JP2020534166A - 冷却デバイスを備えた溶接電流源 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気溶接プロセスを実行するために電気溶接電流回路に対して電流及び電圧を供給するための溶接電流源（１）に関し、この溶接電流源（１）には、電気溶接プロセスにおける適合性のために、溶接電流源に対して供給される電流を調整するための電力調整デバイスが設けられ、さらに、溶接電流源（１）のハウジング（４）上には、それぞれハウジング（４）から突出した２つの電極コンタクトデバイス（５、６）が設けられ、溶接電流源には、溶接電流源（１）によって放出される熱損失を放散させ得る冷却デバイスが設けられている。そのような溶接電流源の場合には、電気部品の充分な冷却にもかかわらず、溶接電流源のハウジングを、従来と比較してより小さく設計し得ることが必要とされる。解決策として、少なくとも１つの変圧器を有したインダクタンスデバイスが提案され、このインダクタンスデバイスは、冷却体内に配置され、冷却体とインダクタンスデバイス（２６）とは、ハウジング（４）のハウジング外面上に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、電気溶接プロセスを実行するために溶接回路に対して電流及び電圧を供給するための溶接電流源に関し、溶接電流源には、電気溶接プロセスに関する適合性のために、溶接電流源によって供給される電流を調整するための電流調整デバイスが設けられ、さらに、溶接電流源のハウジング上には、それぞれハウジングから突出した２つの電極コンタクトデバイスが設けられ、溶接電流源には、溶接電流源によって放出される熱損失を放散させ得る冷却デバイスが設けられている。

複数の異なる溶接プロセスが存在する。本発明は、アーク溶接に関係する様々な手順及び溶接電流回路デバイスにとって、特に有意義なものである。これらのアーク溶接は、溶接電極と、溶接の実施対象をなすワークピースと、の間の電気アークによる熱生成に基づくものである。熱生成により、溶接されるべき材料を、局所的に溶融することができる。ほぼすべてのアーク溶接プロセスにおいては、この目的のために、シールドガスが電気アークの領域に対して供給され、これは、一方においては、溶接電極とワークピースとの間の抵抗を低減するイオン化雰囲気を可能とするためであり、他方においては、溶接電極及びワークピースの酸化を防止するためである。シールドガスとして提供される不活性ガスに代えて、反応に使用される活性ガス又は混合ガスを供給することもできる。同様に、このために必要な物質が電極内に組み込まれていて電極の溶融時に放出されることのために、電極は、何らの外部ガス供給源をも必要としないように、構成することもできる。

溶接トーチのインナーチューブに対して電圧を印加し、溶接ワイヤをターゲット金属片に接触させた時には、大電流が、溶接トーチから、溶接ワイヤを介して、場合によっては電気アークを介して、そしてターゲット金属片へと、さらにはグランドへと、流れる。大電流及び電気アークにより、溶接ワイヤは、シールドガス雰囲気内で溶融し、これにより、ワイヤ液滴が形成されるとともに、電気アークが生成される。この電気アークは、ターゲット金属片をなす金属と、案内される溶接ワイヤと、を溶融させる。形成された液滴が溶接ワイヤから落下することによって、あるいは、ターゲット金属片が液化した位置へと液滴が短い回路内で移送されることによって、これらは互いに結合するようになる。

アーク溶接システム又はアーク溶接回路の各々には、必要な電流及び電圧を提供するための溶接電流源が設けられ、この溶接電流源は、それぞれのアーク溶接に対して電流が供給されて電圧が印加され得るよう、アーク溶接システムの溶接トーチに対して、電気伝導可能な態様で接続される必要がある。プロセスポイントにおいて優勢な条件を生成するために大きなエネルギー需要が存在することのために、溶接電流源は、大きな電流値を有した直流又は交流（溶接電流と総称される）を提供しなければならない。工業的に使用される場合、これらは、溶接電流源に対して接続された交流から生成される。溶接電流源内に含まれているインダクタ及びパワーエレクトロニクスを使用することにより、溶接電流源は、入力側における交流電流を、アーク溶接にとって適切であるような溶接電流へと、変換する。この場合、典型的には、大きな熱損失が発生し、このような熱損失は、損傷を防止するために、特に溶接電流源内に含まれている電子機器の損傷を防止するために、ハウジングから放散されなければならない。この目的のために、冷却デバイスが、典型的には溶接電流源内に配置されるものの、溶接電流源のハウジングは、かなり大きいことが判明している。

そのため、本発明の目的は、最初に言及したタイプの溶接電流源であって、電気部品を充分に冷却することに加えて、溶接電流源のハウジングを、従来と比較してより小さく設計し得る可能性を有した、溶接電流源を提供することである。

この目的は、上述したタイプの溶接電流源において、電流変換器デバイスのインダクタンスデバイスが、冷却体内に配置され、冷却体とインダクタンスデバイスとが、ハウジングのハウジング外面上に配置されることにより、本発明によって達成される。本発明の範囲内においては、驚くべきことに、冷却デバイス及びインダクタンスデバイスを、ハウジングの内部からハウジングの外部へと移動させることにより、ハウジングを、冷却デバイス及びインダクタンスデバイスの容積と比較してそれ以上に小型化し得ることが、示された。冷却体とインダクタンスデバイスとがハウジング空間の内部に配置されている場合には、一般に、過熱を避けるために、電子部品と、ハウジング内に配置された変圧器などのインダクタンスデバイスと、の間には、最小限の隙間が設けられなければならない。加えて、インダクタンスデバイス及び冷却デバイスを固定するための固定部材が、ハウジング内において必要とされ、このことも、また、ハウジングの内部空間の大型化をもたらしてしまう。これらの部材とハウジング内の必要な配線とのすべてを省略することにより、さらに、インダクタンスデバイスに対しての最小限の隙間を維持する必要性を省略することにより、ハウジングを、本発明に従ってハウジング内に部材を配置しないことだけに基づく容積減少分と比較して、かなり小さなものとし得ることが判明した。本発明による手段においては、熱の蓄積というリスクが無いことのために、また、ハウジングからの熱風の放散が妨害されるというリスクが無いことのために、熱損失を、特に迅速にかつ効果的に、環境に対して放散し得るという利点も存在する。

本発明の好ましい実施形態は、インダクタンスデバイスには、少なくとも１つの変圧器が設けられ、インダクタンスデバイスが、冷却体の内部に配置されている、という構成を提供することができる。本発明のこのような実施形態においては、冷却体及びインダクタンスデバイスを、特に省スペース化し得る態様で配置することができ、これと同時に、インダクタンスデバイスによって引き起こされる熱損失を、環境へと放散することができる。

インダクタンスデバイスを、溶接電流源のハウジングの外側に配置するにもかかわらず、カバーが特にバッフルプレートがインダクタンスデバイス上に配置されることにより、インダクタンスデバイスを、損傷から信頼性高く保護することができる。カバーの存在にもかかわらず良好な熱放散を実現するために、溶接電流源の提供された使用位置において、溶接電流源の提供された設置面に対して最大の隙間を有した領域にカバーを配置すること、及び、カバーとインダクタンスデバイスとの間隔を、熱風を流出させ得る開口がカバーとインダクタンスデバイスとの間に形成されるようなものとすることを、適切な構成とすることができる。

本発明の他の好ましい実施形態は、冷却体がハウジング背面壁の外面上に配置されているという構成を提供することができる。ハウジングの背面壁は、冷却体及びインダクタンスデバイスを配置するのに特に適しており、それは、この場合、背面壁の凹所を使用することにより、ハウジング内に配置された電子部品に対してのインダクタンスデバイスの配線を、特に短い経路で実現し得るからである。

本発明の好ましい実施形態においては、冷却体のうちの、互いに離間して配置されるとともに少なくとも実質的に鉛直方向を向く態様で延びる複数の冷却リブによって、特に良好なかつ迅速な熱放散を達成することができる。特に望ましい態様においては、本来的に生じる対流を、この場合の熱放散に使用することができる。よって、加熱された空気は、冷却体の領域内において冷却リブどうしの間にわたって妨害されることなく上昇することができ、したがって、実質的に鉛直方向に流れることができる。

さらに、ハウジングの外部に配置された冷却体は、好ましくは、その冷却リブの領域に、複数の冷却リブを中断させる凹所を備え、冷却体には、冷却体の中にインダクタンスデバイスを配置するための凹所が設けられている。これにより、インダクタンスデバイスを、好ましくはハウジングとは反対側を向く面から、冷却デバイスの凹所内へと挿入することができる。

熱放散をさらに増強し得るよう、これにより冷却効果をさらに増強し得るよう、特にインダクタンスデバイスのうちの、ハウジングとは反対側の面上に、ファンデバイスが配置されている構成を、好ましいものとすることができる。このようにして溶接電流源のハウジングの外側に配置されたこのファンデバイスは、特に独立したアセンブリとして、いわゆるファンカートリッジとして、設計することができ、このファンデバイスには、その空気流が実質的にインダクタンスデバイスに対して向けられた少なくとも１つの回転ファンが設けられる。特に有利な態様においては、ファンカートリッジは、理想的には、開放的なものとして設計することができ、これにより、インダクタンスデバイスの熱を放散する空気流を、できる限り最も妨害されない態様で流れさせることができる。よって、ファンカートリッジは、好ましくは、冷却体の背面の全体を覆うべきではなく、好ましくは、実質的にインダクタンスデバイスの領域のみを覆っているべきである。加えて、冷却体の上面は、有利には、この場合に流出する空気が妨害されることなく冷却体から流れ出ることができるように、設計されるべきである。よって、本発明の特に好ましい実施形態においては、冷却体は、理想的には、冷却体の上面のところにカバーを有するべきではない。

最後に、本発明における、それ自体が有利であることが判明している展開は、溶接電源には、溶接電流源のハウジングの外面上に配置された２つ以上の冷却体が設けられ、これらの冷却体の各々が、少なくとも１つのインダクタンスデバイスを有するとともに、上述した様々な態様のいずれかに従って設計され得る、という構成を提供する。

本発明の追加的な好ましい設計は、特許請求の範囲、説明、及び図面から出現する。

本発明は、図において純粋に概略的に示される実施形態によって、より詳細に説明される。

図１は、アーク溶接プロセスのための本発明による溶接電流源の斜視図を示し、溶接電流源の２つの電極コンタクトデバイスに対して接続された溶接電流ケーブルを有している。 図２は、ファンカートリッジが取り外された状態で、背面側から見た図１の溶接電流源の斜視図を示す。 図３は、ファンカートリッジが取り付けられた状態で、背面側から見た図１の溶接電流源の他の斜視図を示す。 図４は、ファンカートリッジ及びインダクタンスデバイスを断面図で図示した態様で、図１の溶接電流源の側面図を示す。 図５は、図１の溶接電流源の分解図を示す。

図１は、不図示のアーク溶接トーチを使用したアーク溶接プロセスを実行するために電流及び電圧を提供する溶接電流源を示している。加えて、溶接電流源１は、操作パネル２を有した制御デバイスを含み、操作パネル２を使用することにより、実行されるべき各アーク溶接プロセスのパラメータを調整し得るとともに、溶接プロセスを制御することができる。この場合、溶接電流源１を使用して、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接、また、ＷＩＧ溶接、プラズマ溶接、電極溶接、及び、他のすべてのアーク溶接プロセス、あるいは、大電流応用、を実行することができる。本発明の他の可能な実施形態においては、溶接電流源１を使用して、また、他のアーク溶接及び切断手順を実行することもできる。

溶接電流源１のハウジング４から突出しているものは、２つの電極コンタクトデバイス５、６であり、これら２つの電極コンタクトデバイス５、６は、溶接電流ケーブル３をそれぞれ接続するために設けられている。図１から理解されるように、ハウジング４の上側部分４ａは、下側ハウジング部分４ｂのＴ字形状の狭い前方部分１３０に対して、ハウジングの両側部において突出している。下側ハウジング部分４ｂのＴ字形状の後方の幅広部分１３１に関し、上側ハウジング部分４ａは、下側ハウジング部分４ｂの後方の幅広部分１３１の幅に対して少なくともほぼ対応する幅を有している。この設計により、ハウジング４の両側部上には、上側ハウジング部分４ａの領域がもたらされ、上側ハウジング部分４ａの突出部分の下面７は、ハウジングカバーによってこの場合にはハウジングプレートによって覆われているとともに、自由にアクセス可能とされている。上側ハウジング部分４ａの下面７のこれらの２つの領域は、長方形であり、アクセスに関しては、ハウジング４の前方から及び片側から、自由にアクセスすることができる。上側ハウジング部分４ａの下面７のこれら２つの領域は、下側ハウジング部分がなすＴ字形状の狭い部分によって、互いに離間されている。上側ハウジング部分４ａの下面７の２つの領域のそれぞれのところにおいては、各場合において、電極コンタクトデバイス５、６のうちの一方だけがこれらの２つの領域のそれぞれに配置されているようにして、２つの電極コンタクトデバイス５、６のうちのいずれか一方が配置されている。よって、上側ハウジング部分４ａの下面７のところにおいては、２つの電極コンタクトデバイス５、６は、本発明による好ましい溶接電源１のハウジング４から、突出している。溶接電流源のハウジング４は、ハウジングを基体上に設置することを可能とする２部材型設置部材９上に配置されている。

図２に示すように、箱形状の及び直方体形状の冷却体１１が、ハウジング４の背面１０上に配置されている。冷却体１１は、実質的にハウジング４の高さ全体にわたって延びているとともに、交差部材１４、１５によって互いに連結された少なくとも実質的に鉛直方向をなす２つの側壁１２、１３を有している。複数の冷却リブ１６が、側壁どうしの間に配置されている。冷却リブ１６は、側壁１２、１３に対して平行な向きとされ、このため、冷却リブも、また、ハウジング背面壁２１に対して少なくとも実質的に垂直である。冷却リブの向きは、本来的に自己調整する熱対流に対して、あるいは、加熱された空気の流れ方向に対して、対応する。これにより、実質的に等しい長さの冷却リブ１６の長さは、側壁１２、１３の長さに対応している。冷却体１１は、背面壁１８によって、ハウジングのハウジング背面壁２１に向けて閉塞される。

図５の分解図から、溶接電流源１のハウジング４の背面１０には、長方形の凹所２２を有したハウジング背面壁２１が設けられていることを、推測することができる。よって、凹所２２の形状及びサイズは、冷却体１１の形状に対して実質的に対応する。例えば、フレーム２３及びネジ接続により、冷却体１１を、ハウジング４の背面壁２１に対して取り付けることができる。ハウジング背面壁２１の凹所２２は、冷却体１１の、図６に示す背面壁１８によって、完全に閉塞されることができる。

冷却体のほぼ中央では、この領域に配置されたアルミニウム製冷却リブ１６には、細長い長方形の凹所２５が設けられており、これは、例えばフライス溝によって実現することができる。凹所２５内には、凹所２５の細長い直方体形状にほぼ対応するインダクタンスデバイス２６が配置されている。このインダクタンスデバイス２６は、少なくとも１つの変圧器と、場合によっては１つ又は複数の他のインダクタと、を含む。少なくとも１つの変圧器は、より良好な熱放散のためにプラスチック化合物によって封入されている。このようにして得られたインダクタンスデバイス２６がなすの直方体形状のブロックは、冷却リブの凹所２５内に挿入され、背面壁１８に対して取り付けられる。インダクタンスデバイス２６の電気配線２７は、背面壁１８を貫通した１つ又は複数の貫通凹所を通して延び、ハウジング内部の不図示の電子部品に対して、電気的に接続される。よって、インダクタンスデバイスは、背面壁１８の、この目的のために設けられた、貫通凹所のすべてを覆っている。ハウジングの内部においては、熱を放出する電子部品を、背面壁１８上に配置することができる。これにより、それらの熱出力損失を、背面壁１８を介して、ハウジングの外側に配置された冷却リブに対して直接的に供給することができ、そして、環境に対して放散することができる。

任意選択的に、本発明による図示された好ましい実施形態においては、ファンカートリッジ２９として設計されたファンデバイスを、インダクタンスデバイス上に配置することができる。ファンデバイスには、１つ又は複数の電気駆動ファンを設けることができ、ファンカートリッジ２９の少なくとも１つのファンによって生成された空気流は、インダクタンスデバイス２６上へと、及び、この領域に配置された冷却リブ上へと、実質的に垂直に向けられる。ファンカートリッジ２９は、冷却リブの一部のみを覆っている。ファンデバイス上には、あるいは、カートリッジ２９上には、保護案内板として機能するカバー３０を配置することができ、このカバーを使用することにより、インダクタンスデバイス２６のうちの、ファンデバイスを超えて突出している部分を覆うことができる。特にカバー３０の上端においては、カバー３０は、インダクタンスデバイスに対して隙間を有して配置することができ、これに対し、カバー３０は、その両側部においては、インダクタンスデバイスに向けて折り曲げられている。これにより、カバー３０は、また、上向きの流路を形成するという機能をも有することができ、この上向きの流路により、インダクタンスデバイスによって加熱された空気は、上向きに流れていくことができる。

１ 溶接電流源
２ 操作パネル
３ 溶接電流ケーブル
４ａ 上側ハウジング部分
４ｂ 下側ハウジング部分
５ 電極コンタクトデバイス
６ 電極コンタクトデバイス
７ 下面
９ 設置部材
１０ 背面
１１ 冷却体
１２ 側壁
１３ 側壁
１４ 交差部材
１５ 交差部材
１６ 冷却リブ
１８ 冷却体の背面壁
２１ ハウジング背面壁
２２ 凹所
２３ フレーム
２５ 凹所
２６ インダクタンスデバイス
２７ 電気配線
２９ ファンカートリッジ
３０ カバー

Claims (11)

1. 電気溶接プロセスを実行するために電気溶接電流回路に対して電流及び電圧を供給するための溶接電流源であって、
   前記溶接電流源には、電気溶接プロセスに対する適合性のために、前記溶接電流源によって供給される電流を調整するための電流調整デバイスが設けられ、さらに、前記溶接電流源のハウジング上には、それぞれ前記ハウジングから突出した２つの電極コンタクトデバイスが設けられ、前記溶接電流源には、前記溶接電流源によって放出される熱損失を放散させ得る冷却デバイスが設けられ、
   少なくとも１つの変圧器と任意の他のインダクタとを有したインダクタンスデバイスが、冷却デバイスとしての冷却体に配置され、前記冷却体と前記インダクタンスデバイスとは、前記溶接電流源の前記ハウジングのハウジング外面上に配置されていることを特徴とする、溶接電流源。
2. 前記冷却デバイスは、ハウジング背面壁の外面上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の溶接電流源。
3. 前記冷却デバイス上には、前記冷却デバイスのうちの、前記ハウジング外面とは反対側の面上に、ファンデバイスが配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の溶接電流源。
4. 前記インダクタンスデバイスには、少なくとも１つの変圧器と少なくとも１つの追加的インダクタとが設けられ、前記インダクタンスデバイスは、前記冷却デバイスをなす前記冷却体の内部に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接電流源。
5. 前記冷却デバイスには、冷却リブが設けられ、好ましくは、少なくとも実質的に鉛直方向を向くとともに互いに離間した態様で配置された複数の冷却リブが設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接電流源。
6. 前記インダクタンスデバイスに対して、カバーが配置されている、好ましくは、電流ガイドプレートが配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶接電流源。
7. 前記少なくとも１つのインダクタは、特に変圧器は、プラスチック化合物内に入れられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の溶接電流源。
8. 前記冷却デバイスには、背面壁が設けられ、この背面壁によって、ハウジング背面壁の凹所が閉塞されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶接電流源。
9. 前記溶接電流源の電子部品は、前記背面壁のうちの、前記ハウジング側の内面上に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の溶接電流源。
10. 前記背面壁の少なくとも１つの凹所を特徴とし、前記少なくとも１つの凹所を通して、前記インダクタンスデバイスの少なくとも１つの電気配線が、前記溶接電流源の前記ハウジングの内部へと延びている、請求項８又は９に記載の溶接電流源。
11. 前記溶接電流源の１つ又は複数のハウジング外面上に配置された複数の冷却体を特徴とし、前記複数の冷却体の各々には、それぞれインダクタンスデバイスが設けられ、各インダクタンスデバイスは、少なくとも１つの変圧器を有している、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の溶接電流源。

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