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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Gasströmungsregler zum Schweißen und insbesondere zum Lichtbogenschweißen oder zum Schneiden, und betrifft genauer gesagt ein Lichtbogenschweißgerät mit verbesserter Gassteuerung.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Bei Schweißvorgängen werden oft Inert- oder Halbinertgase, zum Beispiel Helium, Argon, Kohlendioxid usw., als ein Schutzgas zum Schützen des Schweißbereichs eingesetzt. Luft in der Schweißzone wird durch ein Schutzgas verdrängt, um eine Verunreinigung der Schmelzpfütze zu verhindern. Diese Verunreinigung wird hauptsächlich durch Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf in der Atmosphäre verursacht. Beispielsweise reduziert Stickstoff in verfestigtem Stahl die Duktilität und Schlagzähigkeit der Schweißnaht und kann Risse verursachen. In großen Mengen kann Stickstoff auch Schweißporosität verursachen. Überschüssiger Sauerstoff in Stahl verbindet sich mit Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid (CO). Dieses Gas kann in dem Metall eingeschlossen werden, wodurch Porosität entsteht. Außerdem kann sich überschüssiger Sauerstoff mit anderen Elementen in dem Stahl verbinden und Verbindungen bilden, die Einschlüsse in dem Schweißmetall erzeugen. Wenn sich Wasserstoff, der sich in Wasserdampf und Öl findet, mit Eisen oder Aluminium verbindet, so entsteht Porosität, und unter der Schweißraupe kann das Metall reißen. Argon, Helium und Kohlendioxid können allein, in Kombinationen oder vermischt mit anderen Gasen verwendet werden, um defektfreie Schweißnähte in einer Vielzahl von Schweißanwendungen und Schweißprozessen zu erzielen.
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Metall-Inertgas („MIG”)-Schweißen wird durch eine überschüssige Schutzgasströmungsrate beeinträchtigt und erfordert das Minimieren des verwirbelten Gasstroms, um Luft aus dem Lichtbogen auszuschließen. Es kommen verschiedene Geräte zum Einsatz, um die Schutzgasströmungsraten einzustellen. Eines wird bei einer Gaszufuhr aus Flaschen oder Rohrleitungen verwendet, zum Beispiel ein Strömungsmesser mit einem Strömungsregelknauf. Der Knauf justiert ein Nadelventil, das den Druck im Gaszuleitungsschlauch auf den Druck senkt, der benötigt wird, um den gewünschten Schutzgasstrom zu erreichen, wobei in der Regel eine Schwimmerkugel verwendet wird. Ein anderes ist nur für die Gaszufuhr aus Flaschen gedacht und verwendet eine sehr kleine Öffnung und variiert den Druck stromaufwärts der Öffnung unter Verwendung eines Reglers zum Regeln der Strömung.
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Es ist wichtig, dass die an dem Strömungsmesser oder Regler eingestellte Strömungsrate während des Schweißens auf dem eingestellten Wert bleibt. Jedoch kommt es während der Produktion zu Verengungen, die die Strömung verändern, wie zum Beispiel das Ansammeln von Schweißspritzern in der MIG-Brennerdüse, Verdrehungen in den Gasdurchgängen im MIG-Brennerkabel oder das Ansammeln von Materialtrümmern in den Querschnitten der Leitungsdurchgänge. In dem Bemühen, die oben genannten Änderungen zu minimieren, wurden gedrosselte Strömungssysteme entwickelt. Diese Systeme erfordern einen höheren Druck stromaufwärts der Verengung der Öffnung oder des Ventils. Jedoch verursacht der hohe Druck einen anfänglichen Gasüberdruck, was aus Sicht der Erreichung hochwertiger Schweißnähte unerwünscht ist. Ein übermäßig hoher Gasüberdruck am Beginn des Schweißprozesses ermöglicht nämlich das Einmischen von Luft in den Gasstrom und kann innere Schweißnahtporosität verursachen, bis ein stabiler Zustand erreicht ist.
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Niederdruckvorrichtungen sind gleichermaßen mit Problemen behaftet. Diesen Systemen fehlt in der Regel die automatische Strömungskompensation von Hochdruckvorrichtungen, und unzureichendes Extragas am Beginn des Schweißvorgangs verursacht minderwertige Schweißnahtanfänge.
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Sowohl zu viel Gasströmung als auch zu wenig Gasströmung aus der Gasleitung zum Schweißbrenner verursacht anfängliche Schweißnahtunregelmäßigkeiten, einschließlich Schweißspritzer, Porosität und Verunreinigung der Schweißnaht. Darum ist es erwünscht, die Variation des Schutzgasstroms zu reduzieren und/oder zu minimieren.
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Und schließlich können verschiedene Marken von Schweißbrennern und verschiedene Schweißorte unterschiedliche Strömungseigenschaften haben, die sich zusätzlich auf die Gasströmung auswirken können. Druck- oder volumengestützte Strömungsregler verfügen über kein Mittel zum Bestimmen der Strömungsrate, die tatsächlich zum Schweißort gelangt, weshalb Änderungen der Strömung von einer Gasquelle oder durch den Schweißbrenner nicht durch den Strömungsregler wahrgenommen werden. Darum wird ein Bedarf an einem verbesserten Gasströmungsregler erkannt, der in der Lage ist, die Strömung eines Schutzgases zu einem Schweißvorgang, insbesondere während des Anlaufs, zu regeln.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Das Problem des Verringerns und/oder Minimierens der Variation des Schutzgasstroms bei einem Schweißvorgang, insbesondere während des Anlaufs, wird durch ein Schweißsystem nach Anspruch 1 und ein Steuerrückkopplungssystem nach Anspruch 16 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen werden – unter anderem – in den Unteransprüchen offenbart. Mit Bezug auf besondere Betriebsmöglichkeiten ist es besonders bevorzugt, wenn das Schweißsystem eingereicht ist zum Gleichrichten eines Positionssignals mit dem Ventilsignal durch den Regler, und/oder der Regler schließt das Ventil, wenn ein Auslöser an dem Schweißbrenner nicht betätigt wird und/oder der Massenströmungssensor neben oder in dem Schweißbrenner positioniert ist. Mit Bezug auf das Steuerrückkopplungssystem ist es besonders bevorzugt, wenn es des Weiteren Folgendes umfasst: einen Drucksensor stromaufwärts des Zumessventils und in Kommunikation mit dem Regler, und/oder der Massenströmungssensor ist neben oder in dem Schweißbrenner positioniert. Das Schweißsystem enthält mindestens einen Schutzgaseingang; einen Schutzgasausgang, der mit einem Schweißbrenner gekoppelt ist, der einen Auslöser aufweist; und ein Rückkopplungssteuerungssystem für mindestens das Schutzgas, wobei das Schutzgas-Rückkopplungssteuerungssystem einen Massenströmungssensor zum Messen der Strömung zwischen dem Schutzgaseingang und dem Schutzgasausgang enthält; ein Ventil zum Regeln der Strömung zwischen dem Schutzgaseingang und dem Schutzgasausgang; und einen Regler zum Übermitteln eines Ventilpositionsausgangssignals zu dem Ventil anhand eines Eingangssignals, das von dem Strömungssensor kommend empfangen wurde.
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In einem Aspekt der Erfindung kann das Steuerungssystem einen Ventilpositionssensor enthalten, der eine Ventilposition an den Regler übermittelt, der das Ventil anhand der Ventilpositionsrückmeldung justiert. Das Rückkopplungssteuerungssystem kann optional des Weiteren einen Drucksensor enthalten, um den Druck der Strömung zu bestimmen und diese Information an den Regler zu übermitteln.
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Das Rückkopplungssteuerungssystem kann Signale von mindestens zwei Sensoren analysieren, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: der Strömungssensor, der Drucksensor und der Ventilpositionssensor, und justiert den Schutzgasausgang anhand mindestens zweier Signale. In einem anderen Aspekt der Erfindung kann das Steuerungssystem Signale von allen drei Sensoren analysieren.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung ist zum Bereitstellen einer Soll-Schutzgasströmungsrate zu einer Schweißort vorzusehen, dass das Schweißsystem folgendes umfasst: einen Gaseingang, einen elektrischen Eingang, eine Drahtzufuhrvorrichtung, einen Schweißbrenner und ein Rückkopplungssteuerungssystem zum Regeln der Gasströmung von dem Gaseingang zu dem Schweißbrenner umfassen, wobei das Rückkopplungssteuerungssystem mindestens ein Ventil zum Steuern einer Schutzgasströmungsrate zu dem Schweißbrenner, einen Massenströmungssensor zum Bestimmen der Rate des Gasstroms zu dem Brenner und einen Regler zum Empfangen eines Strömungsratensignals von dem Strömungssensor und Übermitteln eines Ventilsignals zu dem Ventil. Bevorzugt ist das Schweißsystem zu folgendem eingerichtet: Übermitteln der Strömungsrate des Schutzgases nach dem Ventil an den Regler; Bestimmen eines Strömungsratensignals anhand der Strömungsrate des Schutzgases; Vergleichen der Strömungsrate mit der Soll-Strömungsrate; Berechnen des Ventilsignals; Übermitteln des Ventilsignals an das Ventil; und Justieren der Schutzgasströmungsrate durch das Ventil anhand des Ventilsignals.
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Das Schweißsystem kann optional dazu eingerichtet sein, den Schritt des Überwachens eines Speisegaseingangsdrucks zu ermöglichen, wobei die Überwachung ein Drucksignal zum Übermitteln an den Regler erzeugt, und wobei der Prozess des Weiteren einen anschließenden Schritt des Berechnens des Ventilsignals aus der Analyse der Strömungsrate und der Drucksignale enthalten kann.
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Das Schweißsystem kann des Weiteren optional dazu eingerichtet sein, den Schritt des Überwachens einer Ventilposition und des Übermittelns dieses Positionssignals an den Regler zu ermöglichen.
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In einem Aspekt der Erfindung ist der Massenströmungssensor neben oder in dem Schweißbrenner positioniert.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Komponenten des Schutzgasstromsteuerrückkopplungssystems, wobei das System mindestens Folgendes enthalten kann: ein Schutzgaszumessventil, einen Massenströmungssensor stromabwärts des Zumessventils, und einen Regler in Kommunikation mit dem Massenströmungssensor und dem Zumessventil, der das Zumessventil mindestens auf der Basis der Signale justiert, die von dem Massenströmungssensor kommend empfangen werden.
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Wie zuvor beschrieben, kann das Gasstrom-Steuerrückkopplungssystem optional einen Drucksensor stromaufwärts des Zumessventils und in Kommunikation mit dem Regler sowie einen Ventilpositionssensor in Kommunikation mit dem Regler enthalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen eine physische Form annehmen, wovon eine bevorzugte Ausführungsform im Detail in der Spezifikation beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen, der einen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden, veranschaulicht wird, und in denen Folgendes zu sehen ist:
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1 ist eine schematische Ansicht eines Schweißgerätes mit einer Schutzgaszufuhr;
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2 ist eine schematische Ansicht eines Gasrückkopplungssteuerungssystems für das in 1 gezeigte Schweißgerät;
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3 ist eine schematische Ansicht eines Gasrückkopplungssteuerungssystems für das in 1 gezeigte Schweißgerät;
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4 ist eine schematische Ansicht eines Gasrückkopplungssteuerungssystems gemäß einer weiteren Variation;
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5 ist eine schematische Ansicht eines Gasrückkopplungssteuerungssystems gemäß einer weiteren Variation;
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6 ist ein Kurvendiagramm, das ideale Bedingungen für die Gasströmungsrate im Verhältnis zur Zeit veranschaulicht;
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7 ist ein Kurvendiagramm, das die Gasströmungsrate für einen blockierten Durchgang im Verhältnis zur Zeit veranschaulicht;
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8 ist ein Kurvendiagramm, das die Gasströmungsrate für eine Hochdrucksituation im Verhältnis zur Zeit veranschaulicht;
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9 ist ein Kurvendiagramm, das eine ideale Gasströmungsrate im Verhältnis zur Zeit veranschaulicht;
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10 ist ein Kurvendiagramm, das die Gasströmungsrate für eine Hochdrucksituation im Verhältnis zur Zeit veranschaulicht; und
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11 ist ein Kurvendiagramm, das die Gasströmungsrate für eine Niedrigdrucksituation im Verhältnis zur Zeit veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung wird nun für die Zwecke der Veranschaulichung des besten Modus beschrieben, der dem Anmelder zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Patentanmeldung bekannt ist. Die Beispiele und Figuren sind nur veranschaulichend und sollen die Erfindung, die allein am Schutzumfang und Wesen der Ansprüche zu ermessen ist, nicht einschränken. Wenden wir uns nun den Zeichnungen zu, deren Darstellungen allein dem Zweck der Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und nicht dem Zweck ihrer Einschränkung dienen. 1 veranschaulicht das Schweißsystem 20, das eine Schweißbenutzerschnittstelle 22, eine Drahtzufuhrvorrichtung und Spindel 24, einen Gasströmungsratenregler 26, eine Schweißstromversorgung 28 und einen Brenner 30 enthält. Schutzgas wird dem Gasströmungsratenregler 26 von der Gaszufuhr 32, wie zum Beispiel einer Gasleitung, einer Gasflasche oder einer anderen Druckquelle, zugeleitet. Das Schutzgas wird bevorzugt aus folgender Gruppe ausgewählt: Helium, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder ein anderes allgemein bekanntes Schutzgas, das oft nicht-reaktive Eigenschaften aufweist, um die Qualität einer Schweißnaht zu verbessern. Wie in 1 veranschaulicht, enthält der Gasströmungsratenregler 26 eine variable Strömungssteuerung, wie zum Beispiel ein elektrisch betätigtes Solenoid, das es einem Nutzer erlaubt, einen bevorzugten Druck oder eine bevorzugte Strömungsrate auszuwählen.
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Das Schutzgas wird mittels eines Zuleitungsschlauches oder eines Zuleitungsrohres 34, das aus einem flexibel Material, wie zum Beispiel Gummi, Nylon oder glasfaserverstärktem Kunststoff, oder einem starren Material, wie zum Beispiel Edelstahl oder Kupfer, bestehen kann, von der Gaszufuhr 32 zu dem Strömungsratenregler 26 geleitet. Der Druckregler 36 ist zwischen der Gaszufuhr 32 und dem Zuleitungsschlauch 34 zum Regeln des Ausgangsdrucks positioniert. In einer bevorzugten Anordnung ist der Druckregler 36 direkt mit der Gaszufuhr 32 gekoppelt und ist zwischen einem „Ein”-Zustand, in dem Schutzgas mit einem bevorzugten Druck strömt, und einem „Aus”-Zustand, in dem kein Gas durch den Druckregler 36 strömt, steuerbar.
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Wie aus der Figur weiter hervorgeht, erstreckt sich die Gasbrennerleitung 38 von dem Gasströmungsratenregler 26 zum Brenner 30. Die Gasbrennerleitung 38 kann flexibel oder starr sein. Der Brenner 30 enthält einen Auslöser 40, der optional das Gasventil 42 enthält und es erlaubt, dass Schutzgas durch den Brenner 30 strömen kann, wodurch Schutzgas zu dem Schweißort geleitet wird. In einigen Anordnungen ist das Gasventil 42 des Auslösers 40 ein Ein-Aus-Schalter, der die Strömung durch den Brenner 30 entweder zulässt oder verhindert, während in anderen Anordnungen das Gasventil 42 ein variables Ventil ist, das gemäß dem Betätigungsgrad des Auslösers 40 variable Mengen von Schutzgas durch den Brenner 30 strömen lässt.
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2 veranschaulicht ein Rückkopplungssteuerungssystem 44 zum präzisen Steuern des Gasstromes vom Zuleitungsschlauch 34 zum Brenner 30. In dieser Anordnung sind ein Ventil 46, das bevorzugt ein Proportionalventil 46 ist, ein Strömungssensor 48 und der Regler 50 bereitgestellt, wobei der Strömungssensor 48 die Menge an Schutzgas detektiert, das vom Zuleitungsschlauch 34 zum Brenner 30 strömt, und diese Information zu dem Regler 50 überträgt, der das Proportionalventil 46 justiert, um die Strömungsmenge in Abhängigkeit von einem voreingestellten Schutzgasstrom zu erhöhen oder zu verringern.
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Der Strömungssensor 48 misst entweder die volumetrische Strömungsrate oder die Massenströmungsrate des Schutzgases zu dem Brenner 30. Diese Information wird digitalisiert und durch ein Signal A an den Regler 50 gesendet. Der Regler 50 empfängt die Strömungsrate des Schutzgases und bestimmt, ob sie oberhalb oder unterhalb der zuvor ausgewählten Strömungsrate liegt. Wenn die Strömungsrate unterhalb der zuvor ausgewählten Strömungsrate liegt, so wird durch das Strömungssignal B ein hohes Ausgangssignal an das Proportionalventil 46 gesendet, und die Strömungsrate wird erhöht. Wenn die Strömungsrate oberhalb der zuvor ausgewählten Strömungsrate liegt, so wird durch das Strömungssignal B ein niedriges Ausgangssignal zu dem Proportionalventil 46 gesendet, und die Strömungsrate verringert wird.
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Der Strömungssensor 48 ist gemäß einer bevorzugten Anordnung ein Coriolis-Massenströmungssensor, der ein Strömungssignal A, zum Beispiel ein digitales elektrisches Signal, ausgeben kann. Das Strömungssignal A kann auf der Basis eines Wellenfrequenz-, Spannungs-, Strom- oder sonstigen variablen Signals variieren. Alternativ kann der Strömungssensor 48 Druck, Strömungsrate oder andere Charakteristika detektieren, die den Betrag des Schutzgases anzeigen, das zu dem Brenner 30 strömt.
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Der Regler 50 ist oft ein Mikroprozessor, der ein Strömungssignal A empfangen kann, das ein digitales oder analoges elektrisches Eingangssignal sein kann, dieses Eingangssignal mit einem Soll-Zustand vergleichen kann und ein Ventilsteuerungssignal B zu dem motorbetriebenen Ventil übermitteln kann. In dieser Anordnung kann der Soll-Zustand anhand eines vom Nutzer ausgewählten Wertes bestimmt werden, wie zum Beispiel über einen Benutzerschnittstellenbildschirm, oder kann ein voreingestellter konstanter Wert sein.
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Wie in 3 noch besser veranschaulicht ist, enthält das Rückkopplungssteuerungssystem 44 ein Proportionalventil 46, das des Weiteren ein Ventilpositionssignal C enthalten kann, das die Position des motorbetriebenen Ventils 46 an den Regler 50 übermittelt. Die in 2 gezeigte Anordnung erfordert, dass der Regler 50 die Position des Ventils 46 anhand des Ventilsteuerungssignals B berechnet, das aber aufgrund von Verschleiß oder Ungenauigkeiten in der Berechnung oder Übertragung nicht unbedingt genau ist. Indem hingegen das Ventilpositionssignal C von dem Proportionalventil 46 an den Regler 50 übermittelt wird, wird die Position des Proportionalventils 46 präziser an den Regler 50 übermittelt. Die erwartete Position des Ventils 46 stimmt nun mit der tatsächlichen Position des Ventils 46 überein. Diese Anordnung ermöglicht eine genauere Steuerung über die Strömung durch den Strömungssensor 48 zum Brenner 30.
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Wie in 4 besser veranschaulicht, kann auf das Ventilpositionssignal C des Rückkopplungssteuerungssystems 44 verzichtet werden, und der Drucksensor 52 kann stromaufwärts des motorbetriebenen Ventils 46 angeordnet werden. Der Drucksensor 52 enthält ein Drucksignal D, das vom Drucksensor 52 an den Regler 50 gesendet wird. Der Drucksensor 52 ist dafür konfiguriert, den Leitungsdruck des Schutzgases zu detektieren und diese Information durch das Drucksignal D an den Regler 50 übertragen, der diese Information dafür verwendet zu bestimmen, wann ein Niedrigströmungszustand, der durch das Strömungssignal A angezeigt wird, durch einen niedrigen Einlassdruck oder durch eine Verengung im Brenner verursacht wird. Wenn zum Beispiel das Strömungssignal A niedrig ist und das Drucksignal D niedrig ist, so wird der Niedrigströmungszustand durch einen niedrigen Einlassdruck hervorgerufen. Wenn jedoch das Strömungssignal A niedrig ist und das Drucksignal D hoch ist, so zeigt dies eine Blockierung an, und der Regler 50 kann einen Fehler ausgeben.
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Mindestens ein Vorteil des Übermittelns des Drucksignals D vom Drucksensor 52 zum Regler 50 ist, dass der Regler 50 die Verstärkung zum Justieren des Ventils 46 genauer steuern kann. In einem Szenario kann das Drucksignal D einen hohen Druck melden, und das Strömungssignal A kann eine niedrige Strömung melden. Um eine plötzliche Änderung des Schutzgasstroms zu verhindern, kann der Regler 50 dem Ventil 46 befehlen, sich langsam zu öffnen, was eine graduelle Änderung des Leitungsdrucks und der Strömung erlaubt. Wenn jedoch das Drucksignal D niedrig ist und das Strömungssignal A niedrig ist, so kann der Regler 50 dem Ventil 46 befehlen, sich rasch zu öffnen, was eine höhere Rate des Ansteigens des Schutzgasstromes erlaubt.
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Wie in 5 gezeigt, kann ein aufwändigeres Rückkopplungssteuerungssystem 44 ein Proportionalventil 46 zum Steuern des Schutzgasstroms zum Brenner 30, einen Strömungssensor 48 zum Bestimmen der Menge an Schutzgasstrom, einen Regler 50 zum Justieren des Ventils 46 und einen Drucksensor 52 zum Bestimmen des Leitungsdrucks des Schutzgases enthalten. Das Strömungssignal A übermittelt die Strömungsmenge vom Strömungssensor 48 an den Regler 50; das Ventilsteuerungssignal B erlaubt es dem Regler 50, die Position des Ventils 46 zu steuern; das Ventilpositionssignal C gibt die Position des Ventils 46 an den Regler 50 weiter; und das Drucksignal D meldet den Leitungsdruck vom Drucksensor 52 an den Regler 50. Diese Anordnung kombiniert die Vorteile der oben beschriebenen vorherigen zwei Anordnungen.
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Genauer gesagt, empfängt der Regler 50 gemäß dieser Anordnung ein Eingangssignal bezüglich des Drucks des Schutzgases (Drucksignal D), der Position des Ventils 46 (Ventilpositionssignal C) und der Menge an Schutzgas, das zu dem Brenner 30 strömt (Strömungssignal A). Der Regler 50 verwendet dann diese Informationen zum Steuern des Ventils 46 durch Senden eines Ausgangssignals durch das Ventilsteuerungssignal C zum Ventil 46. Die verschiedenen Eingangssignale in den Regler 50 erfordern, dass der Regler eine Vielzahl von Situationen analysiert und ein Ausgangssignal in das Ventilsteuerungssignal B einspeist.
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Jedes dieser Eingangssignale (Strömungssignal A, Ventilpositionssignal C und Drucksignal D) an den Regler 50 übermittelt ein digitales Signal, wie zum Beispiel eine hohe Spannung, eine niedrige Spannung oder eine Null-Spannung, was anzeigt, dass der gemessene Wert oberhalb des bevorzugten Pegels, unterhalb des bevorzugten Pegels oder auf dem bevorzugten Pegel liegt. Gleichermaßen ist jedes Ausgangssignal, das durch das Ventilsteuerungssignal B an das Ventil 46 übermittelt wird, wahlweise ein Öffnungs-, Schließ- oder ein neutrales Signal. Der Regler 50 ist in der Lage, das Ventilsteuerungssignal B als eine hohe, eine niedrige oder eine Null-Spannung auszugeben, und kann außerdem eine Option für das Ausgeben eines Fehlersignals enthalten. Wenn das Ventilsteuerungssignal B hoch oder niedrig ist, so öffnet bzw. schließt sich das Ventil 46. Wenn das Ausgangssignal null ist, so verändert das Ventil seine Position nicht. Wenn das Ausgangssignal ein Fehler ist, so kann sich das Ventil vollständig schließen oder kann das Fehlerausgangssignal als ein Null-Ausgangssignal interpretieren – je nach der Art des Fehlers. Wenn zum Beispiel der Druck zu niedrig ist, um die gewünschte Strömungsrate zu unterstützen, so kann sich das Ventil 46 öffnen, um die Strömung zu maximieren; wenn aber das Drucksignal D hoch ist und das Strömungsratensignal A niedrig ist, so kann es eine Blockierung im Brenner 30 geben, so dass das Ventil 46 geschlossen werden muss, um Schäden oder minderwertige Schweißnähte zu vermeiden. Alternativ können die Signale einen analogen Wert übermitteln.
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Verschiedene Kurvendiagramme von Gasströmungsraten und Ventilpositionen sind in den 6–8 gezeigt. In diesen Kurvendiagrammen sind die Positionen des Ventils 46 als ein Prozentsatz von 0 bis 100% gezeigt, wobei ein bevorzugter Betriebsbereich etwa 50% ist. Die linke Seite dieser Kurvendiagramme zeigt die Soll-Gasströmungsrate an, während die rechte Seite den Betrag anzeigt, um den das Ventil 46 geöffnet wurde. Im Idealzustand, der in 6 gezeigt ist, wird das Ventil 46 mit einer stabilen Rate geöffnet, und der Gasstrom nimmt stetig zu. Nachdem das Ventil 46 50% erreicht hat und die Soll-Gasströmungsrate erreicht ist, bleibt das Ventil 46 offen, bis die Schweißnaht vollendet ist. Das Ventil kann sich sauber schließen und die Gasströmungsrate von der Soll-Strömungsrate auf null reduzieren.
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In 7 ist ein Szenario eines blockierten Durchgangs oder einer Gasverknappung gezeigt. In diesem Szenario muss das Ventil 46 auf 100% geöffnet werden, um die gewünschte Gasströmungsrate zu erreichen. Dadurch musste das Ventil 46 mit einer schnelleren Rate geöffnet werden, um die gleiche Zeit zu erreichen, um die Strömung zu maximieren, wie im Idealzustand.
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In 8 ist ein Szenario mit einem hohen Gasdruck gezeigt. In diesem Szenario wird das Ventil 46 auf eine prozentual niedrigere Gesamtströmung geöffnet, zum Beispiel etwa 25%. Dies erfordert einen höheren Grad an Steuerung, um Spitzen in der Strömungsrate zu vermeiden.
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9–11 zeigen verschiedene Szenarien, die den Gasstrom und die tatsächliche Schweißausgangsleistung als eine Funktion der Zeit demonstrieren. Die Soll-Gasströmungsrate ist entlang der linken Seite des Kurvendiagramms gezeigt, und die Schweißausgangsleistung ist entlang der rechten Seite des Kurvendiagramms gezeigt. Sobald der Auslöser 40 am Brenner 30 gezogen wird, strömt Gas durch den Brenner 30 zum Ausgang. In diesen Figuren demonstrieren verschiedene Szenarien, und zwar ideal, hoher Druck und niedriger Druck, den Gasstrom als eine Funktion der Zeit, nachdem der Auslöser 40 betätigt wurde.
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In 9 ist ein ideales Szenario gezeigt. Gemäß diesem Zustand erhöht sich, nachdem der Auslöser 40 gezogen wurde, die Gasströmungsrate auf ein Maximum, das geringfügig (ungefähr 5%) oberhalb der Soll-Gasströmungsrate liegt. Die Gasströmungsrate verringert sich dann auf die Soll-Gasströmungsrate, so dass eine ideale Schweißausgangsleistung möglich wird.
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In 10 ist ein Szenario mit hohem Gasdruck gezeigt. Wenn der Auslöser 40 gezogen wird, steigt aufgrund des hohen Drucks die Gasströmungsrate schlagartig auf einen adaptiven Vorströmungszustand, bevor sie sich auf die Soll-Gasströmungsrate einpendelt. In diesem Zustand erlaubt der Regler 50 eine kurze Spitze des Gasdrucks, um Fluktuation oder langsames Ansammeln von Materialtrümmern zu vermeiden.
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In 11 ist ein Szenario mit einem niedrigen Druck gezeigt. Wenn der Auslöser 40 gezogen wird, so öffnet der Regler 50 das Ventil für eine längere adaptive Vorströmungszeit, wodurch die Strömungsrate zunimmt, bis sie die Soll-Gasströmungsrate erreicht.
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Der beste Modus zum Ausführen der Erfindung wurde zum Zweck des Veranschaulichens des besten Modus beschrieben, der dem Anmelder zu dieser Zeit bekannt war. Die Beispiele sind nur veranschaulichend und sollen die Erfindung, die allein durch den Schutzumfang und das Wesen der Ansprüche zu ermessen ist, nicht einschränken. Die Erfindung wurde mit Bezug auf bevorzugte und alternative Ausführungsformen beschrieben. Natürlich fallen anderen beim Lesen und Verstehen der Spezifikation Modifizierungen und Änderungen ein. Es ist beabsichtigt, dass alle diese Modifizierungen und Änderungen hierin aufgenommen sind, insoweit sie in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche oder ihrer Äquivalente fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Schweißsystem
- 22
- Benutzerschnittstelle
- 24
- Drahtzufuhrvorrichtung mit Spindel
- 26
- Gasströmungsratenregler
- 28
- Schweißstromversorgung
- 30
- Brenner
- 32
- Gaszufuhr
- 34
- Zuleitungsschlauch oder -rohr
- 36
- Druckregler
- 38
- Gasbrennerleitung
- 40
- Auslöser
- 42
- Gasventil
- 44
- Rückkopplungssteuerungssystem
- 46
- Ventil
- 48
- Strömungssensor
- 50
- Regler
- 52
- Drucksensor
- 54
- Ventilpositionsbestimmungssensor
- A
- Signal
- B
- Strömungssignal
- C
- Ventilpositionssignal
- D
- Drucksignal
