximallänge des elastischen Längenabschnittes durch die Regelung unterbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandskraft (F_P) und/oder eine in der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) auftretende Reibungskraft (F_R1, F_R2, F_R3) mittels eines über eine Feder (7b) abgestützten, teleskopartig gelagerten Führungsrohres (7a) erfasst wird, wobei die axiale Lage des Führungsrohres (7a) in Bezug auf eine fixierte Federabstützung (9.1) durch die Regelung in einer Nulllage konstant gehalten wird oder eine Überschreitung einer maximalen Axialverschiebung des Führungsrohres (7a) durch die Regelung unterbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Draht wirkende Widerstandskraft (F_P) und/oder eine in der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) auftretende Reibungskraft (F_R1, F_R2, F_R3) mit mindestens zwei, entlang der Drahtlängsachse voneinander beabstandeten Kraftsensoren erfasst wird und aus den entsprechenden Sensorsignalen ein Differenzsignal gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Draht (D) bei dessen Vorschub einwirkenden Widerstands- und Reibungskräfte (F_P, F_R1, F_R2, F_R3) an mindestens einer Stelle der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) erfasst und mit mindestens einem vorgegebenen Soll- oder Grenzwert verglichen werden, und dass anhand dieses Vergleichs der Zustand, insbesondere der Verschleißzustand der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeprozess ein Schweißprozess, insbesondere ein Laserstrahl- oder Lichtbogenschweißprozess ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeprozess ein Lötprozess ist, wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Lotdrahtes geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der der Fügestelle (P) zugeführte Draht (D) einen Durchmesser von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,8 mm aufweist.
Vorrichtung zum Zuführen von Draht, insbesondere Zusatzdraht, in einem thermischen Fügeprozess, mit wenigstens einer einen Antriebsmotor (2) aufweisenden Drahtvorschubeinrichtung (1), einer eine Drahtführungsbahn definierenden und eine Drahtaustrittsöffnung () aufweisenden Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2), mittels der der Draht (D) einer Fügestelle (P) zugeführt wird, wenigstens einem Sensor (S1, S2), der eine Messgröße erfasst, die von einer auf den Draht wirkenden Widerstandskraft (F_P) und/oder einer in der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) auftretenden Reibungskraft (F_R1, F_R2, F_R3) abhängt, und die Messgröße repräsentierende Signale abgibt, und einer Regelungseinrichtung (3) zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (S1, S2) ein Kraftsensor ist, der zwischen der Drahtvorschubeinrichtung (1) und der Drahtaustrittsöffnung (9.3) angeordnet ist, wobei die Regelungseinrichtung (3) in Abhängigkeit der vom Kraftsensor (S1, S2) abgegebenen Signale derart regelnd auf die Drahtvorschubeinrichtung (1) einwirkt, dass in Vorschubrichtung (R) gesehen hinter der Drahtvorschubeinrichtung (1) ein Ausknicken des Drahtes (D) in Bezug auf die Drahtführungsbahn verhindert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) aus einer rohr- oder schlauchförmigen Drahtführung (6) gebildet ist, die in Bezug auf die Drahtvorschubeinrichtung (1) so angeordnet ist, dass die Abschnitte des Drahtes (D), die sich zwischen der Drahtvorschubeinrichtung (1) und der Fügestelle (P) befinden und nicht in der rohr- oder schlauchförmigen Drahtführung (6) geführt sind, im Wesentlichen geradlinig verlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kraftsensor (S1) in Drahtvorschubrichtung (R) gesehen dicht hinter der Drahtvorschubeinrichtung (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch der wenigstens eine Kraftsensor (S2) oder ein zusätzlicher Kraftsensor in Drahtvorschubrichtung (R) gesehen unmittelbar vor oder in unmittelbarer Nähe vor der der Fügestelle (P) zugewandten Drahtaustrittsöffnung () der Drahtführungseinrichtung angeordnet ist, wobei die Regelungseinrichtung (3) in Abhängigkeit der vom Kraftsensor (S2) abgegebenen Signale derart regelnd auf die Drahtvorschubeinrichtung (1) einwirkt, dass die Widerstandskraft (F_P) im Wesentlichen konstant gehalten wird, eine vorgegebene Maximalkraft nicht überschreitet oder auf einen definierten Wert geregelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kraftsensor (S1, S2) ein elastisch dehnbares oder elastisch verlängerbares Teilstück (7, 11) der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) aufweist, dessen Länge sich in Abhängigkeit der auf den Draht (D) wirkenden Widerstandskraft (F_P) und/oder der in der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2) auftretenden Reibungskraft (F_R1, F_R2, F_R3) verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch dehnbare oder elastisch verlängerbare Teilstück (7, 11) in unmittelbarer Nähe der Drahtaustrittsöffnung eines der Fügestelle (P) zugewandten Drahtzuführrohres (9.2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verlängerbare Teilstück (7, 11) aus einem über eine Feder (7b) abgestützten Führungsrohr (7a) und einer Federabstützung (9.1) aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch dehnbare oder elastisch verlängerbare Teilstück (7, 11) mit einem Wegaufnehmer (8, 12) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer (8, 12) aus einem Dehnungsmessstreifen gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer (8, 12) aus einem induktiven Wegaufnehmer gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer (8, 12) aus einem Potentiometer gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtführungseinrichtung eine rohr- oder schlauchförmigen Drahtführung (6) umfasst, deren Enden fixiert sind, wobei die Drahtführung (6) wenigstens einen elastisch dehnbaren oder elastisch verlängerbaren Längenabschnitt aufweist, der Teil des wenigstens einen Kraftsensors (S1, S2) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die rohr- oder schlauchförmigen Drahtführung (6) mehrere elastisch dehnbare und/oder elastisch verlängerbare Längenabschnitte aufweist, die jeweils Teil eines Kraftsensors sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kraftsensoren (S1, S2) vorgesehen sind, von denen der eine Kraftsensor (S2) in Drahtvorschubrichtung (R) gesehen unmittelbar vor oder in unmittelbarer Nähe vor der der Fügestelle (P) zugewandten Drahtaustrittsöffnung (9.3) der Drahtführungseinrichtung angeordnet ist, während der andere Kraftsensor (S1) in Drahtvorschubrichtung (R) gesehen dicht hinter der Drahtvorschubeinrichtung (1) angeordnet ist.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Laserstrahlfügeverfahren zur Regelung der Drahtvorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Transmissivität einer Laserstrahlbearbeitungsoptik.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Regelung der Drahtzufuhrgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Nahtbreite oder Spaltbreite in einem thermischen Fügeverfahren.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Erfassung eines durch Drahtreibung bedingten Verschleißes der Drahtführungseinrichtung (5, 7a, 6, 9.2), insbesondere einer rohr- oder schlauchförmigen Drahtführung (6).