DE102020124846B4

DE102020124846B4 - Schweißkappen-Kühlwassersteuerung sowie Verfahren zur Steuerung einer Schweißkappen-Kühlwassersteuerung

Info

Publication number: DE102020124846B4
Application number: DE102020124846.6A
Authority: DE
Inventors: Hartmuth Lotha
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2040-09-24
Also published as: US20220088726A1; DE102020124846A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Schweißkappen-Kühlwassersteuerung (10) miteiner Kühlwasserleitung (14), die einen in Richtung zu zumindest einer Schweißkappe (12) führenden Kühlwasserzulauf (16) mit einem schaltbaren Zulaufventil (18) zum Verschließen des Kühlwasserzulaufs (16) und einen von der zumindest einen Schweißkappe (12) wegführenden Kühlwasserrücklauf (20) mit einem schaltbaren Rücklaufventil (22) zum Verschließen des Kühlwasserrücklaufs (20) aufweist, wobei der Abschnitt der Kühlwasserleitung (14), der stromabwärts des Zulaufventils (18) und stromaufwärts des Rücklaufventils (22) angeordnet ist, einen Prüfabschnitt (24) der Kühlwasserleitung (14) bildet,einem Drucksensor (30), der zur Druckmessung des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) eingerichtet ist, undeiner Steuerungseinheit (26), die mit dem Drucksensor (30), dem Zulaufventil (18) und dem Rücklaufventil (22) signalübertragend gekoppelt ist,wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:- Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) auf einen Überdruck, der über einem Versorgungsdruck liegt, welcher während des Schweißens bei geöffnetem Zulaufventil (18) und geöffneten Rücklaufventil (22) im Prüfabschnitt (24) herrscht, und- Durchführen einer Druckabfallmessung bei Überdruck.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Schweißkappen-Kühlwassersteuerung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Schweißkappen-Kühlwassersteuerung mit einer Kühlwasserleitung, die einen in Richtung zu zumindest einer Schweißkappe führenden Kühlwasserzulauf mit einem schaltbaren Zulaufventil zum Verschließen des Kühlwasserzulaufs und einen von der zumindest einen Schweißkappe wegführenden Kühlwasserrücklauf mit einem schaltbaren Rücklaufventil zum Verschließen des Kühlwasserrücklaufs aufweist.
Roboter-Punktschweißanlagen sind insbesondere in der Automobilindustrie im Einsatz und müssen hohen Qualitätsansprüchen gerecht werden. Eine hohe, bis zu 100 % erforderliche Verfügbarkeit erfordert eine maximale Zuverlässigkeit aller Komponenten. Die Schweißkappen unterliegen hohen thermischen Beanspruchungen und Verschleiß und werden durch Kühlwasser permanent gekühlt. Die verwendeten Schweißkappen sind hierbei von vornherein als Verschleißteile ausgelegt, die regelmäßig abgefräst und getauscht werden müssen.
Beim Abfräsen der Kappen, beim Wiederanlauf, nach einem Kappenwechsel oder durch Materialermüdung, Materialfehler oder fehlerhafter Zuführungs- und Rückführungsschlauchwege oder deren Verbindungen können Leckagen entstehen. Wird eine Leckage nicht rechtzeitig erkannt, kann austretendes Kühlwasser zu Anlagestillständen und sogar zu einer Beeinträchtigung empfindlicher Anlagenkomponenten führen. Daher wird üblicherweise der Kühlwasserdurchfluss überwacht, um ein unerwartetes Abfallen des Kühlwasserdurchflusses in bestimmten Abschnitten zu ermitteln, das auf eine Leckage hinweist.
Aufgrund der begrenzten Detektionsschwelle der Durchflussüberwachung können auf diese Weise jedoch lediglich größere Lecks zuverlässig ermittelt werden, während geringfügige Leckagen unter der Detektionsschwelle liegen und somit nicht erfasst werden. Geringfügige Leckagen werden daher häufig erst dann entdeckt, wenn diese zu Bauteilen mit fehlerhaften Schweißpunkten führen, die in der Qualitätskontrolle durchfallen und als Ausschuss aussortiert werden müssen. Die Kosten, die dabei entstehen, sind sehr hoch.
Schweißkappen-Kühlwassersteuerungen sind aus der DE 10 2015 120 222 A1 sowie der US 6 026 682 A bekannt.
Ferner zeigen die DE 10 2013 101 104 A1 und die DE 10 2015 204 812 A1 Vorrichtungen zur Kühlmittelversorgung von Schweißeinrichtungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung einer Schweißkappen-Kühlwassersteuerung bereitzustellen, mittels dem auch geringfügige Leckagen zuverlässig sowie in kurzer Zeit ermittelt werden können. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Schweißkappen-Kühlwassersteuerung bereitzustellen, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Steuerung einer Schweißkappen-Kühlwassersteuerung vorgesehen. Die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung hat hierbei eine Kühlwasserleitung, die einen in Richtung zu zumindest einer Schweißkappe führenden Kühlwasserzulauf mit einem schaltbaren Zulaufventil zum Verschließen des Kühlwasserzulaufs und einen von der zumindest einen Schweißkappe wegführenden Kühlwasserrücklauf mit einem schaltbaren Rücklaufventil zum Verschließen des Kühlwasserrücklaufs aufweist. Der Abschnitt der Kühlwasserleitung, der stromabwärts des Zulaufventils und stromaufwärts des Rücklaufventils angeordnet ist, bildet dabei einen Prüfabschnitt der Kühlwasserleitung. Die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung hat ferner einen Drucksensor, der zur Druckmessung des Kühlwassers im Prüfabschnitt eingerichtet ist, und eine Steuerungseinheit, die mit dem Drucksensor, dem Zulaufventil und dem Rücklaufventil signalübertragend gekoppelt ist. Das Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf:

- Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt auf einen Überdruck, der über einem Versorgungsdruck liegt, welcher während des Schweißens bei geöffnetem Zulaufventil und geöffneten Rücklaufventil im Prüfabschnitt herrscht, und
- Durchführen einer Druckabfallmessung bei Überdruck.

Die erfindungsgemäße Idee besteht darin, eine Leckage über eine Druckabfallmessung zu erkennen. Das bedeutet, es wird der gemessene Druck p₁ zu einem Zeitpunkt t₁ mit dem gemessenen Druck p₂ zu einem Zeitpunkt t₂ verglichen. Liegt die Änderung über einem bestimmten Schwellenwert, wird eine Leckage erfasst. Dabei wurde erkannt, dass bei geringfügigen Leckagen, die insbesondere nicht zuverlässig mittels einer Durchflussüberwachung erkannt werden können, nur vergleichsweise kleine Mengen Kühlwasser über das Leck austreten und somit der Zeitraum vergleichsweise groß ist, der zwischen zwei Druckmessungen erforderlich ist, um derartige Leckagen zuverlässig mit einer Druckabfallmessung zu erfassen. Indem der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt für die Druckabfallmessung erhöht wird, erhöht sich entsprechend auch die Menge an Kühlwasser, die pro Zeiteinheit über eine Leckage austritt, was wiederum einen schnelleren bzw. größeren Druckabfall zur Folge hat. Auf diese Weise können auch geringfügige Leckagen zuverlässig in kurzer Zeit mittels der Druckabfallmessung ermittelt werden.
Insbesondere sind bei der Druckabfallmessung das Zulaufventil und das Rücklaufventil geschlossen, wodurch die Druckabfallmessung auf den Prüfabschnitt begrenzt ist und somit ein mögliches Leck einfacher lokalisiert werden kann. Ferner erfolgt hierdurch die Druckabfallmessung unabhängig von der Kühlwasserströmung und dem Hallenkühlwasserdruck, d. h. dem Kühlwasserdruck, der am Kühlwasserzulauf versorgungsseitig anliegt und den Versorgungsdruck im Prüfabschnitt während des Schweißens bei geöffnetem Zulaufventil und geöffneten Rücklaufventil bildet.
Die erforderliche Dauer der Druckabfallmessung kann hierbei insbesondere so kurz bemessen sein, dass die Druckabfallmessung während eines Neustarts der Punktschweißanlage, der die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung zugeordnet ist, oder eines Kappenfräs-Intervalls erfolgen kann, während dem die zumindest eine Schweißkappe abgefräst wird, der die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung zugeordnet ist.
In einer Ausführungsform beträgt der Überdruck mindestens 110 %, insbesondere mindestens 130 % des Versorgungsdrucks, um geringfügige Leckagen in besonders kurzer Zeit zuverlässig erfassen zu können.
Zusätzlich oder alternativ kann der Überdruck mindestens 6 bar, insbesondere mindestens 7,5 bar betragen, so dass der Druckabfall im Fall einer Leckage besonders groß und damit in einer Druckabfallmessung besonders leicht zu erfassen ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein schaltbarer, mit der Steuerungseinheit signalübertragend gekoppelter Expansionszylinder vorgesehen, der zum Aufnehmen von Kühlwasser aus dem Prüfabschnitt und Rückführen von Kühlwasser an den Prüfabschnitt eingerichtet ist. Insbesondere weist der Expansionszylinder einen Expansionsraum mit einer beweglichen Wand auf, die mit einem einstellbaren Gegendruck zum Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt beaufschlagbar ist. Mittels des Expansionszylinders kann der Druck im Prüfabschnitt erhöht oder verringert werden, indem das Volumen des Expansionszylinders, das mit Kühlwasser aus dem Prüfabschnitt gefüllt ist, entsprechend verändert wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren zum Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt auf einen Überdruck die folgende Schrittabfolge auf:

- Schließen des Rücklaufventils, und
- zeitverzögertes Schließen des Zulaufventils.

Hierbei wird der Impuls des in den Prüfabschnitt einströmenden Kühlwassers genutzt, um mit geringem Aufwand einen Überdruck im Prüfabschnitt herzustellen.
Im Sinne der Erfindung wird unter zeitverzögert insbesondere ein Zeitraum von wenigstens einer Sekunde oder wenigstens einer Zehntelsekunde verstanden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist das Verfahren zum Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt auf einen Überdruck die folgende Schrittabfolge auf:

- Schließen des Rücklaufventils und des Zulaufventils, und
- Erhöhen des Drucks im Prüfabschnitt mittels des Expansionszylinders.

Auf diese Weise kann ein Überdruck mit einem besonders großen Druckunterschied gegenüber dem Versorgungsdruck bereitgestellt werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist das Verfahren zum Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt auf einen Überdruck die folgende Schrittabfolge auf:

- Schließen des Rücklaufventils und des Zulaufventils,
- Verringern des Drucks im Prüfabschnitt mittels des Expansionszylinders, und
- Erhöhen des Drucks im Prüfabschnitt mittels des Expansionszylinders.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass nach dem Verringern des Drucks zunächst ein niedriger Druck im Prüfabschnitt herrscht, der dazu genutzt werden kann, einen Schweißkappenwechsel mit relativ geringem Kühlwasserverlust durchzuführen.
Hierbei kann beim Schließen des Rücklaufventils und des Zulaufventils zuerst das Rücklaufventil und zeitverzögert hierzu das Zulaufventil geschlossen werden, um den Impuls des in den Prüfabschnitt einströmenden Kühlwassers zur Erhöhung des Drucks im Prüfabschnitt zu nutzen. In Kombination mit dem Expansionszylinder kann auf diese Weise ein besonders hoher Überdruck im Prüfabschnitt erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform weist das Verfahren zum Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt auf einen Überdruck die folgende Schrittabfolge auf:

- Schließen des Zulaufventils,
- zeitverzögertes Schließen des Rücklaufventils,
- Verringern des Drucks im Prüfabschnitt mittels des Expansionszylinders,
- Öffnen und zeitverzögertes Schließen des Zulaufventils, und
- Erhöhen des Drucks im Prüfabschnitt mittels des Expansionszylinders.

Hierbei kann der Zeitpunkt nach dem Verringern des Drucks für einen Schweißkappenwechsel mit relativ geringem Kühlwasserverlust genutzt werden. Indem nachfolgend das Zulaufventil kurzzeitig geöffnet wird, kann beim Schweißkappenwechsel ausgetretenes Kühlwasser im Prüfabschnitt ersetzt und der Impuls des in den Prüfabschnitt einströmenden Kühlwassers zur Erhöhung des Drucks im Prüfabschnitt genutzt werden. Somit kann nach einem Schweißkappenwechsel ein besonders hoher Überdruck im Prüfabschnitt für die Druckabfallmessung erzeugt werden.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch eine Schweißkappen-Kühlwassersteuerung mit einer Kühlwasserleitung vorgesehen, die einen in Richtung zu zumindest einer Schweißkappe führenden Kühlwasserzulauf mit einem schaltbaren Zulaufventil zum Verschließen des Kühlwasserzulaufs und einen von der zumindest einen Schweißkappe wegführenden Kühlwasserrücklauf mit einem schaltbaren Rücklaufventil zum Verschließen des Kühlwasserrücklaufs aufweist. Der Abschnitt der Kühlwasserleitung, der stromabwärts des Zulaufventils und stromaufwärts des Rücklaufventils angeordnet ist, bildet dabei einen Prüfabschnitt der Kühlwasserleitung. Die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung hat ferner einen Drucksensor, der zur Druckmessung des Kühlwassers im Prüfabschnitt eingerichtet ist, und eine Steuerungseinheit, die mit dem Drucksensor, dem Zulaufventil und dem Rücklaufventil signalübertragend gekoppelt ist. Hierbei ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren mit den zuvor genannten Vorteilen auszuführen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus der beigefügten Zeichnung.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Schweißkappen-Kühlwassersteuerung.

In 1 ist eine Schweißkappen-Kühlwassersteuerung 10 für eine Schweißkappe 12 eines Schweißroboters dargestellt.
Die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung 10 hat eine Kühlwasserleitung 14 mit einem Kühlwasserzulauf 16, der zur Schweißkappe 12 führt und ein Zulaufventil 18 aufweist, sowie einem Kühlwasserrücklauf 20, der von der Schweißkappe 12 wegführt und ein Rücklaufventil 22 aufweist.
Die Kühlwasserleitung 14 ist hierbei Teil eines Kühlwasserkreislaufs, durch den im Betrieb Kühlwasser zum Kühlen der Schweißkappe 12 geleitet wird. Die Pfeile in 1 illustrieren die Strömungsrichtung des Kühlwassers durch die Kühlwasserleitung 14.
Der Abschnitt der Kühlwasserleitung 14, der sich in Strömungsrichtung vom Zulaufventil 18 zum Rücklaufventil 22 erstreckt, bildet einen Prüfabschnitt 24 der Kühlwasserleitung 14.
In einer alternativen Ausführungsform können anstelle der einen Schweißkappe 12 mehrere Schweißkappen 12 vorgesehen sein, die über die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung 10 gekühlt werden. Die Schweißkappen 12 sind hierbei im Prüfabschnitt 24 strömungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise mittels einer Reihenschaltung.
Das Zulaufventil 18 und das Rücklaufventil 22 haben jeweils eine geschlossene Stellung, in der kein Kühlwasser durch das jeweilige Ventil 18, 22 strömen kann, und jeweils eine vollständig geöffnete Stellung, in der eine maximale Menge an Kühlwasser pro Zeiteinheit durch das jeweilige Ventil 18, 22 strömen kann.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Zulaufventil 18 ein Durchflussregelventil und das Rücklaufventil 22 ein Steuerventil.
Grundsätzlich können die Ventile 18, 22 beliebige Ventile sein, solange sie jeweils eine geschlossene und eine geöffnete Stellung aufweisen. Vorzugsweise ist zumindest eines der Ventile 18, 22 ein Durchflussregelventil, um die Kühlwassermenge steuern und/oder regeln zu können, die durch den Prüfabschnitt bzw. die Schweißkappe 12 strömt.
Um die Ventile 18, 22 zu steuern bzw. zu regeln, weist die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung 10 eine elektronische Steuerungseinheit 26 auf, die mit den Ventilen 18, 22 signalübertragen verbunden ist.
Die Steuerungseinheit 26 bildet ferner eine Schnittstelle, über die die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung 10 mit einer Schweißrobotersteuerung 28 des Schweißroboters signalübertragend gekoppelt ist.
Ferner hat die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung 10 einen Drucksensor 30, mittels dem der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 gemessen und überwacht werden kann, sowie einen Durchflusssensor 32, der dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 fortlaufend zu ermitteln. Der Drucksensor 30 und der Durchflusssensor 32 sind signalübertragend mit der Steuerungseinheit 26 gekoppelt.
Der Durchflusssensor 32 ist optional und kann in einer alternativen Ausführungsform entfallen.
Nicht dargestellt sind in diesem Zusammenhang eventuelle Temperatursensoren, die möglichst im oder in der Nähe des Durchflusssensors 32 angeordnet sind, sodass zusätzlich zum Volumenstrom die Temperatur des Kühlwassers detektiert und in der Steuerungseinheit 26 zur Einstellung des Durchflussregelventils berücksichtigt werden kann.
Des Weiteren weist die Schweißkappen-Kühlwassersteuerung 10 einen Expansionszylinder 34 auf, der signalübertragend mit der Steuerungseinheit 26 gekoppelt ist.
Der Expansionszylinder 34 hat einen Expansionsraum 36, der fluidisch mit dem Prüfabschnitt 24 gekoppelt ist, und einen motorisch (d. h. elektrisch, hydraulisch, pneumatisch usw.) verstellbaren Kolben 38 mit einer beweglichen Wand 40, die den Expansionsraum 36 begrenzt.
Der Expansionsraum 36 stellt ein sich unter dem Druck des Kühlmittels im Prüfabschnitt 24 ausdehnendes Volumen bereit. Über die Stellung des Kolbens 38 können das Volumen des Expansionsraums 36 und somit die Menge an Kühlwasser eingestellt werden, die aus dem Prüfabschnitt 24 aufgenommen und an den Prüfabschnitt 24 zurückgeführt wird. Mit anderen Worten kann über den Expansionszylinder 34 das Gesamtvolumen, bestehend aus dem Volumen des Prüfabschnitts 24 und dem Volumen des Expansionsraums 36 eingestellt werden, das zur Aufnahme von Kühlwasser bereitsteht.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Expansionszylinder 34 einen Durchmesser von 60 mm, was nicht einschränkend zu verstehen ist. Hierdurch ist er besonders kompakt und kann in unmittelbarer Nähe zum Prüfabschnitt 24 angeordnet werden, ohne den Arbeitsraum des Schweißroboters wesentlich einzuschränken.
Selbstverständlich kann in einer alternativen Ausführungsform ein beliebig großer Expansionszylinder 34 vorgesehen sein, beispielsweise mit einem Durchmesser von 80 mm oder 100 mm.
Der Expansionszylinder 34 ist über die Steuerungseinheit 26 mit einer Pneumatikeinheit 42 gekoppelt, die den Antrieb des Expansionszylinders 34 bildet.
Mit der Steuerungseinheit 26 lässt sich auf den Kolben 38 ein Gegendruck zum Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 einstellen, mit dem die Expansion des Volumens des Expansionsraums 36 gedämpft werden kann.
Bei geschlossenen Ventilen 18, 22 kann mittels des Expansionszylinders 34 der Druck im Prüfabschnitt 24 verringert werden, indem das Volumen des Expansionsraums 36 vergrößert wird, wodurch das Gesamtvolumen steigt. Ferner kann bei geschlossenen Ventilen 18, 22 der Druck im Prüfabschnitt 24 mittels des Expansionszylinders 34 erhöht werden, indem das Volumen des Expansionsraums 36 verringert wird, wodurch das Gesamtvolumen sinkt.
Im Betrieb des Punktschweißroboters strömen an die Schweißkappe 12 je nach Werkstoff und Ausführung bis zu 30 I Kühlwasser pro Minute und Kappe. Das Kühlwasser hat dabei im Nennbetrieb eine Temperatur zwischen 20 °C und 40 °C und wird in der Regel mit einem Druck von bis zu 5,5 bar beaufschlagt. Für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele wird ein Druck angenommen, der bei vollständig geöffneten Ventilen 18, 22 zu einem Versorgungsdruck von etwa 5,5 bar im Prüfabschnitt 24 führt.
Anhand der Messdaten des Durchflusssensors 32 können bei einer Durchflussüberwachung Leckagen erkannt werden, die zu unerwarteten Einbrüchen des Volumenstroms führen.
Um geringfügige Leckagen zu erfassen, insbesondere die unterhalb der Detektionsschwelle der Durchflussüberwachung liegen, weist die Steuerungseinheit 26 mehrere Prüfmodi auf, die im Folgenden erläutert werden.
In allen Prüfmodi wird dabei eine Druckabfallmessung im Prüfabschnitt 24 mittels des Drucksensors 30 durchgeführt, während die Ventile 18, 22 geschlossen sind.
Um den Kühlwasserstrom durch die Kühlwasserleitung 14 wieder in Gang zu setzten, werden die Ventile 18, 22 nach einer oder mehreren Druckabfallmessungen wieder geöffnet, insbesondere wenn keine Leckage ermittelt wurde.
Vorzugsweise wird die Druckabfallmessung zu einem Zeitpunkt durchgeführt, in der die eingeschränkte Kühlung der Schweißkappe 12 aufgrund der geschlossenen Ventile 18, 22 vernachlässigbar ist, beispielsweise während eines arbeits- bzw. schweißfreien Zeitabschnitts.
Ferner wird die Druckabfallmessung bei Überdruck durchgeführt, das heißt, bei einem Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24, der über dem Versorgungsdruck von 5,5 bar liegt, um die Dauer einer aussagekräftigen Druckabfallmessung zu verkürzen.
In einem ersten Prüfmodus der Steuerungseinheit 26 schließt die Steuerungseinheit 26 zuerst das Rücklaufventil 22 und bewusst zeitverzögert dazu das Zulaufventil 18. Hierdurch wird der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 erhöht.
Anschließend führt die Steuerungseinheit 26 eine Druckabfallmessung bei einem Überdruck durch, der im vorliegenden Fall etwa 6 bar beträgt.
Hierbei wird der Expansionszylinder 34 derart von der Steuerungseinheit 26 angesteuert, dass das Volumen des Expansionsraums 36 im Wesentlichen konstant bleibt, beispielsweise indem der Kolben 38 mit einem Gegendruck zum Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 beaufschlagt wird oder indem der Expansionszylinder 34, bevor die Ventile 18, 22 geschlossen werden, in einer Stellung verstellt wird, in der das Volumen des Expansionsraums 36 maximal ist.
In einem zweiten Prüfmodus der Steuerungseinheit 26 schließt die Steuerungseinheit 26 zuerst das Rücklaufventil 22 und zeitverzögert dazu das Zulaufventil 18. Hierdurch wird der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 erhöht.
Nun verringert die Steuerungseinheit 26 das Volumen des Expansionsraums 36, wodurch sich der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 weiter erhöht. Hierzu muss sich der Expansionszylinder 34, bevor die Ventile 18, 22 geschlossen sind, in einer Stellung befinden, in der das Volumen des Expansionsraums 36 über den Kolben 38 verringert werden kann. Ist dies nicht der Fall, so verstellt die Steuerungseinheit 26 den Expansionszylinder 34 vor dem Schließen der Ventile 18, 22 in eine entsprechende Stellung.
Anschließend führt die Steuerungseinheit 26 eine Druckabfallmessung bei einem Überdruck durch, der im vorliegenden Fall etwa 8 bar beträgt.
In einer alternativen Ausführungsform können die Ventile 18, 22 im zweiten Prüfmodus in einer beliebigen Reihenfolge oder gleichzeitig geschlossen werden.
In einem dritten Prüfmodus der Steuerungseinheit 26 schließt die Steuerungseinheit 26 zuerst das Rücklaufventil 22 und zeitverzögert dazu das Zulaufventil 18. Hierdurch wird der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 erhöht.
Nun erhöht die Steuerungseinheit 26 das Volumen des Expansionsraums 36, wodurch der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 sinkt. Hierzu muss sich der Expansionszylinder 34, bevor die Ventile 18, 22 geschlossen sind, in einer Stellung befinden, in der das Volumen des Expansionsraums 36 über den Kolben 38 erhöht werden kann. Ist dies nicht der Fall, so verstellt die Steuerungseinheit 26 den Expansionszylinder 34 vor dem Schließen der Ventile 18, 22 in eine entsprechende Stellung.
Optional kann zu diesem Zeitpunkt, an dem der Druck verringert ist, die Schweißkappe 12 gewechselt werden.
Nachfolgend verringert die Steuerungseinheit 26 das Volumen des Expansionsraums 36, wodurch sich der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 erhöht.
Vorzugsweise verringert die Steuerungseinheit 26 das Volumen des Expansionsraums 36 unter das Volumen, das der Expansionsraum 36 vor dem Erhöhen hatte, wodurch ein höherer Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 erzeugt werden kann. Hierzu muss sich der Expansionszylinder 34, bevor die Ventile 18, 22 geschlossen sind, in einer entsprechenden Zwischenstellung befinden, in der das Volumen des Expansionsraums 36 über den Kolben 38 zuerst erhöht und anschließend entsprechend verringert werden kann. Ist dies nicht der Fall, so verstellt die Steuerungseinheit 26 den Expansionszylinder 34 vor dem Schließen der Ventile 18, 22 in eine entsprechende Zwischenstellung.
Anschließend führt die Steuerungseinheit 26 eine Druckabfallmessung bei einem Überdruck durch, der im vorliegenden Fall nach einem Schweißkappenwechsel etwa 7,5 bar beträgt.
In einer alternativen Ausführungsform können die Ventile 18, 22 im dritten Prüfmodus in einer beliebigen Reihenfolge oder gleichzeitig geschlossen werden.
In einem vierten Prüfmodus der Steuerungseinheit 26 schließt die Steuerungseinheit 26 zuerst das Zulaufventil 18 und zeitverzögert dazu das Rücklaufventil 22. Hierdurch wird der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 zunächst gesenkt.
Nun erhöht die Steuerungseinheit 26 das Volumen des Expansionsraums 36, wodurch der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 weiter absinkt. Hierzu muss sich der Expansionszylinder 34, bevor die Ventile 18, 22 geschlossen sind, in einer Stellung befinden, in der das Volumen des Expansionsraums 36 über den Kolben 38 erhöht werden kann. Ist dies nicht der Fall, so verstellt die Steuerungseinheit 26 den Expansionszylinder 34 vor dem Schließen der Ventile 18, 22 in eine entsprechende Stellung.
Optional kann zu diesem Zeitpunkt, an dem der Druck verringert ist, die Schweißkappe 12 gewechselt werden.
In einem nachfolgenden Schritt wird das Zulaufventil 18 kurzfristig geöffnet und danach wieder verschlossen, um den Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 zu erhöhen.
Nun verringert die Steuerungseinheit 26 das Volumen des Expansionsraums 36, wodurch sich der Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt 24 weiter erhöht.
Anschließend führt die Steuerungseinheit 26 eine Druckabfallmessung bei einem Überdruck durch, der im vorliegenden Fall nach einem Schweißkappenwechsel etwa 8 bar beträgt.
Grundsätzlich können die Druckabfallmessungen bei beliebigen Drücken durchgeführt werden. Es ist jedoch von Vorteil, wenn die Druckabfallmessungen bei einem Überdruck erfolgen, der mindestens 110 %, insbesondere mindestens 130 % des Versorgungsdrucks beträgt.
Selbstverständlich kann die Steuerungseinheit 26 in einer alternativen Ausführungsform eine beliebige Anzahl der zuvor erläuterten Prüfmodi aufweisen, d. h. den ersten, den zweiten, den dritten und/oder den vierten Prüfmodus.
Auf diese Weise können selbst geringfügige Leckagen zuverlässig mittels einer Druckabfallmessung ermittelt werden, wobei aufgrund des hohen Drucks die Messdauer stark verkürzt werden kann.
Ferner kann die Dichtigkeit des Prüfabschnitts 24 direkt nach einem Wechsel oder Abfräsen der Schweißkappe 12 bei geschlossenen Ventilen 18, 22 geprüft werden, so dass eine Leckage bereits erkannt werden kann, bevor Kühlmittel durch den Prüfabschnitt 24 strömt. Somit wird die Systemsicherheit erhöht, da das Fehlen einer Schweißkappe 12 oder ein Kühlwasserverlust an der Schweißkappe 12 zuverlässig erfasst wird.
Sofern eine Leckage detektiert wird, kann auch sofort reagiert werden und in einem nächsten Schritt ein Schweißkappenwechsel eingeleitet werden.
Indem das Abfräsen der Schweißkappen 12 bzw. ein Schweißkappenwechsel rechtzeitig und fehlerfrei durchgeführt wird, können die Ausfallzeiten des Schweißroboters reduziert werden.
Des Weiteren wird die Anzahl fehlerhafter Schweißpunkte reduziert, da zu jeder Zeit funktionsfähige und gekühlte Schweißkappen 12 zur Verfügung stehen, wodurch weniger Ausschuss produziert wird.
Durch die geregelte Schweißkappenkühlung kann eine höhere Schweißqualität und Prozesssicherheit sowie Einsparungen bei Kosten und Energieverbrauch erzielt werden.
Darüber hinaus ist das System für Cloud-Anwendungen wie Ferndiagnose eingerichtet.
Indem das Zulaufventil 18 und das Rücklaufventil 22 sowie der Expansionszylinder 34 separat voneinander schaltbar sind, können mit den oben beschriebenen Verfahren die Dichtigkeit der Schweißkappen 12 zuverlässig überwacht werden.
Somit können die Schweißkappen 12 öfters abgefräst werden und müssen seltener gewechselt werden, wodurch jeweils mehr Zeit für die Produktion zur Verfügung steht.
Des Weiteren kann die Justage und Nachjustage bei der Inbetriebnahme entfallen.
Der Wechsel der Schweißkappen 12 kann nun schneller erfolgen, da mittels des Drucksensors 30 der tatsächliche Druck im abgeschlossenen Prüfabschnitt 24 messbar ist. Somit können die Schweißkappen 12 unmittelbar nach dem Druckausgleich gelöst werden.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte bzw. beschriebene Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsformen.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Schweißkappen-Kühlwassersteuerung (10) mit einer Kühlwasserleitung (14), die einen in Richtung zu zumindest einer Schweißkappe (12) führenden Kühlwasserzulauf (16) mit einem schaltbaren Zulaufventil (18) zum Verschließen des Kühlwasserzulaufs (16) und einen von der zumindest einen Schweißkappe (12) wegführenden Kühlwasserrücklauf (20) mit einem schaltbaren Rücklaufventil (22) zum Verschließen des Kühlwasserrücklaufs (20) aufweist, wobei der Abschnitt der Kühlwasserleitung (14), der stromabwärts des Zulaufventils (18) und stromaufwärts des Rücklaufventils (22) angeordnet ist, einen Prüfabschnitt (24) der Kühlwasserleitung (14) bildet, einem Drucksensor (30), der zur Druckmessung des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) eingerichtet ist, und einer Steuerungseinheit (26), die mit dem Drucksensor (30), dem Zulaufventil (18) und dem Rücklaufventil (22) signalübertragend gekoppelt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) auf einen Überdruck, der über einem Versorgungsdruck liegt, welcher während des Schweißens bei geöffnetem Zulaufventil (18) und geöffneten Rücklaufventil (22) im Prüfabschnitt (24) herrscht, und - Durchführen einer Druckabfallmessung bei Überdruck.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck mindestens 110 %, insbesondere mindestens 130 % des Versorgungsdrucks beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck mindestens 6 bar, insbesondere mindestens 7,5 bar beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Vorsehen eines schaltbaren, mit der Steuerungseinheit (26) signalübertragend gekoppelten Expansionszylinders (34), der zum Aufnehmen von Kühlwasser aus dem Prüfabschnitt (24) und Rückführen von Kühlwasser an den Prüfabschnitt (24) eingerichtet ist, insbesondere wobei der Expansionszylinder (34) einen Expansionsraum (36) mit einer beweglichen Wand (40) aufweist, die mit einem einstellbaren Gegendruck zum Druck des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) beaufschlagbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) auf einen Überdruck die folgende Schrittabfolge aufweist: - Schließen des Rücklaufventils (22), und - zeitverzögertes Schließen des Zulaufventils (18).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) auf einen Überdruck die folgende Schrittabfolge aufweist: - Schließen des Rücklaufventils (22) und des Zulaufventils (18), und - Erhöhen des Drucks im Prüfabschnitt (24) mittels des Expansionszylinders (34).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) auf einen Überdruck die folgende Schrittabfolge aufweist: - Schließen des Rücklaufventils (22) und des Zulaufventils (18), - Verringern des Drucks im Prüfabschnitt (24) mittels des Expansionszylinders (34), und - Erhöhen des Drucks im Prüfabschnitt (24) mittels des Expansionszylinders (34).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen des Rücklaufventils (22) und des Zulaufventils (18) zuerst das Rücklaufventil (22) und zeitverzögert hierzu das Zulaufventil (18) geschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Erhöhen des Drucks des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) auf einen Überdruck die folgende Schrittabfolge aufweist: - Schließen des Zulaufventils (18), - zeitverzögertes Schließen des Rücklaufventils (22), - Verringern des Drucks im Prüfabschnitt (24) mittels des Expansionszylinders (34), - Öffnen und zeitverzögertes Schließen des Zulaufventils (18), und - Erhöhen des Drucks im Prüfabschnitt (24) mittels des Expansionszylinders (34).
Schweißkappen-Kühlwassersteuerung (10) mit einer Kühlwasserleitung (14), die einen in Richtung zu zumindest einer Schweißkappe (12) führenden Kühlwasserzulauf (16) mit einem schaltbaren Zulaufventil (18) zum Verschließen des Kühlwasserzulaufs (16) und einen von der zumindest einen Schweißkappe (12) wegführenden Kühlwasserrücklauf (20) mit einem schaltbaren Rücklaufventil (22) zum Verschließen des Kühlwasserrücklaufs (20) aufweist, wobei der Abschnitt der Kühlwasserleitung (14), der stromabwärts des Zulaufventils (18) und stromaufwärts des Rücklaufventils (22) angeordnet ist, einen Prüfabschnitt (24) der Kühlwasserleitung (14) bildet, einem Drucksensor (30), der zur Druckmessung des Kühlwassers im Prüfabschnitt (24) eingerichtet ist, und einer Steuerungseinheit (26), die mit dem Drucksensor (30), dem Zulaufventil (18) und dem Rücklaufventil (22) signalübertragend gekoppelt ist, wobei die Steuerungseinheit (26) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.