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Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zum Lichtbogenschweißen eines Werkstückes.
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Bei einem Lichtbogenschweißen entsteht zwischen einer Drahtelektrode und dem zu schweißenden Werkstück ein Lichtbogen. Dabei wird das Werkstück durch den Lichtbogen erhitzt und die Drahtelektrode wird aufgeschmolzen. Der Lichtbogen kann dabei durch Anlegen eines Gleich- oder Wechselstromes entstehen. Der elektrische Lichtbogen zwischen der als Zusatzwerkstoff abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstück wird als Wärmequelle zum Schweißen genutzt. Durch die hohe Temperatur des Lichtbogens wird der Werkstoff an der Schweißstelle aufgeschmolzen. Als Schweißstromquellen können Schweißstromtransformatoren mit oder ohne Schweißgleichrichter, Schweißumformer oder Schweißinverter verwendet werden. Je nach Anwendung und Elektrodentyp wird Gleichstrom oder Wechselstrom der abschmelzenden Drahtelektrode zugeführt. Das Abschmelzen der Drahtelektrode wird durch laufendes Nachführen so ausgeglichen, dass die Lichtbogenlänge konstant bleibt.
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Beim Metallschutzgasschweißen MSG schützt zusätzlich ein Schutzgas die Schweißstelle vor Einwirkung der umgebenden atmosphärischen Luft. Insbesondere kann durch ein derartiges Schutzgas eine Oxidation der Schweißstelle verhindert werden. Beim Metallschutzgasschweißen MSG wird eine abschmelzende Drahtelektrode als Zusatzwerkstoff verwendet. Beim Metallschutzgasverfahren unterscheidet man nach Art des verwendeten Gases zwischen einem Metallaktivgas MAG- und Metallinertgas MIG-Schweißverfahren. Das Schutzgas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation, wodurch die Schweißnaht an dem Werkstück geschwächt würde. Beim Metallaktivgasschweißen MAG wird der Schweißvorgang entweder mit reinem Kohlendioxid oder mit einem Mischgas aus Argon und geringen Anteilen Kohlenmonoxid bzw. Sauerstoff durchgeführt. Beim Metallinertgasschweißen MIG wird als Edelgas Argon oder seltener auch das Edelgas Helium verwendet. Beim Metallschutzgasverfahren MSG, d.h. beim MAG-Verfahren oder dem MIG-Verfahren, entsteht zwischen der Drahtelektrode bzw. dem Schweißdraht und dem Werkstück ein Lichtbogen.
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Bei herkömmlichen Schweißgeräten wird die Drahtelektrode bzw. der Schweißdraht durch ein Drahtvorschubgerät dem Werkstück zugeführt. Durch die Widerstands- und Lichtbogenerwärmung schmilzt der zugeführte Schweißdraht ab. Der an der Drahtelektrode abgeschmolzene Werkstoff geht tropfenförmig auf das Werkstück über und verschmilzt dort zur Schweißnaht. Das Schutzgas strömt aus einer die Drahtelektrode bzw. den Schweißdraht umgebenden Düse und schützt so den Lichtbogen und das Schmelzbad vor der atmosphärischen Umgebungsluft.
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Bei herkömmlichen Schweißgeräten kann zudem über eine Druckluftleitung von einer Druckluftquelle dem Schweißbrenner des Schweißgerätes eine Druckluft zugeführt werden. Mithilfe dieser Druckluft lassen sich Schweißrückstände, die beim Schweißen entstehen, wegblasen bzw. die Schweißstelle kann mithilfe der Druckluft gereinigt werden.
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Bei herkömmlichen Schweißgeräten ist es notwendig, den zugeführten Schweißdraht, der von einer Vorratsspule abgespult wird und üblicherweise durch einen Führungsschlauch befördert wird, unter bestimmten Betriebsbedingungen gegenüber seiner Führung axial festzuhalten. Der Schweißdraht wird hierbei durch eine Schweißdrahtklemmeinrichtung gehalten, damit sich das brennerseitige Ende des Schweißdrahtes nicht gegenüber dem Schweißbrenner axial verlagern kann.
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Bei herkömmlichen Schweißgeräten wird ein derartiger Aktuator, beispielsweise die Schweißdrahtklemmeinrichtung, durch eine separate Motor- bzw. Antriebseinrichtung betätigt. Bei dieser Antriebseinrichtung für den Aktuator wird in der Regel Energie in Form von elektrischem Strom über Stromversorgungsleitungen zugeführt. Bei herkömmlichen Schweißgeräten wird deren Komplexität durch Vorsehen von Antriebseinrichtungen für interne Aktuatoren, beispielsweise einer Schweißdrahtklemmeinrichtung, erhöht. Ferner ist es bei herkömmlichen Schweißgeräten nicht möglich, externe Aktuatoren, die beispielsweise zum Betrieb eines Werkzeuges vorgesehen sind, an das Schweißgerät anzuschließen.
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DE 202010007364 U1 offenbart ein Brennerwechselmodul für einen Schweißbrenner, welcher insbesondere zur Befestigung an einem Schweißroboter ausgebildet ist, welcher Schweißbrenner zumindest einen Rohrbogen und eine mit dem Rohrbogen verbindbare Brennerhalterung beinhaltet, welche Brennerhalterung über ein Schlauchpaket mit darin verlaufenden Leitungen zum Versorgen des Schweißbrenners mit Energie und Schutzgas mit einem Schweißgerät verbindbar ist.
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US 5399837 (A ) offenbart eine Schweißdrahtsperre für einen Roboter-Schweißbrenner aufweisend einen Adapter, der am oberen Ende des Schweißbrenners befestigt ist und eine Adapterbohrung beinhaltet, durch die die Drahtelektrode eingeführt wird.
AT 500653 A1 offenbart eine Drahtfördervorrichtung zum Transport eines Drahtes, insbesondere eines Schweißdrahtes, mittels Fördermittel von einem Drahtvorrat zu einer Verbraucherstelle mit einer verstellvorrichtung zur Anpassung des Anpressdruckes der Fördermittel auf den Schweißdraht, wobei die Verstellvorrichtung zumindest ein auf das Fördermittel wirkendes elastisch oder plastisch verformbares Druckmittel aufweist, welches mit einer Versorgungseinheit verbunden ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schweißvorrichtung zu schaffen, bei der ohne Zunahme der technischen Komplexität der Schweißvorrichtung zusätzlich interne und/oder externe Aktuatoren betätigbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schweißvorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die Erfindung schafft demnach eine Schweißvorrichtung zum Schweißen eines Werkstückes mit einem Schweißbrenner, der mittels eines Kopplungselementes mechanisch an ein Schlauchpaket zur Versorgung des Schweißbrenners zumindest mit einer Druckluft oder mit einem Schutzgas koppelbar ist, wobei eine an das Kopplungselement angelegte Druckluft durch ein in dem Kopplungselement vorgesehenes Umleitventil zur Betätigung eines Aktuators umleitbar ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist das in dem Kopplungselement vorgesehene Umleitventil durch einen ansteuerbaren Elektromagneten zwischen zwei Ventilstellungen umschaltbar.
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Dabei wird in einer ersten Ventilstellung des Umleitventils die an das Kopplungselement angelegte Druckluft zu dem Schweißbrenner geleitet.
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Weiterhin wird in der zweiten Ventilstellung des Umleitventils die an das Kopplungselement angelegte Druckluft zu dem Aktuator umgeleitet.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung weist das Kopplungselement einen Gaszapfen zum Anschluss an das Schlauchpaket der Schweißvorrichtung auf.
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Bei einer möglichen Ausführungsform ist der Gaszapfen des Kopplungselementes mit einem betätigbaren Gas-Umschaltventil verbunden, welches zwischen einer Druckluftquelle und einer Schutzgasquelle zur Versorgung des Schweißbrenners mit Druckluft oder Schutzgas umschaltbar ist.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist in einem Schweißbetrieb der Schweißvorrichtung das Gas-Umschaltventil derart geschaltet, dass Schutzgas aus der Schutzgasquelle durch eine Leitung des Schlauchpaketes hindurch am Gaszapfen des Kopplungselementes anliegt und das Umleitventil innerhalb des Kopplungselementes in die erste Ventilstellung geschaltet ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist in einem Ausblasbetrieb der Schweißvorrichtung das Gas-Umschaltventil derart geschaltet, dass Druckluft aus der Druckluftquelle durch eine Leitung des Schlauchpaketes hindurch an dem Gaszapfen des Kopplungselementes anliegt, und das Umleitventil innerhalb des Kopplungselementes in die erste Ventilstellung geschaltet ist. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist in einem Aktuator-Betätigungsbetrieb der Schweißvorrichtung das Gas-Umschaltventil derart geschaltet, dass Druckluft aus der Druckluftquelle durch eine Leitung des Schlauchpaketes hindurch an dem Gaszapfen des Kopplungselementes anliegt, und das Umschaltventil innerhalb des Kopplungselementes in die zweite Ventilstellung geschaltet ist, sodass die angelegte Druckluft zur Betätigung des Aktuators innerhalb oder außerhalb des Kopplungselementes umgeleitet wird.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist der mithilfe der durch die im Aktuator-Betätigungsbetrieb der Schweißvorrichtung umgeleitete Druckluft betätigte Aktuator eine Schweißdrahtsperre, die zum Klemmen des in einer Schweißdrahtführung zugeführten Schweißdrahtes vorgesehen ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung wird die in dem Aktuator-Betätigungsbetrieb der Schweißvorrichtung umgeleitete Druckluft durch eine in dem Gehäuse des Kopplungselementes vorhandene Bohrung zu einem Aktuator umgeleitet.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist in dem Kopplungselement eine integrierte Ventilsteuerung zur Ansteuerung des Elektromagneten des Umleitventils vorgesehen.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung aktiviert die integrierte Ventilsteuerung zur Umleitung der Druckluft in dem Aktuator-Betätigungsbetrieb der Schweißvorrichtung den in dem Kopplungselement vorgesehenen Elektromagneten.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung wird durch den aktivierten Elektromagneten ein mechanisches Verrastbauelement gelöst und das Umleitventil von der ersten Ventilstellung in die zweite Ventilstellung zur Umleitung der Druckluft zu dem Aktuator bewegt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist das mechanische Verrastbauelement eine Kugel.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung greift diese Kugel in der ersten Ventilstellung des Umleitventils in eine ringförmige Ausnehmung in einem Mantel eines zylinderförmigen hohlen Steuerschiebers des Umleitventils ein und wird dabei vom Zuganker fixiert.
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Dadurch gelangt in dem Schweißbetrieb der Schweißvorrichtung das angelegte Schutzgas und in dem Ausblasbetrieb der Schweißvorrichtung die angelegte Druckluft durch den hohlen Steuerschieber hindurch über eine in dem Steuerschieber vorhandene Öffnung zu dem Schweißbrenner der Schweißvorrichtung.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung fällt die Kugel bei Aktivierung des Elektromagneten des Umleitventils für den Übergang in den Aktuator-Betätigungsbetrieb der Schweißvorrichtung in eine ringförmige Nut eines beweglichen Zugankers des Elektromagneten.
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Dadurch wird bewirkt, dass die Kugel nicht mehr in die ringförmige Ausnehmung in dem Mantel des zylinderförmigen hohlen Steuerschiebers eingreift und der zylinderförmige hohle Steuerschieber des Umleitventils durch den Druck der Druckluft von der ersten Ventilstellung in die zweite Ventilstellung des Umleitventils zur Umleitung der Druckluft zu dem Aktuator bewegt wird.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist die in dem Kopplungselement integrierte Ventilsteuerung mit einer Steuerung verbunden.
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Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren mit den in Patentanspruch 13 angegebenen Merkmalen.
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Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zum Bereitstellen einer Druckluft für einen Aktuator, wobei eine über ein mechanisches Kopplungselement an einem Schweißbrenner angelegte Druckluft durch Aktivieren eines in dem mechanischen Kopplungselement vorgesehenen Umleitventils zu dem Aktuator umgeleitet wird.
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Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Druckluft für einen Aktuator unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung zum Schweißen eines Werkstückes;
- 2 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung mit einem in einem Kopplungselement integrierten Aktuator;
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schweißvorrichtung mit einem an einem Kopplungselement angeschlossenen Aktuator;
- 4 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des in der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung vorgesehenen Kopplungselementes;
- 5 ein weiteres Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung;
- 6 eine Schnittansicht durch ein Kopplungselement, wie es bei der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung eingesetzt werden kann;
- 7 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung der Funktionsweise des in 6 dargestellten Kopplungselementes; und
- 8 eine weitere Ansicht zur Erläuterung der Funktionsweise des in 6 dargestellten Kopplungselementes.
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Wie man aus 1 erkennen kann, weist eine Schweißvorrichtung 1 gemäß der Erfindung zum Schweißen eines Werkstückes 2 einen Schweißbrenner 3 auf, der über ein Kopplungselement 4 mechanisch an ein Schlauchpaket 5 zur Versorgung des Schweißbrenners 3 mit einer Druckluft und/oder mit einem Schutzgas koppelbar ist.
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Das in 1 dargestellte Schlauchpaket 5 kann an einen Schweißroboter befestigt sein, der den Schweißbrenner 3 führt. Darüber hinaus wird dem Schweißbrenner 3 über das Schlauchpaket 5 und das Kopplungselement 4 elektrischer Strom bzw. elektrische Energie zugeführt, was zu einem Lichtbogen führt, welcher zwischen einer Schweißdrahtelektrode 6 und dem zu schweißenden Werkstück 2 beim Schweißen gebildet wird. Bei dem zugeführten elektrischen Strom kann es sich um einen Gleichstrom oder um einen Wechselstrom handeln. Dieser elektrische Strom wird über das Schlauchpaket 5 und das Kopplungselement 4 dem Schweißdraht 6 zugeführt, wodurch ein Lichtbogen zwischen dem Schweißbrenner 3 und dem Werkstück 2 entsteht. Das Werkstück 2 wird durch den Lichtbogen, der durch Anlegen des Gleich- oder Wechselstromes entsteht, erhitzt und aufgeschmolzen. Der an der Drahtelektrode bzw. Schweißdraht 6 abgeschmolzene Werkstoff geht tropfenförmig auf das Werkstück 2 über und verschmilzt dort zu einer Schweißnaht.
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Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung 1 ist zwischen verschiedenen Betriebsarten bzw. Betriebsmodi umschaltbar. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 kann die Schweißvorrichtung 1 zwischen einem Schweißbetrieb und einem Ausblasbetrieb und einem Aktuator-Betätigungsbetrieb umgeschaltet werden. In dem Schweißbetrieb der Schweißvorrichtung 1 wird neben dem elektrischen Strom zusätzlich das Gas aus einer Schutzgasquelle durch eine Leitung des Schlauchpaketes 5 hindurch an einen Gaszapfen 8 des Kopplungselementes 4 angelegt und gelangt durch das Kopplungselement 4 hindurch zu dem distalen Ende des Schweißbrenners 3. An dem distalen Ende des Schweißbrenners 3 tritt das Schutzgas an einer Düse aus und umhüllt neben dem Lichtbogen auch das unterhalb des Lichtbogens befindliche abgeschmolzene Material, wobei es insbesondere vor Oxidation geschützt wird. Das Schutzgas wird dabei einer Schutzgasquelle entnommen, in der Schutzgas unter einem Druck von beispielsweise 1 bis 2 bar enthalten ist. Bei dem Schutzgas kann es sich beispielsweise um Argon oder Helium oder einem Gemisch aus diesen beiden Edelgasen handeln, wobei dies allgemein aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Das erfindungsgemäße Schweißgerät bzw. die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung 1, wie sie in 1 dargestellt ist, eignet sich im Wesentlichen für alle aus dem Stand der Technik bekannten Schweißverfahren, wie MIG/MAG, WIG oder Plasmaschweißen. Eine Schweißanlage, die die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung 1 einsetzt, wie sie in 1 dargestellt ist, weist vorzugsweise eine Stromquelle auf, die zwischen einem Gleich- und einem Wechselstrombetrieb umschaltbar sein kann. Der Schweißbrenner 3 ist mithilfe des Kopplungselementes 4 an eine Stromquelle über das Schlauchpaket 5 angeschlossen. Weist die Stromquelle einen externen Drahtvorschub auf, ist das Schlauchpaket am Drahtvorschub angeschlossen, welches entsprechend mit der Stromquelle verbunden ist. In dem Schlauchpaket 5 befinden zumindest sich die Schweißstromleitung, die Schutzgaszuführung, Schweißdrahtführung und die Steuerleitungen. Bei einem größeren Schweißbrenner 3 kann zusätzlich in dem Schlauchpaket 5 eine Zu- und Rücklaufleitung für Kühlwasser vorgesehen sein.
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Bei den verschiedenen Schweißverfahren können Schweißrückstände entstehen, die mithilfe der über das Schlauchpaket 5 angelegten Druckluft in einem Ausblasbetrieb der Schweißvorrichtung 1 beseitigt werden können. Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung 1 ist von einem Schweißbetrieb in einen Ausblasbetrieb umschaltbar. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 ist das Kopplungselement 4 und ein darin vorgesehenes Umleitventil 10 durch einen ansteuerbaren Elektromagneten zwischen zwei Ventilstellungen umschaltbar. In einer ersten Ventilstellung des Umleitventils 10 wird die an das Kopplungselement 4 angelegte Druckluft zu dem Schweißbrenner 3 geleitet. In dieser Ventilstellung tritt die durchgeleitete Druckluft am distalen Ende des Schweißbrenners 3 aus und beseitigt Verschmutzungen im Innenraum der Gasdüse. In der zweiten Ventilstellung des Umleitventils 10 wird die an das Kopplungselement 4 angelegte Druckluft zu einem Aktuator 7 umgeleitet. Bei dem Aktuator 7 kann es sich beispielsweise um einen in dem Kopplungselement 4 integrierten Aktuator, beispielsweise eine Schweißdrahtbremse bzw. eine Schweißdrahtklemme, handeln. (2) 2, 3 verdeutlichen verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1, bei denen sich der betätigte Aktuator 7 entweder, wie in 2 dargestellt, innerhalb des Kopplungselementes 4 befindet oder an das Kopplungselement 4 über eine Druckluftleitung angeschlossen ist, wie in 3 dargestellt. Bei dem in 2 dargestellten Aktuator 7 kann es sich beispielsweise um eine in dem Kopplungselement 4 vorhandene Schweißdrahtsperre handeln. Bei dem in 3 dargestellten an das Kopplungselement 4 angeschlossenen Aktuator 7 kann es sich beispielsweise um ein mit Druckluft betriebenes Werkzeug wie eine Schleifmaschine, ein Werkzeug für eine Naht-Nachbehandlung oder dergleichen handeln, welche insbesondere nach einem Schweißvorgang eingesetzt werden können.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein bei der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 verwendetes Kopplungselement 4. Das Kopplungselement 4, wie es in 4 dargestellt ist, dient der mechanischen Ankopplung des Schweißbrenners 3 an das Schlauchpaket 5. Zum Anschluss an das Schlauchpaket 5 weist das Kopplungselement 4 einen Gaszapfen 8 auf. Dieser Gaszapfen 8 des Kopplungselementes 4 kann mit einem betätigbaren Gas-Umschaltventil verbunden sein, welches beispielsweise innerhalb des Schlauchpaketes 5 zwischen einer Druckluftquelle und einer Schutzgasquelle zur Versorgung des Schweißbrenners 3 mit Druckluft oder Schutzgas umschaltbar ist. Der Gaszapfen 8 führt das angelegte Gas über eine Leitung 9 innerhalb des Kopplungselementes 4 einem darin integrierten Umleitventil 10 zu. Das Umleitventil 10 weist bei einer möglichen Ausführungsform einen ansteuerbaren Elektromagneten auf, der zwischen zwei Ventilstellungen umschaltbar ist. In der ersten Ventilstellung des Umleitventils 10 wird die an das Kopplungselement 4 angelegte Druckluft von dem Gaszapfen 8 ausgehend über die Gas-Leitung 9 und eine interne Gas-Leitung 11a an einen Gasausgang 12 des Kopplungselementes 4 geleitet. In einer zweiten Ventilstellung des Umleitventils 10 wird die an das Kopplungselement 4 an dem Gaszapfen 8 angelegte Druckluft zu dem Aktuator 7 über eine interne Druckluftleitung 11b angelegt. Wie man aus 4 erkennen kann, weist das Kopplungselement 4 zudem eine integrierte Ventilsteuerung 13 auf, die zur Ansteuerung des Elektromagneten des Umleitventils 10 vorgesehen ist. Die integrierte Ventilsteuerung 13 aktiviert zur Umleitung der Druckluft in dem Aktuator-Betätigungsbetrieb der Schweißvorrichtung 1 den in dem Kopplungselement 4 vorgesehenen Elektromagneten, sodass das Umleitventil 10 in dem Aktuator-Betätigungsbetrieb von der ersten Ventilstellung in die zweite Ventilstellung verbracht wird und die angelegte Druckluft über die Druckluftleitung 11b an den Aktuator 7 anlegt. Die in dem Kopplungselement 4 der Schweißvorrichtung 1 integrierte Ventilsteuerung 13 kann beispielsweise über das Schlauchpaket 5 mit einer Steuerung 14 der Stromquelle verbunden sein.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schweißvorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel steuert die in dem Kopplungselement 4 enthaltene Ventilsteuerung 13 nicht nur das Umleitventil 10 an, sondern auch das Gas-Umschaltventil 15, welches in dem Schlauchpaket 5 am Übergang zum Kopplungselement 4 vorgesehen ist. Das Gas-Umschaltventil 15 ist ausgangsseitig über eine Gasleitung 16 mit dem Gaszapfen 8 des Kopplungselementes 4 verbunden. Eingangsseitig ist das Gas-Umschaltventil 15 über eine Gasleitung 17 an eine Schutzgasquelle 18 angeschlossen und über eine Gasleitung 19 mit einer Druckluftquelle 20 verbunden. Bei einer alternativen Ausführungsform steuert die externe Steuerung 14 das Gas-Umschaltventil 15 direkt an. Die externe Steuerung 14 kann sich beispielsweise in einem Gerät befinden, das auch eine Stromquelle enthält, welche einen Wechsel- oder Gleichstrom zur Erzeugung des Lichtbogens liefert. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der erzeugte Strom über das Schlauchpaket 5 mittels einer darin verlaufenden Stromleitung geleitet und über das Gehäuse des Kopplungselementes 4 an den Schweißbrenner 3 weitergeleitet. Die externe Steuerung 14 verfügt vorzugsweise über einen Mikroprozessor und führt ein Schweißprogramm aus, wobei das Schweißprogramm die Schweißvorrichtung 1 gemäß der Erfindung zwischen einem Schweißbetrieb, einem Ausblasbetrieb und einem Aktuator-Betätigungsbetrieb umschaltet. In dem Aktuator-Betätigungsbetrieb wird beispielsweise eine Schweißdrahtbremse bzw. Schweißdrahtklemme 7 zum Klemmen des Schweißdrahtes 6 betätigt. Das Gas-Umschaltventil 15 kann bei einer alternativen Ausführungsform auch mechanisch ausgebildet sein und im Drahtvorschub angeordnet sein.
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In dem Aktuator-Betätigungsbetrieb gelangt die aus der Druckluftquelle 20 stammende Druckluft über die Leitungen 19 und das Gas-Umschaltventil 15 über die Gasleitung 16, den Gaszapfen 8 über die interne Leitung 9 zu dem Umleitventil 10 und wird dort über die integrierte Druckluftleitung 11b zu dem Aktuator 7 umgeleitet. Dabei befindet sich das Umleitventil 10 in der Luftstellung - also die Feder gestaucht ist, bei der der Elektromagnet betätigt wurde.
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In dem Schweißbetrieb der Schweißvorrichtung 1 wird das aus der Schutzgasquelle 18 stammende Schutzgas durch die Gasleitung 17 über das Gas-Umschaltventil 15 und über die Gasleitung 16, über den Gaszapfen 8 und die interne Leitung 9 geleitet und gelangt über das entsprechend in Gasstellung geschaltete Umleitventil 10 über die Leitung 11a zu dem Gasauslass 12 des Kopplungselementes 4 und von dort zu dem Schweißbrenner 3.
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In dem Ausblasbetrieb der Schweißvorrichtung 1 gelangt die aus der Druckluftquelle 20 stammende Druckluft über die Gasleitung 19, und das Gas-Umschaltventil 15 über die Gasleitung 16, den Gaszapfen 8 über die interne Gasleitung 9 zu dem in Gasstellung geschaltete Umleitventil 10 und wird von dort über die Leitung 11a zu dem Gasauslass 12 des Kopplungselementes 4 geleitet. Von dem Gasauslass 12 wird die Druckluft an den Schweißbrenner 3 abgegeben und beseitigt am distalen Ende des Schweißbrenners 3 Schweißreste, die beim Schweißen entstehen.
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Im Schweißbetrieb und im Auslassbetrieb weist also das Umleitventil 10 dieselbe Stellung auf. Die Gasstellung ist dabei die Ruhestellung, in welcher sich das Umleitventil 10 befindet, wenn keine Ansteuerung erfolgt.
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6 zeigt ein Implementierungs- bzw. Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schweißvorrichtung 1 mit einem Kopplungselement 4, in dem das Umleitventil 10 enthalten ist. Man erkennt in 6 den Gaszapfen 8, der in einem Gehäuse 21 des Kopplungselementes 4 fest verankert ist und beispielsweise mithilfe eines Gewindes in das Gehäuse 21 eingeschraubt wird. Der Gaszapfen 8 weist eine Bohrung auf, die eingangsseitig an die Gasleitung 16 des Schlauchpaketes 5 angeschlossen werden kann. Diese Bohrung des Gaszapfens 8 ist mit einer Bohrung eines hohlen Steuerschiebers 22 verbunden, der in einer Ausnehmung des Gehäuses 21 verschiebbar angeordnet ist. Der hohle Steuerschieber 22 ist zylinderförmig und weist bei dem in 6 dargestellten Implementierungsbeispiel in einem Mantel eine ringförmige Ausnehmung 23 auf, in die eine Kugel 24 als ein mechanisches Verrastbauelement eingreifen kann. Bei der in 6 dargestellten Stellung greift die Kugel 24 in die ringförmige Ausnehmung 23, die in dem Mantel des zylinderförmigen hohlen Steuerschiebers 22 vorgesehen ist, nicht ein. Bei der in 6 dargestellten Stellung liegt das Ende 25 mit der Ausnehmung 23 des hohlen Steuerschiebers 22 an einer Dichtung 26 an, sodass das in der Bohrung des hohlen Steuerschiebers 22 vorhandene Gas, insbesondere Druckluft, in der dargestellten Stellung des Steuerschiebers 22 nicht über eine laterale Bohrung 27 des Steuerschiebers 22 zu dem Auslass 12 des Kopplungselementes 4 gelangen kann. Man erkennt in 6 ferner eine an dem Ende des Steuerschiebers 22 vorhandene Rückstellfeder 28, welche gemäß 6 aufgrund des Drucks der Druckluft gestaucht ist. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich in dem Gehäuse 21 des Kopplungselementes 4 eine Querbohrung 29, über die Druckluft, das sich in der Bohrung des hohlen Steuerschiebers 22 befindet, bei der in 6 dargestellten Stellung lateral nach außen treten kann und über eine Druckluftleitung einem Aktuator 7 zugeführt werden kann. Ist der Aktuator 7 extern, kann dieser beispielsweise ein Werkzeug betreiben, das sich in der Nähe der Schweißvorrichtung 1 befindet. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Querbohrung 29 vorhanden, an der mittels einer Druckluftleitung ein Aktuator 7 im Kopplungselement 4 angeschlossen werden kann. Bei alternativen Ausführungsformen können auch mehrere Querbohrungen vorgesehen werden, um mehrere Aktuatoren 7 an das Kopplungselement 4 der Schweißvorrichtung 1 anschließen zu können. Hierbei erfolgt die Steuerung entsprechend über die Steuerung 14 und/oder die Ventilsteuerung 13.
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Bei dem in 6 dargestellten Implementierungsbeispiel befindet sich die Ventilsteuerung 13 auf einer in dem Kopplungselement 4 integrierten Leiterplatte und steuert einen Elektromagneten 30 an. Der Elektromagnet 30 hat eine Magnetspule 31, die einen Zuganker 32 umschließt. Der Elektromagnet 30 kann in einem Spulengehäuse 33 eingebettet sein. Der bewegliche Zuganker 32 weist einen beweglichen zylinderförmigen Körper auf, der, wie in 6 dargestellt, einen verbreiterten Zugankerkopf 34 aufweist. In dem Zugankerkopf 34 ist eine ringförmige Ausnehmung 35 vorhanden, in welche die Kugel 24 im Aktuator-Betätigungsbetrieb einrastet. Das dem Spulengehäuse 33 zugewandte Ende des Zugankers 32 fixiert dabei die Kugel 24 in der Ausnehmung 23 des Steuerschiebers 22. Ist dies der Fall, befindet sich das Umschaltventil 10 in der ersten Ventilstellung. Der Zuganker 32 mit seinem Kopf 34 ist in einem Hohlraum 36 innerhalb des Gehäuses 21 des Kopplungselementes 4 seitlich bewegbar, ist also in die gleiche Richtung wie der Steuerschieber 22 bewegbar. Dabei kann mit einem Gewindestift ein Anschlag für den Zuganker 32 eingestellt werden, sodass die Position für die Fixierung der Kugel 24 justierbar ist. Die an dem Elektromagneten 30 angebrachte integrierte Ventilsteuerung 13 dient zur Ansteuerung des Elektromagneten 30 des Umleitventils 10. Durch die Umleitung der Druckluft in dem Aktuator-Betätigungsbetrieb der Schweißvorrichtung 1 wird der in dem Kopplungselement 4 vorgesehene Elektromagnet 30 aktiviert, sodass das mechanische Verrastbauelement 24, beispielsweise die Kugel 24, gelöst wird, das Umleitventil 10 von einer ersten Ventilstellung in eine zweite Ventilstellung zur Umleitung der Druckluft zu dem Aktuator 7 bewegt wird und der Steuerschieber 22 in die dargestellte Position bewegt wird.
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6 zeigt einen hohlen Steuerschieber 22 des Umleitventils 10 in der zweiten Ventilstellung mit entrasteter Kugel 24 zur Umleitung der Druckluft über die Querbohrung 29 zu dem externen Aktuator 7. Wenn also der Steuerschieber 22 in die dargestellte Position bewegt wurde, ist die Querbohrung 29 freigegeben.
Die Kugel 24 ist in der anderen ersten Ventilstellung des Umleitventils 10 der ringförmigen Ausnehmung 23 in einem Mantel des zylinderförmigen hohlen Steuerschiebers 22 des Umleitventils eingerastet, sodass das an dem Gaszapfen 8 angelegte Gas über die Bohrung innerhalb des hohlen Steuerschiebers 22 über die seitliche Radialbohrung 27 des Steuerschiebers 22 an der Rückstellfeder 28 vorbei durch die Dichtung 26 hindurch zu der Auslassöffnung 12 des Kopplungselementes 4 gelangt.
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7 zeigt das Umleitventil 10 in der ersten Ventilstellung, in der das an dem Gaszapfen 8 anliegende Gas, beispielsweise Schutzgas oder Druckluft, durch den hohlen Steuerschieber 22 hindurch durch die radiale Bohrung 27 nach außen in eine Kammer bzw. Ausnehmung innerhalb des Gehäuses 21 des Kopplungselementes 4 tritt, die durch den zurückgezogenen hohlen Steuerschieber 22 gebildet wird. Von dort ausgehend gelangt das Gas durch die Dichtung 26 hindurch zu der Ausgangsöffnung 12 des Kopplungselementes 4 und von dort zu dem Schweißbrenner 3 der Schweißvorrichtung 1. In dem Schweißbetrieb der Schweißvorrichtung 1 handelt es sich bei dem durchgeleiteten Gas um ein Schutzgas. In dem Ausblasbetrieb der Schweißvorrichtung 1 handelt es sich bei dem hindurchgeleiteten Gas um Druckluft. Man erkennt in 7 die Kugel 24, welche in die ringförmige Ausnehmung 23 in einem Mantel des zylinderförmigen Steuerschiebers 22 eingreift und den Steuerschieber 22 des Umleitventils 10 in der ersten Ventilstellung des Umleitventils 10 hält. Die Kugel 24 befindet sich auf ihrer anderen Seite nicht in der Ausnehmung 35, welche im Kopf 34 des Zugankers 32 vorgesehen ist. Die Kugel 24 kann beispielsweise aus Metall bestehen. Durch Aktivierung des Elektromagneten 30 des Umleitventils 10 fällt für den Übergang in den Aktuator-Betätigungsbetrieb der Schweißvorrichtung 1 die Kugel 24 in die ringförmige Nut 35 des beweglichen Zugankers 32. Auf diese Weise greift die Kugel 24 nicht mehr in die ringförmige Ausnehmung 23 in dem Mantel des zylinderförmigen hohlen Steuerschiebers 22 ein und der zylinderförmige hohle Steuerschieber 22 wird durch Druck der Druckluft von der ersten Ventilstellung in die zweite Ventilstellung des Umleitventils 10 zur Umleitung der Druckluft zu dem Aktuator 7 bewegt. Diese zweite Ventilstellung des Umleitventils 10 ist in 6 gezeigt.
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In der zweiten Ventilstellung, wird das angelegte Gas, insbesondere die Druckluft, zu einem Aktuator 7 umgeleitet. Das umgeleitete Gas kann beispielsweise beliebige Werkzeuge innerhalb einer Werkstatt betreiben und andere Antriebsmechanismen ersetzen. Die Druckluftquelle 20 stellt vorzugsweise Pressluft bzw. Druckluft mit einem hohen Druck von beispielsweise 5 bis 16 bar zur Verfügung.
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In der ersten Ventilstellung, welche in 7 dargestellt ist und die Grund- bzw. Gasstellung zeigt, wird durch Aktivieren des Elektromagneten 30 das Umleit- bzw. Umlenkventil 10 in die in 6 dargestellte zweite Ventilstellung verbracht und die angelegte Druckluft zu dem Aktuator 7 umgeleitet bzw. umgelenkt. Dabei wird der Elektromagnet 30 vorzugsweise nur kurz betätigt und nach einer gewissen Zeitverzögerung von beispielsweise 0,5 sec die Druckluft zur Betätigung des Aktuators 7 angelegt. Der Steuerschieber 22 drückt in dieser Stellung gegen die Dichtung 26, sodass in dieser Stellung keine Druckluft zu dem Schweißbrenner 3 gelangt. Nach dem Umschalten in den Aktuator-Betätigungsbetrieb, d.h. in die in der 6 dargestellten Stellung des Umleitventils 10, kann der Elektromagnet 30 deaktiviert werden und die angelegte Druckluft hält den hohlen Steuerschieber 22 in der in der 6 dargestellten zweiten Ventilstellung. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die umgeleitete bzw. umgelenkte Druckluft auch an einen internen Aktuator 7, beispielsweise eine Schweißdrahtklemme, umgelenkt werden, wie in 5 schematisch dargestellt. Die umgelenkte Druckluft kann auch für einen automatisierten Brennerwechsel bei einer Schweißanlage genutzt werden. Weiterhin kann die umgelenkte Druckluft zum Öffnen oder Schließen einer Kupplung eines Geräts genutzt werden. Durch die Ventilsteuerung 13 kann in einem Ausblasbetrieb der Schweißvorrichtung 1 ein Ausblasdruck von bis zu 16 bar eingestellt werden. Das Kopplungselement 4 der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 kann in herkömmlichen Schweißvorrichtungen eingesetzt werden, sodass ein einfaches Um- bzw. Nachrüsten von bestehenden Schweißvorrichtungen möglich ist.
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Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung 1 sind möglich. Beispielsweise kann einer Bedienperson die Ventilstellung des Umleitventils 10 angezeigt werden. Weiterhin kann beispielsweise beim mechanischen Anschluss eines externen Aktuators 7 automatisch eine Umschaltung in den Aktuator-Betätigungsbetrieb vorgenommen werden. Bei einer möglichen Ausführungsvariante wird der Anschluss eines externen Aktuators 7 sensorisch erfasst und der Ventilsteuerung 13 gemeldet, welche anschließend das Umleitventil 10 zur Umleitung der Druckluft zu dem Aktuator 7 bewegt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform wird in dem Schweißbetrieb elektrischer Strom über das Gehäuse 21 des Kopplungselementes 4 geleitet. Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Kopplungselement 4 zusätzlich integrierte Stromleitungen zur Weiterleitung des elektrischen Stromes an den Schweißbrenner 3 auf. Bei einer weiteren Ausführungsvariante kann das Kopplungselement 4 zusätzlich in dem Gehäuse 21 Leitungen zum Durchleiten von Kühlwasser besitzen.
