JP2011525149A - 溶接トーチのクリーニング装置および方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、溶接トーチ(5)のクリーニング装置(1)に関し、少なくとも2つのコイル(4,11)と、電磁クリーニングのために溶接トーチを導入するための開口(3)と、コイル(4,11)と接続された供給装置(7)と、必要に応じて、クリーニング液を溶接トーチ(5)の先端に塗布するための装置とを備え、好ましくは、全てのコンポーネントが共通のハウジング(2)内に配置され、制御装置(8)によって制御される。また本発明は、溶接トーチ(5)のクリーニング方法に関する。クリーニング品質およびクリーニング範囲を増加させるために、本発明によれば、コイル(4,11)は、溶接トーチ(5)のクリーニングのために、相互に独立した供給装置(7)によって電気エネルギーが供給可能であり、そして、コイル(4,11)を冷却するための冷却装置(14)が設けられる。
Description
本発明は、溶接トーチをクリーニングするためのクリーニング装置に関するものであり、電磁クリーニングのための少なくとも2つのコイルと、溶接トーチを導入するための開口とを備え、必要に応じて、クリーニング液を溶接トーチの先端、特に、ガスノズルに塗布するための装置を備え、好ましくは、全てのコンポーネントが共通ハウジング内に配置され、制御装置によって制御される。
本発明はまた、溶接トーチをクリーニングするための方法に関するものであり、溶接トーチの先端、特に、ガスノズルが、汚染物の非接触除去のため、少なくとも2つのコイルで発生した電磁界に曝される。クリーニング前に、必要に応じて、クリーニング液または湿潤液が溶接トーチの先端に塗布される。
溶接手順の際、溶接トーチは、溶融金属スパッタによって汚れる。金属スパッタは、溶接トーチのガスノズル内部にも堆積して凝固するようになる。その結果、ガスノズルを通る保護ガス流が、堆積した金属スパッタによって妨害され、大気が溶接箇所に到達するようになる。すると、溶接プロセスに悪い影響を与えて、溶接品質を劣化させる可能性がある。従って、完全に動作し、かなり清浄な溶接トーチが高品質溶接の生産にとって重要である。
従って、溶接トーチは、付着した金属スパッタから定期的に洗浄される。クリーニング期間は、溶接トーチは溶接動作のために利用できない。従って、こうしたクリーニング手順を可能な限り迅速に実施することが求められる。溶接トーチを洗浄するための機械的な方法があり、ブラシ、ブレードなどの支援によって、堆積物が溶接トーチの先端、特に、ガスノズルから除去される。こうした機械的クリーニング方法を用いても、溶接トーチのガスノズルの内側を可能な限り完全に洗浄することは、ある程度までしか実現できない。さらに、溶接トーチのコンポーネントは、機械動作によって損傷を受けるようになり、耐用年数が減少することになる。溶接トーチのコンポーネントの表面への損傷は、溶接スパッタの付着を促進し、その結果、より迅速なガスノズル妨害をもたらし、溶接トーチのより頻繁なクリーニング及び/又はガスノズルの交換の要請をもたらす。さらに、溶接トーチは、クリーニング手順の前に冷却する必要があり、クリーニング時間をさらに引き延ばすことになる。
米国特許4838287Aは、例えば、電流が流れるコイルを用いて、溶接トーチを非接触でクリーニングする方法を記載している。この目的のため、溶接トーチの先端は、コイルの開口に導入され、適切な電流パルスが印加される。得られた電磁界は、適切な磁力を発生し、溶接トーチ上の堆積物に作用してこれを除去する。こうして溶接トーチのコンポーネントへの機械的作用無しで除去が行われ、これらを延命し、耐用年数を延ばしている。
一方では電磁クリーニングの前に溶接トーチを冷却するため、他方では適切なクリーニング剤によって異物の除去を容易にするために、溶接トーチは、通常、液体中に浸漬される。この液体は、水または、特別な溶媒と水の混合物を含んでもよい。効率的な電磁クリーニングのために、溶接トーチ上の金属スパッタが、クリーニング液への浸漬によって急速に冷却されることが好都合であろう。金属スパッタおよびガスノズル(通常は銅製)の異なる熱膨張に起因して、こうした急速冷却は、溶接トーチへの金属スパッタの付着力の減少を生じさせる。
溶接トーチを浸漬するための液体充填漕(tub)と、溶接トーチを電磁的にクリーニングするためのコイルとを備えた、溶接トーチのクリーニングのための配置が、例えば、国際公開WO01/56730A2に記載されている。そこでは、コイルを収容する液体漕およびポストが、溶接されるワークピースの直ぐ横に配置され、溶接手順の間でも、溶接トーチ、特にロボットアームに搭載された溶接トーチが、自動的に洗浄可能なようにしている。しかしながら、例えば、適切なラインで接続する必要がある、コイルへの供給手段のために、ポスト上に場所が無いことが不都合である。供給手段とクリーニングユニットの間に設けられるこうしたラインは、高い電流パルスから導出される電磁界を送信することがあり、他の機器や制御システムの故障を導くことがある。
欧州特許EP1558420B1から、磁界による溶接トーチの非接触クリーニングのためのクリーニング装置が知られており、磁気クリーニングのためのコイルおよびクリーニング液のための容器が共通ハウジング内に配置され、溶接トーチは、ハウジングに設けられた開口を介してコイルの中に挿入可能である。供給ユニットがハウジング内に配置され、コイルの供給は、可能な限り短いラインで行われる。この場合、クリーニング液を塗布する装置およびコイルは、コイル下方に配置された、電磁的に除去された汚染物を収容するための廃棄容器と共に、ハウジング内に配置される。さらに、この配置は、クリーニング液の付着、および溶接トーチのほぼ同じ位置にあるガスノズルの電磁クリーニングを可能にする。
国際公開WO2005/97362Aから、溶接トーチの電磁クリーニングのための装置を含む、溶接トーチをクリーニングするためのクリーニング装置が知られており、電磁クリーニングのために溶接トーチ導入用の開口を有するコイルと、溶接トーチの先端、特に、ガスノズルへのクリーニング液の塗布のための装置を備え、これらは共通ハウジング内に配置される。そこでは、溶接トーチをクリーニングするための第2の装置が共通ハウジング内に追加配置され、第2の装置は、冷媒、特に、CO2ドライアイスを使用する。共通の制御装置、共通の入出力装置、共通の供給装置または電源が、クリーニング装置を制御、調整、通電するために、共通ハウジング内に配置される。
本タイプの溶接トーチの電磁クリーニングのための装置が、特開平1−78679号から知られている。
本発明の目的は、クリーニング品質およびクリーニングエリアを増加できる、溶接トーチのクリーニング装置および方法を提供することである。
本発明の目的は、溶接トーチのクリーニングのため、コイルには、相互に独立した供給装置によって電気エネルギーが供給可能であり、冷却装置がコイルを冷却するために設けられることで達成される。この場合、少なくとも2つの連続した磁界が生成され、共通の磁界に融合する点が好都合である。こうして延長した期間に渡って電磁界が発生し、少なくとも2つのコイルの使用に起因して拡大した領域に渡って延びており、こうして溶接トーチにとって拡大したクリーニングエリアを提供する。先行技術から知られている磁気クリーニング装置の場合、単一コイルを備えており、力の作用下で短い使用可能エリアのため、クリーニングのために2つの異なる位置に接近する必要がある。このことは、一方では、通常使用する溶接ロボットのためのプログラム作成費用の増加をもたらし、他方では、トーチの部分領域しか一回でクリーニングされないことになる。少なくとも2つのコイルの使用によって提供される使用可能なクリーニングエリアの拡大により、溶接トーチの内部全体が、単一のクリーニング位置を用いてクリーニング可能になる。こうしてクリーニング効率は、少なくとも2倍になり、スタートアップ、調整およびプログラミングがかなり容易になり、動作不良の機会が最小値まで低減される。
コイルを冷却するために設けられた冷却装置により、磁界によるクリーニング処理の期間、熱がコイルから排出可能になり、クリーニング装置の延長した動作を可能にする。
コイルが、介在したスイッチング素子を経由して、供給装置の1つ又は複数のキャパシタと接続される構成が好都合である。コイルには、極めて短時間で高いエネルギーが供給可能であり、より迅速な磁界立ち上げを確保している。
好都合な方法では、キャパシタは、耐短絡性の変圧器の出力と直接接続される。こうして、キャパシタを充電し、同時に電気(galvanic)絶縁を実現する、簡単で費用効果に優れた構造を提供することが可能である。
冷却装置は、コイル間に配置してもよい。
冷却装置をコイルの少なくとも1つの中に一体化した場合、コイルからより良好な放熱およびコイル冷却が達成され、コイル内部に熱が蓄積されるのを防止できる。
冷却装置は、ハウジングと接続された、冷却バッフル(baffle)、または、特に、いわゆるヒートパイプによって形成できる。こうして熱が、好ましくは良熱伝導性に設計されたハウジングへ伝達され、放熱のための大きな表面積の使用を可能にする。
コイルの少なくとも1つに、少なくとも1つの温度センサを装着した場合、コイル内部の温度経過を監視できる。その結果、過剰な発熱によって生ずる損傷を防止するための適切な対策が採用できる。
クリーニング装置の周囲に配置された他の器具の故障を回避するために、ハウジングは、好ましくは、コイルによって発生する電磁界を遮蔽するために、ほぼ閉止されている。
ハウジングが強制冷却および冷却開口を必要とせず、汚染物からハウジング内部を保護するように封止された構成が好都合である。理由は、塵埃の侵入によってしばしば生ずる故障が回避されるためである。
コイルが追加の磁気バッフルを備えた場合、磁界は、選択的および集束するような方法で強化できる。磁界の増加が特定の領域で達成され、溶接トーチの増強したクリーニングが可能になるためである。さらに、こうした磁気バッフルは、拡大したエリアに渡って磁界を均等化して、より均質な磁界を得るために使用可能であり、その結果、領域全体に渡って良好なクリーニング結果を等しく達成できる。
方法の意味において、本発明の目的は、電磁界を発生するための第1コイルは、少なくとも1つの追加コイルの後に、電気エネルギーを供給することで達成される。少なくとも1つの追加コイルと第1コイルの間で通電時間を変化させることによって、電磁界は、空間および時間の両方の意味で変化することができる。これにより幾何配置に対して最適な適合化が図られ、溶接トーチのガスノズルによって生ずる磁気シールド挙動が図られる。本質的な利点はまた、少なくとも2つのコイルを用いることによって、個々の巻線はより短かくなるように選択できる点にある。これにより、より高い磁束密度が得られ、その結果、溶接トーチでの汚染物に対してより大きな力が作用することになる。少なくとも2つのコイルから得られる磁界は、延長期間に渡って高いレベルのままであることから、通常使用される銅製ガスノズルの磁気シールド効果をより効率的に克服でき、溶接トーチの内側においてより高いクリーニング効果を提供できる。
好ましい方法では、第1コイルは電気エネルギーが供給されるとともに、少なくとも1つの追加コイルへの電気エネルギーの供給が持続される。
好都合な方法では、第1コイルは、少なくとも1つの追加コイルの後、1〜3ms、特に1.5ms、電気エネルギーが供給される。コイルによって発生した磁界は、共通の磁界に融合するようになり、クリーニングエリアを拡大する。
本発明について、添付の概略的な図面を用いてより詳細に説明する。
図1〜図3は、クリーニング装置1を描いており、クリーニング装置1にとって必要な全てのコンポーネントが配置されたハウジング2を備える。これに関して、図2に示した個々のコンポーネントは互いに連結しており、明確化のために1つのラインだけを示している点に留意する。
ハウジング2には、開口3が設けられ、これは、溶接トーチ5、特に、溶接トーチ5の先端またはガスノズル6がコイル4の中に導入可能なようにコイル4と関連付けられ、その際、電磁クリーニングが実施できる。コイル4には供給ライン7が接続され、これは起動用の制御装置8と接続される。供給装置7および制御装置8は、共通の構造ユニットを形成することは言うまでもない。さらに、クリーニング装置1には、クリーニング液または湿潤液を塗布するための装置を搭載できる。このため、クリーニング液(不図示)のための漕9が設けられ、この中に溶接トーチ5が浸漬可能である。漕9に近接して、補充容器が、例えば、漕9にクリーニング液を送給する受け入れ装置10の中に配置できる。補充容器は、当然ながら、ハウジング2の内側に配置してもよく、クリーニング液は漕9の中にポンプによって運ばれる。あるいは、漕9にクリーニング液を外部から送給するための接続をハウジング2に設置してもよい。
図2から容易に判るように、追加の第2コイル11が設けられ、第1コイル4と関連している。2つのコイル4,11は、供給ユニット7によって独立に電力供給される。コイル4,11の各々は、例えば、80mmの直径、40mmの高さ、5mm2の断面を有するワイヤの120巻線を有するような寸法である。
2つのコイル4,11は、同軸に重なり合う。コイル4,11の形状は、丸または円筒でもよく、またはエアギャップで形成してもよい。溶接トーチ5、特に、ガスノズル6は、コイル4,11の中心に位置決め可能であり、コイル4,11に電力供給した場合、発生した磁界が溶接トーチ5に作用できることを確保する必要がある。
コイル4,11にエネルギーを供給するために、2つのコイル4,11は、供給装置7と接続され、コイル4,11の各々は、少なくとも1つ、特に3つのキャパシタ12と、介在するスイッチング素子(不図示)を経由して接続される。スイッチング素子を活性化することによって、キャパシタ12に充電されたエネルギーが、コイル4,11に伝導される。キャパシタ12の充電を可能にするため、これは、耐短絡性(short-circuit-resistant)の変圧器13の出力と直接接続され、その結果、変圧器13の1次側に電圧を印加した場合、前記電圧は2次側へ伝送され、続いて、キャパシタ12を充電するためののキャパシタ12に送給される。こうして1次側から2次側への適切なエネルギー変換変圧器13を介して行われ、キャパシタ12の最適な充電と同時に、電気(galvanic)絶縁を達成している。好ましい方法では、2〜5個のキャパシタ12、特に3個のキャパシタ12がコイル4,11ごとに用いられ、各キャパシタ12は、例えば、4700μFの容量を有し、500Vの電圧について寸法設計される。2つのコイル4,11は、当然ながら、異なる寸法でもよい。
キャパシタ12を設ける代わりに、コイル4,11は、電気エネルギーを直接に供給してもよく、このためコイル4,11への電源は、クロック付電源ユニット、特に、インバータ電流源で提供される。
クリーニングのため、追加のコイル11は、開口3の反対側に配置され、好ましくは、最初に電気エネルギーが供給される。磁界は、追加のコイル11から開口3の方向に、即ち、第1コイル4に向かって伝搬可能である。こうして2つのコイル4,11は、別々に通電できる。例えば、60:40,70:30または30:70,40:60の比率を選択してもよい。より良好なクリーニングを達成するために、コイル4,11には追加の磁気バッフル(baffle)を装着することが可能であり、磁界を選択的および集束するような方法で増幅し、拡大した領域に渡って磁界を均等化して、より均質な磁界が得られる。
さらに、ハウジング2内にコイル4,11のための冷却装置14を配置することが好都合である。通電の際、2つのコイル4,11の間に熱が蓄積されるためであり、コイル4,11への損傷を回避するため放熱する必要がある。最も簡単な形式の冷却装置14は、適切な冷却バッフル(baffle)15で形成でき、コイル4,11の間にある熱が冷却バッフル15によって取り出され、熱源から運び出されるようになる。冷却バッフル15は、図2に示すように、好ましくは、ハウジング2と連結され、ハウジング2への放熱を可能にしている。冷却装置14は、コイル4,11の一方または両方に直接に組み込むことも可能である。外部への放熱は重要である。理由は、大きな電磁界に起因して、ハウジング2は、シールド目的のために外部に対して閉止されており、塵埃はハウジング2の内側に侵入できないからである。ハウジング経由の効率的な放熱の起因して、ハウジング2内にスリットを要しするファンなどの使用は、不要である。ハウジング2は、強制冷却および冷却開口なしでもよく、汚染物に対して外部保護される。冷却手段14として、いわゆるヒートパイプの使用も可能であり、このヒートパイプはコイル4,11の間に挿入してもよく、あるいはコイル4,11とともに巻き付けてもよい。ヒートパイプの自由端は、ハウジング2と接続され、熱がヒートパイプ経由でハウジング2へ伝導されるようになる。さらに、コイル4,11のための冷却装置14は、圧縮空気システムで構成してもよく、圧縮空気接続がハウジング2に必要になる。さらに、コイル4,11は、液体またはガスの媒体で冷却することも可能である。
コイル4,11の少なくとも1つには、放電効率を安定化するために、少なくとも1つの温度センサを装着してもよい。温度進行は、少なくとも1つの温度センサによって監視でき、温度進行は、例えば、供給される電力またはエネルギーによって影響される。高すぎる温度では、コイル4,11は、例えば、後続のクリーニング処理の際、より少ない電力しか供給できず、減少した温度進行が生ずることになる。冷却のために温度センサを使用することも可能であり、このため、能動冷却、即ち、例えば、圧縮空気冷却を用いて使用される制御可能な冷却装置14が適用されることになる。冷却装置14の効率は、最適な温度が常に確保されるように、温度進行の関数として増加または減少し得る。これは、冷却装置は制御や通電のオンオフが行われ、冷却が実際に必要な場所に適用されることを意味する。
2つのコイル4,11を用いた場合、コイル4,11の活性化が制御装置8によって相応に制御されることが本質的である。好ましい方法では、溶接トーチ5をクリーニングするために2つのコイル4,11の供給が連続的に行われる。これは、磁界17を発生するために、追加のコイル11にエネルギーを供給した後、磁界16を発生するために、第1コイル4には、予め定めた時間、エネルギーを供給し、追加のコイル11は、第1コイル4の活性化の後、通電が継続することを意味する。2つのコイル4,11の2つの磁界16,17が共に融合して、共通の磁界を形成することが確保される。このことは、図3に概略的に図示している。磁界は、縦軸Tにプロットし、コイル4,11の軸に沿った長さまたは経路を横軸Iにプロットしている。第1コイル4は、追加のコイル11の電力供給の後、好ましくは、1ms〜3ms、特に1.5msに通電される。
一般に、磁界16,17は、コイル4,11の特定の領域に形成されており、1つのコイル4を用いた場合、先行技術から知られているように、その領域において強い磁界が発生し、その領域において良好なクリーニング結果が得られるようになる。先行技術から知られているクリーニング装置を用いて良好なクリーニング結果を達成するには、溶接トーチ5は、コイル4の中に異なる深さで挿入する必要があり、ガスノズル6全体に渡って良好なクリーニング効果が達成される。
今、2つのコイル4,11を使用しているため、2つの異なる領域または磁界16,17が形成され、僅かな距離および時間的に協調した通電のため、共通の磁界となって共に融合することになる。磁界はより大きなエリアに渡って作用するため、クリーニングエリアは実質的に拡大できる。溶接トーチ5、特に、ガスノズル6は、先行技術から知られているように、クリーニング処理で完全にクリーニングされ、コイル4の中に異なる深さで位置決めする必要がない。
さらに、コイル4,11は、適切なスイッチング素子を介して追加の巻線で延長してもよく、必要に応じて、制御装置8によって個々のスイッチング素子が活性化できるようになり、コイル4,11の巻線数を増加させたり、あるいは、スイッチング素子を相応に停止させることによってコイル4,11の巻線数を減少させることが可能である。異なる溶接トーチ5への磁界の適合が行うことができ、あるいは磁界の形成に影響を与えることができる。
Claims (13)
- 溶接トーチ(5)のクリーニング装置(1)であって、
少なくとも2つのコイル(4,11)と、
電磁クリーニングのために溶接トーチを導入するための開口(3)と、
コイル(4,11)と接続された供給装置(7)と、
必要に応じて、クリーニング液を溶接トーチ(5)の先端に塗布するための装置とを備え、
好ましくは、全てのコンポーネントが共通のハウジング(2)内に配置され、制御装置(8)によって制御され、
溶接トーチ(5)のクリーニングのために、コイル(4,11)は、相互に独立した供給装置(7)によって電気エネルギーが供給可能であり、
コイル(4,11)を冷却するための冷却装置(14)が設けられることを特徴とするクリーニング装置(1)。 - コイル(4,11)は、介在するスイッチング素子を経由して、供給装置(7)の1つ又は複数のキャパシタ(12)と接続されることを特徴とする請求項1記載のクリーニング装置(1)。
- キャパシタ(12)は、耐短絡性の変圧器(13)の出力と直接接続されることを特徴とする請求項2記載のクリーニング装置(1)。
- 冷却装置(14)は、コイル(4,11)の間に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のクリーニング装置(1)。
- 冷却装置(14)は、コイル(4,11)の少なくとも1つの中に一体化されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のクリーニング装置(1)。
- 冷却装置(14)は、ハウジング(2)と接続された、冷却バッフル(15)または、特に、ヒートパイプによって形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のクリーニング装置(1)。
- コイル(4,11)の少なくとも1つには、少なくとも1つの温度センサが装着されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のクリーニング装置(1)。
- ハウジング(2)は、コイル(4,11)によって発生する電磁界(16,17)を遮蔽するために、ほぼ閉止されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のクリーニング装置(1)。
- ハウジング(2)は、強制冷却および冷却開口を必要とせず、汚染物からハウジング(2)の内部を保護するように封止されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のクリーニング装置(1)。
- コイル(4,11)は、磁界の選択的集束、強化および必要に応じて均質化のための、追加の磁気バッフルを備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のクリーニング装置(1)。
- 溶接トーチ(5)のクリーニング方法であって、
汚染物の非接触除去のため、溶接トーチ(5)の先端が少なくとも2つのコイル(4,11)で発生した電磁界(16)に曝され、
クリーニング前に、必要に応じて、クリーニング液が溶接トーチの先端に塗布され、
電磁界(16)を発生するための第1コイル(4)は、少なくとも1つの追加コイルそ(11)の後に、電気エネルギーを供給することを特徴とするクリーニング方法。 - 第1コイル(4)は、電気エネルギーが供給されるとともに、少なくとも1つの追加コイル(11)への電気エネルギーの供給が持続されることを特徴とする請求項11記載のクリーニング方法。
- 第1コイル(4)は、少なくとも1つの追加コイル(11)の後、1〜3ms、特に1.5msに電気エネルギーが供給されることを特徴とする請求項11または12記載のクリーニング方法。
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