JP4718469B2 - 溶接ワイヤ用バッファ装置および溶接設備 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ワイヤ用のバッファ装置に関し、ワイヤバッファ、特に、ワイヤバッファ蓄積部は、溶接装置に設けられたワイヤ供給器または外部のワイヤ供給手段と、好ましくは溶接トーチの領域または溶接トーチの内部に配置された別のワイヤ供給器との間に配置され、溶接ワイヤは、２つのワイヤ供給器の間をワイヤコアの中で案内される。

本発明はまた、溶接装置と、ホースパッケージと、溶接トーチとを含み、ホースパッケージは、溶接トーチを溶接装置に接続するものであり、さらにワイヤバッファ蓄積部として設計され、２つのワイヤ供給器の間に配置された装置を含む溶接設備(plant)に関する。

最も新しい溶接技術は、溶接ワイヤは一定の速度で一方向のみで搬送されず、点火時及び／又は溶接プロセスの際に前方移動および後方移動あるいは異なる搬送速度が適用されるものであり、ワイヤ搬送が重要視される。溶接ワイヤの異なるワイヤ速度及び／又は搬送方向のために、現行のワイヤ搬送システムは、溶接ワイヤ搬送の応答動きがとても緩慢であるという問題を有しており、これにより最適な溶接結果の達成を阻害している。溶接ワイヤは、例えば、走行方向の逆方向、即ち、前方移動から後方移動へホースパッケージ全体に渡って押し戻す必要があり、これにより溶接ワイヤおよびワイヤ前進の緩みに起因して極めて緩慢な応答動きが生ずる。

異なる速度及び／又は異なる搬送方向がこうした溶接ワイヤ搬送に適用すると、多くの場合、通常２つのワイヤ供給器のうちの１つだけが方向の逆転を行うことから、ワイヤバッファまたはワイヤパッファ(puffer)蓄積部が、余分な溶接ワイヤを集めるために使用される。

例えば、ドイツ特許公報ＤＥ１９７３８７８５Ｃ２では、消耗電極を用いたアーク溶接のための装置が知られており、溶接ワイヤは、供給ドラムから２つのワイヤ供給器を経由して溶接箇所へ供給される。そこには、短絡溶接プロセスが記述され、滴(droplet)形成の完了前に溶接ワイヤ搬送が、滴移送支持(droplet-transfer-supporting)の動きを行う。このことは、短絡の発生時に溶接ワイヤがワイヤ供給器によって引き戻されて、所定の距離に到達すると再び前方へ移動して、溶接ワイヤがワイヤバッファに移送される。しかしながら、ワイヤバッファの構成はこの文献から理解できない。

ドイツ特許公報ＤＥ３８２７５０８Ａ１では、移送装置が知られており、これにより溶接ワイヤは、望ましくない力が導入された場合でも一定の力で搬送され、張力および圧縮応力を回避している。溶接ワイヤは、プッシャ(pusher)ドライブ間で、溶接装置またはワイヤ供給器の内部に配置された回避部および湾曲ホースを経由して案内され、牽引ドライブは、好ましくは、溶接トーチの領域または溶接トーチ本体の内部に配置される。ホースの緊張は、スプリングによって支持される。回避部は、溶接ワイヤに圧縮または伸張の応力が発生すると回避部の回避経路を測定する制御機構と、第１のドライブの速度安定化による補償のための制御システムに接続されている。こうして溶接ワイヤが、第１のドライブによって供給ドラムから巻き解かれ、ホースまたは筒状のワイヤコアに導入される。筒状ワイヤコアは、露出して配置され、ワイヤバッファ蓄積部をループ形状に形成して、ループを有する露出領域がその露出領域内で変形可能である。これにより、ループが拡大または減少して、より多くの又はより少ない溶接ワイヤの取り込みが可能になる。その後、ホースまたは筒状ワイヤコアは、ホースパッケージの中に導入され、好ましくは溶接トーチの領域または溶接トーチ本体の内部に配置された別の牽引ドライブ付近まで延びている。

他のワイヤパッファ構成は、ドイツ特許公報ＤＥ４３２０４０５Ｃ２から知られており、溶接ワイヤのスリップ無し搬送のための装置を記述している。そこには、ワイヤバッファ蓄積部またはワイヤバッファが、２つのワイヤ供給器の間に再び形成されており、溶接ワイヤは、ホースパッケージ内に導入される前に、完全なワイヤループを形成する。ワイヤバッファ蓄積部は、相互の距離が溶接ワイヤの直径より大きい２つの離間したプレートの間でループによって形成されている。溶接ワイヤのループ直径を検出するセンサが、ワイヤバッファ内に存在する溶接ワイヤ量を監視するために配置されている。

別種のワイヤバッファ蓄積部は、溶接ワイヤの偏向(deflection)が偏向プーリによって実現されるもので、ドイツ特許公報ＤＥ１０１００１６４Ａ１で知られている。そこでは、ワイヤバッファ蓄積部が、供給ドラムとワイヤ供給器との間に配置され、溶接ワイヤがワイヤ供給器に追従して、ホースパッケージとともに、別のワイヤ供給器または溶接トーチ付近まで延びている筒状ワイヤコアの中に再び導入される。

上述したシステムは、この種のワイヤバッファまたはワイヤバッファ蓄積部のために膨大なスペースが必要になるという不具合があり、溶接装置またはワイヤ供給器の領域だけ、あるいは別個の装置としてしか有効な応用が可能でない。溶接ワイヤは、ワイヤバッファからホースパッケージ全体を通して溶接トーチへ搬送することが必要であり、これにより摩擦損失を生じさせ、ワイヤ搬送の応答動きを改善するのが困難になる。こうしてワイヤ搬送の摩擦損失および多大な緩慢さが生ずる。その理由は、公知のワイヤ搬送手段では、溶接ワイヤが、ガイドチューブの中、好ましくは、ホースパッケージの中に挿入された筒状ワイヤコアの中を走行し、ガイドチューブの内径はワイヤコアの外径より僅かだけ大きいからである。これにより正確なワイヤコアの案内が確保され、さらに溶接ワイヤは、例えば、搬送方向の逆転で、ワイヤコア、即ち、ホースパッケージの全長に渡ってワイヤバッファ蓄積部へ押し戻すことが必要になる。

従って、本発明は、極めて簡単かつコンパクトな方法で構成される、溶接ワイヤ用のバッファ装置を提供することを目的としている。他の目的は、ワイヤ電極が、実質的に溶接トーチ領域に配置されたワイヤ供給器に対して強制力無しで利用可能になる点にある。本発明の更なる目的は、ワイヤ搬送の動的振舞いを改善する点にある。

本発明の他の目的は、上述した種類の溶接設備を提供する点であり、これは可能な限り簡単でコンパクトな構造を備え、これにより溶接ワイヤ搬送の動的振舞いが向上する。

本発明の目的は、以下の構成によって達成される。ワイヤバッファ蓄積部は、ワイヤコアが一端に取付け又は固定され、他端が自由に移動できるように設計されており、さらにワイヤコアは、溶接ワイヤと共に少なくとも部分的な領域に渡って、ワイヤコアの断面または外径より大きな断面または内径を有するワイヤガイドホースの内部で自由に移動できるように配置されており、さらにワイヤバッファ蓄積部の蓄積体積は、より大きなワイヤガイドホースの断面および長さによって規定される。さらに、ワイヤガイドホースは、ホースパッケージの内部で螺旋形状に延びている。

好都合な手法において、ワイヤコアは、実質的により大きなワイヤガイドホース内部において自由に移動可能、いわゆる回避可能であり、これにより、例えば後方搬送時に余分な溶接ワイヤを取り出し可能であることから、ワイヤガイドホースはワイヤバッファ蓄積部として機能するようになる。こうして溶接ワイヤをワイヤコア全体に渡って押し戻す必要が無く、溶接ワイヤおよび溶接コアは、余分な溶接ワイヤが補償のために取り出し可能であるように、ワイヤガイドホース内で自由に移動可能である。これにより、溶接ワイヤの後方移動時に溶接トーチ領域でのワイヤ供給器によって、ワイヤコアを経由しワイヤバッファ蓄積部において溶接ワイヤの変位が生じなくなるが、ワイヤコアは、ワイヤガイドホース内で直接に変形し、よって余分なワイヤはこうした変形によって取り出される。一方、先行技術における溶接ワイヤは、最初に、ワイヤコアを経由してホースパッケージ内で押し戻されることになる。ワイヤコアの変形がワイヤコアの露出領域で生じ、余分なワイヤが取り出されることになる前に、ワイヤコアの回避無しまたは最小限の回避がワイヤガイドホース内で実現できるためである。他の極めて本質的な利点は、ワイヤバッファ蓄積部が、別のワイヤ供給器の領域、または溶接トーチ、即ち、ワイヤ供給器の後方に直接に配置され、溶接ワイヤがホースパッケージに渡って押し戻されなくなる点にある。これにより溶接ワイヤの搬送方向の変化の際の応答動きが実質的に改善され、極めて迅速な方向転換が可能になる。ワイヤコアは、溶接ワイヤとともにワイヤバッファ蓄積部において移動可能であり、溶接ワイヤの後方搬送の際に、ワイヤコア内での移動、特に後方移動が生じないことから、摩擦損失もまた大幅に最小化される。他の利点は、ワイヤバッファ蓄積部が溶接トーチの後方に直接に形成されることにより、ワイヤ供給器および駆動モータは、ワイヤ輸送の際の摩擦力を克服する必要がないため、極めて小さい寸法にすることができ、極めて小型で軽量なモータが使用可能であり、溶接トーチおよび溶接トーチでの駆動素子の構造サイズを最小化できる。こうして自動溶接設備でのアクセス性が実質的に向上する。

一方、請求項２と３に係る構成もまた、拡大したワイヤガイドホース内でワイヤコアの回避が可能になるため、有利である。ワイヤバッファは、拡大したワイヤガイドホースの長さに渡って簡単な手法で実現することが都合よく確保され、小さな空間寸法を有する極めて大きなワイヤバッファ蓄積部を提供する。

請求項４〜６に係る構成もまた、ホースパッケージを単に交換することによって、既存の設備においてこのタイプのワイヤバッファ蓄積部の後からの設置が可能になるため、有利である。先行技術の設備の場合と同様に、既存の設備においてワイヤバッファ蓄積部を形成することが、変更無しまたは追加の器具で実現する。

請求項７〜９に係る構成は、好都合な手法で、ワイヤ搬送をホースパッケージから独立させることができ、ワイヤバッファ蓄積部はワイヤガイドホースによって再び形成される。

請求項５〜９に係る構成の他の利点は、ワイヤガイドホースの特別な配置、即ち、螺旋形状（スパイラル状）の配置により、ワイヤガイドホースの長さが、ワイヤバッファ含有量、即ち、余分な溶接ワイヤの受け入れのための蓄積体積が実質的に拡大するように、拡大する点にある。

請求項１０に係る構成は、ワイヤバッファの充填レベルまたはワイヤバッファに蓄積される溶接ワイヤ量の評価が容易に可能になるため、有利である。

請求項１１〜１４の１つ又は幾つかに係る構成はまた、ワイヤガイドホースの極めて迅速な交換を可能にし、溶接が行われない設備の中断時間を極めて短く維持できる点で、有利である。

本発明の目的は、上述した種類の溶接設備によって達成され、ワイヤバッファ蓄積部として設計された装置が、ホースパッケージの中またはその周りに形成されている。この点について、溶接プロセスの際、異なるワイヤ輸送速度または前方／後方移動の溶接ワイヤの搬送の際に、極めて高い動的特性が達成されるという利点がある。

本発明は、ワイヤバッファ蓄積部の例示的な実施形態を記載した添付図面によって、より詳細に説明する。

図１は、例えば、ＭＩＧ（金属−不活性ガス）／ＭＡＧ（金属−活性ガス）溶接やＷＩＧ／ＴＩＧ（タングステン−不活性ガス）溶接、電極溶接方法、ダブルワイヤ／タンデム溶接方法、プラズマあるいはソルダリング(soldering)方法など、種々の溶接プロセスや溶接方法のための溶接装置１または溶接設備を示す。

溶接装置１は、パワー素子３を含む電源２と、制御装置４と、パワー素子３および制御装置４にそれぞれ関連したスイッチ部材５とを備える。スイッチ部材５および制御装置４は、ガス貯蔵器９と溶接トーチ１０またはトーチの間において、ガス８、特に、例えば、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴンなどの保護ガス用の供給ライン７に配置された制御バルブ６に接続される。

さらに、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接で通常用いられるワイヤ供給器１１は、制御装置４によって活性化可能である。追加の材料または溶接ワイヤ１３は、供給ドラム１４またはワイヤロールから、供給ライン１２を介して溶接トーチ１０の領域に送り込まれる。当然ながら、特に、先行技術から知られているような基本ハウジングについて、図１で示すように付属装置として設計する以外にも、ワイヤ供給器１１は溶接装置１と一体化することが可能である。

ワイヤ供給器１１は、溶接ワイヤ１３または追加の材料を溶接トーチ１０の外側でプロセス箇所へ供給することが可能であり、その端部には、好ましくは、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接で通常用いられるように、無消耗電極が溶接トーチ１０の内部に配置される。

電気アーク１５、特に、消耗電極とワーク品１６の間で溶接するための電気アークを立ち上げるための電力は、電源２のパワー素子３から溶接トーチ１０へ、特に、溶接ライン１７を介して電極へ供給される。幾つかの部品から成る溶接されるワーク品１６も同様に、溶接装置１、特に、別の溶接ライン１８を介して電源２に接続され、プロセス用の電源回路が電気アーク１５または形成されるプラズマジェットを立ち上げるのを可能にする。

溶接トーチ１０の冷却のために、溶接トーチ１０は、介在したフロー制御２０を経由して冷却回路１９によって流体貯蔵器２１、特に、水貯蔵器２１と接続可能である。これにより、溶接トーチ１０が動作に入ると、冷却回路１９、特に、水貯蔵器２１に貯蔵された流体のために用いられる流体ポンプが始動して、溶接トーチ１０の冷却を行う。

溶接装置１は、さらに、入力及び／又は出力装置２２を備えており、これによって溶接装置１の別々の溶接パラメータ、動作モードまたは溶接プログラムの設定と呼び出しが可能である。これにより入力及び／又は出力装置２２によって設定された溶接パラメータ、動作モードまたは溶接プログラムが制御装置４に送信され、続いて、溶接設備または溶接装置１の個別の構成部品を活性化することになる。

さらに、図示した例示的な実施形態での溶接トーチ１０は、ホースパッケージ２３を介して溶接装置１または溶接設備と接続される。ホースパッケージ２３は、溶接装置１から溶接トーチ１０への個別のラインを収納している。ホースパッケージ２３は、カップリング装置２４を介して溶接トーチ１０と接続され、一方、ホースパッケージ２３内に配置された個別のラインは、接続ソケットまたはプラグイン接続を介して溶接装置１の個別のコンタクトと接続されている。ホースパッケージ２３の適切なストレス軽減を確保するため、ホースパッケージ２３は、ハウジング２６、特に、ストレス軽減手段２５を介して溶接装置１の基本ハウジングと接続される。当然ながら、溶接装置１の接続のためにもカップリング装置２４を使用することが可能である。

基本的には、上述した構成部品の全てを、例えば、ＷＩＧ装置やＭＩＧ／ＭＡＧ装置、プラズマ装置など、各種の溶接方法または溶接装置１で使用または採用する必要がないことに留意する。例えば、溶接トーチ１０を空冷の溶接トーチ１０として設計することが可能である。

図２は、先行技術のホースパッケージ２３の部分断面を概略的に示す。ここで、溶接プロセスに必要なライン、例えば、電力ラインまたは電極ケーブル１７ａ、液体冷却の溶接トーチ１０のための冷却ダクト２８、１つ又は幾つかの制御ライン２９は、保護ジャケット２７の中に配置されている。

溶接プロセスに必要な溶接ワイヤ１３は、ワイヤコア３０の中に導入することによって、溶接装置１またはホースパッケージ２３を介してワイヤ供給器１１から運搬される。溶接ワイヤ１３の通り抜けに先行して、ワイヤコア３０は、ホースパッケージ２３内に配置されたワイヤガイドホース３１の中に挿入される。ワイヤガイドホース３１は、ワイヤコア３０の外径より僅かだけ大きい内径３２を有する。このことは、ワイヤコア３０が、正確に案内され、異なる溶接ワイヤ直径についても容易に交換可能であるという利点をもたらす。これは、溶接設備で異なる直径３４を有する別々の溶接ワイヤ１３が使用されるために必要なことであり、ワイヤコア３０の簡単な交換によって、任意の所望の溶接ワイヤ１３をそれぞれ整合するワイヤコア３０とともに使用することを実現可能にし、こうして溶接ワイヤ１３の直径３４に対するワイヤコア３０の最適な適合が可能になる。このようにして、溶接ワイヤ１３の最も異なる直径３４に対するワイヤコア３０の外径３３が略同一になって、ワイヤコア３０の溶接ワイヤの案内は、可能な限り大きく自由に動くことが確保される。

図３〜図１２は、溶接ワイヤ１３のためのバッファ装置、即ち、ワイヤバッファまたはワイヤバッファ蓄積部３５の形成について例示的な実施形態を示す。しかしながら、本発明に係る手法は、図示した例示的な実施形態に限定されるものでない。

本発明に係る手法に本質的なことは、ワイヤバッファ蓄積部３５が、溶接装置１に設けられたワイヤ供給器３６あるいは外部のワイヤ供給手段１１と、好ましくは溶接トーチ１０の領域または溶接トーチ１０自体の内部に位置決めされた別のワイヤ供給器３７との間に配置されている点であり、溶接ワイヤ１３は、好ましくは、２つのワイヤ供給器３６，３７の間でワイヤコア３０の中で案内される。ワイヤバッファ蓄積部３５は、ワイヤコア３０が、ワイヤコア３０の断面または外径３３より実質的に大きな断面３９または内径を有するワイヤガイドホース３８の内部において少なくとも部分領域に渡って、溶接ワイヤ１３とともに配置されるように、設計される。ワイヤバッファ蓄積部３５の蓄積体積は、実質的に大きなワイヤガイドホース３８の断面３９および長さによって規定される。

図２に示した先行技術によれば、ワイヤガイドホース３１は、ワイヤコア３０の外径３３より僅かだけ大きくなるように設計される。これに対して、本発明に係る手法でのワイヤガイドホース３８の内径または断面３９は、例えば、図３に従って、ワイヤコア３０の外径３３または断面より少なくとも１．５倍大きい。ワイヤコア３０は、ワイヤガイドホース３８の内部で自由に移動可能なように配置される。さらに、ワイヤガイドホース３８は、ホースパッケージ２３内で螺旋形状またはスパイラル形状のようにして延びることができるが、図２に係る先行技術のワイヤガイドホース３１は、ホースパッケージ２３内で実質的に直線的に延びている。同様に、実質的により大きなワイヤガイドホース３８をホースパッケージ２３内で直線的に配置することも可能であることは言うまでもない。ワイヤガイドホース３８の螺旋形状またはスパイラル形状の伸長の利点は、ワイヤコア３０が少し湾曲して、例えばスプリングのように、ワイヤコア３０の変形を助長する点にある。

ワイヤガイドホース３８は、図４に概略的に示すように、ホースパッケージ２３の外側に配置することも可能である。その場合、ワイヤガイドホース３８は、好ましくは、ホースパッケージ２３の周囲に螺旋形状またはスパイラル形状のようにして延びている。さらに、ワイヤガイドホース３８は、例えば、同様に、ホースパッケージ２３の外側に配置された、溶接システムのキャリア材料またはいずれか所望のラインの周りで螺旋状またはスパイラル状に延びるようにして、ホースパッケージ２３から独立して配置することが可能である。

ワイヤガイドホース３８の螺旋形状の配置により、ホースパッケージ２３の２つの端部間のワイヤガイドホース３８の長さは、ホースパッケージ２３の内部に配置された他のラインに対して相対的に延びることが都合良く確保され、ワイヤガイドホース３８の断面３９によって規定されるバッファ体積、即ち、ワイヤガイドホース３８の外径および内径における螺旋ラインの長さの差から起因するバッファ体積を提供する。ホースパッケージ２３内で通常はほぼ直線的に配置される他のラインは、好ましくは、螺旋状またはスパイラル状に延びるワイヤガイドホース３８の内部に配置される。当然ながら、他のラインがホースパッケージ２３内で螺旋状に延び過ぎて、即ち、ワイヤガイドホース３８が他のラインとともに捩れることも可能である。

本発明に係るバッファ装置、即ち、ワイヤバッファ蓄積部３５の機能的原理は、図５と図６に示している。そこでは、ワイヤバッファ蓄積部３５が、２つのワイヤ供給器３６，３７の間に延びている。ワイヤコア３０は、一端に、好ましくは、溶接装置１または外部のワイヤ供給手段１１の領域において取付け又は固定され、そこで溶接ワイヤ１３がワイヤコイルからワイヤコア３０の中に導入される。一方、ワイヤコア３０の他端は、自由に移動可能であり、好ましくは、溶接トーチ１０の領域で終端している。こうしてワイヤコア３０は、ワイヤガイドホース３８の内部で自由に移動可能になる。同時に、ワイヤコア３０の自由端は、ワイヤガイドホース３８の内部でワイヤコア３０の曲率状態の関数、即ち、蓄積状態の関数として、長手方向の移動を行うことが可能である。

ワイヤガイドホース３８の好ましい螺旋形状の構成は、ワイヤコア３０が螺旋状に延びることも確保し、これにより溶接ワイヤ１３、故に、ワイヤコア３０に関して所定の半径４０を提供する。半径４０、即ち、ワイヤガイドホース３８内でのワイヤコア３０の位置を変化させることによって、ワイヤバッファ蓄積部３５が形成される。図５においてバッファ装置はその最小限の蓄積体積とともに概略的に示されており、図６においてバッファ装置はその最大限の蓄積体積とともに概略的に示されている。これにより、ワイヤコア３０は、最小の蓄積体積のとき、ワイヤガイドホース３８の内面４１に置かれて、非常に大きな半径４０が形成され、一方、ワイヤコア３０は、最大の蓄積体積のとき、ワイヤガイドホース３８の外面４２に横たわるようになり、ワイヤコア３０のより小さな半径４０が形成されることが判る。さらに、異なる蓄積状態に起因して、ワイヤコア３０の自由端の長さ４３の変化によって示されるように、ワイヤコア３０の移動、特に、長手方向の移動が行われることが判る。

このタイプのワイヤバッファ蓄積部３５の構成は、ワイヤコア３０の半径４０を異なるワイヤ速度または搬送方向で変化させることによって、溶接ワイヤ１３、特に、溶接ワイヤ１３の余分な長さをワイヤバッファ蓄積部３５に集めることが可能になり、先行技術から知られるようにホースパッケージ１３の全体に渡って押し戻す必要があるのとは異なっている。本発明に係る手法では、基本的に言うと、ワイヤガイドホース３８の構成、即ち、その長さおよび断面３９の関数として、溶接ワイヤ１３にとって異なる蓄積体積が設けられることになり、このことはワイヤバッファ蓄積部３５が余分な溶接ワイヤ１３の過不足を収納できることを意味する。これにより、必要な蓄積体積の適合は、ワイヤガイドホース３８またはホースパッケージ２３をそれぞれ変えることによって実施できる。

このタイプのワイヤバッファ蓄積部３５を用いて最適な溶接ワイヤ搬送を実現するために、ワイヤバッファ蓄積部３５の充填レベルまたは蓄積状態を検出するための手段が設けられ、この検出手段は、ワイヤコア３０の長手方向の移動を検出または判断するものであり、ここからワイヤバッファ蓄積部３５の充填状態を決定することができる。これは、例えば、ワイヤコア３０の自由端を、駆動アーム４４を介してポテンシオメータ４５またはインクリメンタルセンサに連結することによって簡単に実施でき、ワイヤバッファ蓄積部３５の充填レベルは、図５と図６に概略的に示すように、制御装置４によって、ワイヤコア３０の長手方向の変化４３から決定することができる。図１３と図１４を用いて後述するように、充填レベルを検出するための別のセンサを使用することも可能である。

こうしたワイヤバッファ蓄積部３５の長手方向の設計の本質的な利点は、ワイヤバッファ蓄積部３５が、溶接トーチ１０の後方に直接に配置されている点にあり、溶接ワイヤ搬送の際、追加の摩擦損失をほとんど生じさせない。他の利点は、ワイヤバッファ蓄積部３５は、ホースパッケージ２３内に直接に一体化したり、又はホースパッケージ２３の周囲に配置したりできる点であり、これにより既存の設備に対して、こうしたワイヤバッファ蓄積部３５を装着したり、後で設置することができる。ロボット応用のための取り扱いについても、バッファ装置の長手方向の配向によって大きな影響を受けないであろう。

図７〜図１２に係る概略的に示した他の溶接システムは、別個に構成された溶接設備におけるバッファ装置、即ち、ワイヤバッファ蓄積部３５の応用を説明するものである。溶接設備は、単に機能ブロックの形態で概略的に表示している。

基本的には、ワイヤバッファ蓄積部３５は、もし設けたとしても、非動作状態、即ち、使用者が何らかの措置を取る必要がない場合はワイヤバッファ蓄積部３５の機能が動作しないように搭載してもよいことに留意すべきである。こうして余分な溶接ワイヤ１３の蓄積を必要としない標準の溶接プロセスが同様に実行できる。この場合、ワイヤコア３０は、例えば、溶接ワイヤ１３の前方搬送だけでワイヤ供給手段３６，３７の制御の関数として、最小または最大の状態に調整するようになり、通常の溶接プロセスの実現が可能になる。

図７は、供給ドラム１４またはワイヤコイルと第１ワイヤ供給器３６が配置された溶接装置１を備えた溶接設備を示し、一体化したワイヤバッファ蓄積部３５を持つホースパッケージ２３と、別のワイヤ供給器３７と、溶接トーチ１０とを備える。溶接装置１に配置されたワイヤ供給器３６は、供給ドラム１４から溶接ワイヤ１３を引いて、ワイヤコア３０（不図示）を介して別のワイヤ供給器３７へ搬送し、そこから溶接トーチ１０を介して溶接プロセスへ送られる。

この場合、第１ワイヤ供給器３６、即ち、溶接装置の内部に収容されたものは、いわゆるマスタードライブ（主駆動）として動作し、別のワイヤ供給器３７は、いわゆるスレーブドライブ（補助駆動）として動作する。スレーブドライブは、僅かに高い速度で動作し、直線ラインで概略的に示すように、溶接ワイヤ１３をホースパッケージ２３内、即ち、ワイヤバッファ蓄積部３５の内部で引張り応力となるように維持する。この応用の場合は、ワイヤバッファ蓄積部３５の蓄積体積は、ほぼ常時、最小限の位置にあり（図５を参照）、ワイヤバッファ蓄積部３５は非動作状態である。

こうした制御の利点は、マスタードライブは常に一定の速度で動作するため、２つのワイヤ供給手段３６，３７の極めて簡単な制御の取得にある。例えば、もしスレーブドライブの速度が一時的に減少したり、スレーブドライブで駆動ローラの滑りが生じたとしても、スレーブドライブによって搬送される溶接ワイヤ１３の短時間の余分は、ワイヤバッファ蓄積部３５によって取り込まれることになるため、マスタードライブは何も制御する必要がない。

図８に係る応用では、溶接装置１の内部に配置されたワイヤ供給器３６は、スレーブドライブとして使用され、溶接トーチ１０の領域または溶接トーチ１０の中に配置されたワイヤ供給器３７は、マスタードライブとして使用される。スレーブドライブ、即ち、溶接装置１に設けられたワイヤ供給器３６は、好ましくはトルク制御方式で、供給ドラム１４から溶接ワイヤ１３を引く。マスタードライブ、即ち、溶接トーチ１０の領域に配置されたワイヤ供給器３７は、同時に、速度制御方式でワイヤバッファ蓄積部３５内の波の形成を取り除いて、このことはワイヤバッファ蓄積部３５がほぼ常に最大限に充填されることを意味する。

こうした応用の利点は、溶接ワイヤ１３の長さが、ホースパッケージ２３（ボーデン(Bowden)引っ張り効果）の捩れによって、ワイヤバッファ蓄積部３５によって補償される点にある。

図９は、ダイナミックワイヤ搬送を示し、これにより溶接ワイヤ１３は、強制力無し方式、即ち、溶接ワイヤ１３に作用するワイヤ供給器３６，３７からの伸張力も圧縮力もない状態で、溶接トーチ１０にとって利用可能になる。この場合、ワイヤバッファ蓄積部３５の充填レベルは、好ましくは中間(neutral)に保持され、即ち、最小状態と最大状態の間の平均値に制御され、これによりワイヤ搬送での短時間の変動はワイヤバッファ蓄積部３５に吸収可能になる。この制御は、溶接ワイヤ１３の前方−後方移動または異なる搬送速度を可能にし、これらはワイヤバッファ蓄積部３５によって取り込まれることになるためである。

このため、溶接装置１に設けられたワイヤ供給器３６は、スレーブドライブとして設計され、溶接トーチ１０の領域に配置されたワイヤ供給器３７は、マスタードライブとして設計される。スレーブドライブは、供給ドラム１４から溶接ワイヤ１３を引いて、これを無力状態でホースパッケージ２３、即ち、ワイヤバッファ蓄積部３５の中へ案内する。マスタードライブは、制御された移動を実施する、即ち、ワイヤバッファ蓄積部３５の充填レベルがバランスしたレベルに維持されるように、または両者が絶えず協調するようにして、２つのワイヤ供給器３６，３７が制御され、このことは２つのワイヤ供給器３６，３７がこれらのトルクまたは速度に関して制御されることを意味する。

こうして動的にバランスされた溶接ワイヤの搬送は、２つのワイヤ供給器３６，３７の分離(decoupling)を可能にし、真実のプッシュプル式の溶接ワイヤ搬送（前方／後方搬送）の実現、即ち、上流のワイヤ供給器３６（この場合、マスタードライブ）が溶接ワイヤ１３の前方／後方搬送を実行して、脈動する溶接ワイヤの移動を行う。こうしたプッシュプル式の溶接ワイヤ搬送の応用は、特別に設計したワイヤバッファ蓄積部３５によって、最初に実際上実現可能になったものである。それは、溶接ワイヤ１３は、極めて高い摩擦損失と極めて大きな慣性を伴う先行技術から知られたように、ワイヤコア３０全体、即ち、ホースパッケージ２３全体を通して押し戻す必要がないためである。余分な溶接ワイヤ１３は、溶接トーチ１０の直後でワイヤバッファ蓄積部３５に押し込まれ、搬送方向の極めて迅速な反転を可能にする。プッシュプル駆動のクロックパルス期間は、実質的に増加してもよい。これは、溶接ワイヤの搬送中に異なる搬送速度で生ずる。

溶接トーチ１０の直後におけるワイヤバッファ蓄積部３５の特別な配置により、ワイヤ供給器３７による溶接ワイヤ１３の後方移動時に、摩擦損失は全くまたはごく僅かしか生じないことになる。これにより回転方向の反転時に応答動きが実質的に改善され、低い性能のワイヤ供給器３７でも極めて迅速な切り換えが可能になる。

図１０の溶接設備は、先行技術から知られている、溶接装置１内に配置されたワイヤバッファ蓄積部４６を伴う応用であり、ホースパッケージ２３に設けられた本発明に係るワイヤバッファ蓄積部３５が示されている。この場合、最初のワイヤバッファ蓄積部４６は、溶接ワイヤ１３が供給ドラム１４またはワイヤロールの周りにループ状に走行して、最初のワイヤ供給器４７によって供給ドラム１４から引っ張られるようにして、形成されている。その後、溶接ワイヤ１３は、溶接装置１に設けられたワイヤバッファ蓄積部４６から溶接装置１に配置された別のワイヤ供給器３６によって、ホースパッケージ２３、即ち、細長く設計されたワイヤバッファ蓄積部３５の中に搬送され、そこから溶接トーチ１０の領域に配置されたワイヤ供給器３７を介して、溶接トーチ１０へ供給される。

この構成により、溶接ワイヤ１３を無力状態でホースパッケージ２３の中に搬送することが達成する。こうしてワイヤローラまたは供給ドラム１４の緩慢さは、溶接ワイヤ１３の引っ張り出しの際に、溶接ワイヤ１３をホースパッケージ２３の中へ導入するためのワイヤ供給器３６に対して影響を与えない。この場合、第３のワイヤ供給器４７は、ワイヤ供給器３６が溶接ワイヤ１３をホースパッケージ２３の中へ直接に搬送することによって、省略することも可能である。

他の例示的な応用は、図１１に示しており、幾つかのホースパッケージ２３が互いに連結して、ワイヤ供給器４７が、例えば、介在している。この場合、本発明に係るワイヤバッファ蓄積部３５を、ホースパッケージ２３のうちの１つだけに配置し、即ち、溶接トーチ１０に最も接近して配置するのを可能にしている。

ワイヤバッファ蓄積部３５は、上述のようなワイヤガイドホース３８だけで構成されものでないことは言うまでもない。例えば、ワイヤガイドホース３８を、例えば、矩形状、三角形状、長円形状など任意の断面形状で、例えば、螺旋形状で延びるチャネル４８で置換することが可能である。こうした例は、図１２から明らかである。チャネル４８は、ホースパッケージ２３から独立して配置してもよく、ホースパッケージ２３の内部であってもよい。幾つかのチャネル４８またはワイヤガイドホース３８を使用して、マルチワイヤ溶接設備を提供することも可能である。

こうしたワイヤバッファ蓄積部３５は、ワイヤコア３０無しで構成したり、あるいは溶接ワイヤ１３に対して適当な自由移動空間をその内部に提供するようにしてワイヤコア３０を設計することも可能であり、このことは、溶接ワイヤ１３のための内径が、溶接ワイヤ１３の外径３３よりも１．５倍まで大きいことを意味する。しかしながら、こうした構成は、ワイヤバッファ蓄積部の充填レベルの監視が著しく困難であるという不具合を有する。

図１３と図１４は、ワイヤコア３０の長手方向の動きの検出するための特別な例示的実施形態を示すもので、明確化のため、最も本質的な要素だけを部分断面で示している。これらの実施形態において、ワイヤコア３０の長手方向の移動を検出するための手段は、ワイヤコア３０の長手方向の移動の非接触測定を行うセンサ５１で構成される。

図１３は、センサ５１の概略図であり、関連したワイヤ供給器３７と、挿入されてセンサ５１内部で終端するワイヤコア３０とを有する。一方、図１４のワイヤコア３０は、センサ５１を通過して延出している。

センサ５１は、ハウジング５２を備え、ワイヤコア３０はハウジング５２の中に直接延びており、評価素子５３はハウジング５２の内部に配置されている。センサ５１の構造的サイズは、センサ５１が溶接トーチ１０内部またはホースパッケージ２３内部に配置可能なものであり、好ましくは、センサ５１は溶接トーチ１０内部、特に、トーチハンドルにに配置される。

さらに、指標(indicator)５４が、ワイヤコア３０上に配置され、本実施形態では、ワイヤコア３０と剛性で接続されてている。指標５４は、例えば、強磁性(ferromagnetic)材料で作成され、ワイヤコア３０の終端を構成しており、ワイヤコア３０は、終端する指標５４とともにセンサ５１内で終わっている。ワイヤコア３０の長手方向の移動の非接触測定を可能にするため、評価素子５３は、好ましくは、少なくとも１つの電気コイル５５で構成される。このようにして設計されたセンサ５１を用いて、位置、即ち、ワイヤコア３０の長手方向の変位の測定は、コイル５５内での誘導変化によって、即ち、指標５４の変位に起因したコイル５５内で変化するインダクタンスによって行われ、回路内(in-circuit)評価ユニットまたは制御装置４によって位置の決定または計算が可能になる。

センサ５１は、溶接ワイヤ１３のための突き出し(runout)パイプ５６をさらに備え、その開口部は、溶接ワイヤ１３の直径より僅かだけ大きい直径を有する。これにより、ワイヤコア３０が突き出しパイプ５６から出てこなくなることが確保される。好ましい手法では、突き出しパイプ５６は、ハウジング５２とねじ(thread)で接続され、容易かつ迅速な交換が可能になり、突き出しパイプ５６は、使用される溶接ワイヤ１３の個々の直径に適合することができる。

ワイヤコア３０の長手方向の移動は、コイル５５の誘導変化の測定原理に基づいて、センサ５１によって検出される。この測定原理は、先行技術から既に知られており、詳細に議論する必要はない。センサ５１は、当然ながら、他の測定原理に従って動作してもよく、例えば、容量センサまたは光学センサで構成しても構わない。センサ５１は、当然ながら、ワイヤコア３０の長手方向の移動の検出を必要とする他の目的のために使用しても構わない。

センサ５１は、ライン（不図示）を介して溶接装置１の評価ユニットまたは制御装置４と接続され、評価ユニットまたは制御装置４は、ハウジング５２内でのワイヤコア３０または指標５４の位置の関数として、ワイヤバッファ蓄積部３５の充填レベルを検出または計算することになる。

図１４は、センサ５１の構成について他の例示的実施形態を示す。上述した実施形態とは対照的に、ワイヤコア３０は、この場合、センサ５１のハウジング５２によって案内される。指標５４は、ワイヤコア３０に再び取り付けられ、ハウジング５２内に配置されように位置決めされる。この構成は、センサ５１は、ワイヤコア３０の端部だけに配置する必要がなく、ワイヤ搬送システム内で所望の位置に位置決め可能であるという利点をもたらす。センサ５１の使用は、先行技術から知られた任意のワイヤバッファ蓄積部３５とともに可能である。

このタイプのセンサ５１を使用することにより、ワイヤ供給器３６，３７は、ワイヤバッファ蓄積部３５の充填レベルを制御するようにして、充填レベルの関数として溶接装置１の制御装置４によって活性化されることが可能になった。

図１５と図１６は、ワイヤバッファ蓄積部３５の構造の別の例示的実施形態を示すもので、ワイヤバッファ蓄積部３５は、ホースパッケージ２３の外側に配置される。この場合、ワイヤガイドホース３８は、図４で既に概略的に示したように、ホースパッケージ２３の周りに置かれており、ホースパッケージ２３は、明確化のために省略している。

この例示的実施形態は、使用者による特別な改造(retrofit)や適合作業を必要とせず、ワイヤバッファ蓄積部３５の容易な交換可能性を説明することである。

このため、末端エレメント、特に、クイックロック(quick-lock)４９，５０がワイヤガイドホース３８の各端部に配置され、中央接続（不図示）との接続を可能にしている。中央接続は、出願ＷＯ０２／０９００３４Ａ１に従って構成できるため、中央接続の構成はより詳細に議論する必要はない。クイックロック４９，５０は、例えば、バヨネット留金(bayonet catch)として設計され、ワイヤガイドホース３８は、例えば、これに簡単にクランプされる。

接続されたクイックロック４９，５０を持つワイヤガイドホース３８は、溶接ワイヤ１３のための挿入されたワイヤコア３０（不図示）が、ワイヤガイドホース３８およびクイックロック４９，５０で構成されたそのユニットの内部で終端するように、設計されている。これにより、ワイヤバッファ蓄積部３５は、装着されたクイックロック４９，５０を持つワイヤガイドホース３８と、ワイヤコア３０とで構成される構造ユニットで製作可能となり、このユニットは、クイックロック４９，５０を中央接続と単に接続し、これをホースパッケージ２３の周りに巻くことによって、単一の操作ステップで搭載または交換が可能となる。

溶接トーチ１０側のクイックロック４９は、案内エレメント５７が中央接続を通って突出するように設計され、この案内エレメント５７はセンサ５１内で直接に終端して、図１３に係るセンサ５１の使用を可能にしている。図１３とは対照的に、センサ５１は、この場合、ワイヤコア３０を受けるだけでなく、クイックロック４９の案内エレメント５７を受けることが可能なように設計される。図１３に係るワイヤコア３０の位置を測定するための機能は維持されており、ワイヤコア３０は、案内エレメント５７内に指標５４とともに配置され、コイル５５の誘導変化が再び生ずることになるからである。案内エレメント５７は、好ましくは、例えば、真鍮(brass)などの非磁性材料で作成される。

溶接装置１または外部のワイヤ供給手段１１の領域に適用される別のクイックロック５０では、他の案内エレメントが配置され、その機能は、ワイヤコア３０をクイックロック５０に取り付けることである。その構造の図示は省略している。このため、雄ナットを回してワイヤコア３０を案内エレメント内に固定することによって簡単にクランプ接続が実現しまたは挿入される。こうして、クイックロックの取付け時に、ワイヤコア３０が溶接装置１または外部のワイヤ供給手段１１に到達するようにして、ワイヤコア３０は案内エレメントから突出可能となる。

こうして、ワイヤガイドホース３８、クイックロック４９，５０、および指標５４を持つワイヤコア３０で構成された前記単一ユニットを提供することによって、このユニットの極めて迅速な実装および交換が、追加の操作ステップを必要とせずに、クイックロックを中央接続に単に接続することによって実現できる点が好都合である。使用者によってワイヤガイドホース３８を螺旋状またはスパイラル状に配置することを確保するため、前記ユニットの製造および供給の際に、ワイヤガイドホース３８の予備変形(predeformation)が実施され、このことは、ホースパッケージ２３に搭載する前に、ワイヤガイドホース３８は既に螺旋形状またはスパイラル形状を有することを意味し、使用者は、ワイヤガイドホース３８をこの所定の巻き状態に従ってホースパッケージ２３の周りに巻くだけでよいことになる。こうしてワイヤバッファ蓄積部３５は、道具や補助手段を何ら使用せずに、容易に交換可能となることが実現する。

さらに、ワイヤガイドホース３８は、領域全体に渡って、より大きな断面で延びている必要はなく、ワイヤガイドホース３８の一部だけが、必要なバッファ体積に応じてこうした大きな断面３９を有し、残りの経路は先行技術に従って設計することが、より長いホースパッケージ２３を用いて実現できる。

溶接機械または溶接装置の概略図である。 先行技術で用いられるようなホースパッケージの概略図である。 螺旋形状のワイヤガイドホースを含む新規なホースパッケージの概略図である。 外部に配置された螺旋形状のワイヤガイドホースを持つホースパッケージを示す。 最小限の蓄積体積を持つワイヤバッファ蓄積部の蓄積原理の概略図である。 最大限の蓄積体積を持つ、図５に係る蓄積原理の更なる概略図である。 別々に構成された溶接設備を概略的に示す。 別々に構成された溶接設備を概略的に示す。 別々に構成された溶接設備を概略的に示す。 別々に構成された溶接設備を概略的に示す。 別々に構成された溶接設備を概略的に示す。 ワイヤバッファ蓄積部の形成について他の変形実施形態を示す。 ワイヤコア移動の検出のためのセンサの概略図である。 ワイヤコア移動の検出のためのセンサの他の例示的な実施形態を示す。 プラグイン接続を含むワイヤバッファ蓄積部の概略図である。 プラグイン接続の概略図である。

Claims (15)

1. ワイヤバッファ蓄積部が、溶接装置に設けられたワイヤ供給器または外部のワイヤ供給手段と、溶接トーチの領域または溶接トーチ内部に配置された別のワイヤ供給器との間に配置されており、
   溶接ワイヤが、２つのワイヤ供給器の間でワイヤコアの中で案内される溶接ワイヤ用バッファ装置であって、
   ワイヤコア（３０）は、一端で取付けまたは固定され、他端は自由に移動可能であり、
   ワイヤコア（３０）は、溶接ワイヤ（１３）とともに、少なくとも部分的な領域に渡って、ホースパッケージ（２３）の内部で螺旋形状に延びたワイヤガイドホース（３８）であって、ワイヤコア（３０）の断面または外径（３３）より大きな断面（３９）または内径を有するワイヤガイドホース（３８）の内部で自由に移動可能なように配置され、
   ワイヤバッファ蓄積部（３５）の蓄積体積は、より大きいワイヤガイドホース（３８）の断面（３９）および長さによって規定されるように、ワイヤバッファ蓄積部（３５）が設計されていることを特徴とするバッファ装置。
2. ワイヤコア（３０）は、溶接装置（１）または外部のワイヤ供給手段（１１）の領域に取付け又は固定されていることを特徴とする請求項１記載のバッファ装置。
3. ワイヤガイドホース（３８）の内径または断面（３９）は、ワイヤコア（３０）の外径（３３）より少なくとも１．５倍大きいことを特徴とする請求項１または２記載のバッファ装置。
4. ワイヤガイドホース（３８）は、ホースパッケージ（２３）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバッファ装置。
5. ワイヤガイドホース（３８）は、前記ホースパッケージ（２３）の内部に延びていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバッファ装置。
6. ホースパッケージ（２３）の内部に配置された別のラインが、螺旋形状に延びるワイヤガイドホース（３８）の内部に配置されていることを特徴とする請求項５記載のバッファ装置。
7. ワイヤガイドホース（３８）は、ホースパッケージ（２３）の外側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバッファ装置。
8. ワイヤガイドホース（３８）は、ホースパッケージ（２３）の周囲に配置されていることを特徴とする請求項７記載のバッファ装置。
9. ワイヤガイドホース（３８）は、ホースパッケージ（２３）から独立して、キャリア材料の周りに配置されていることを特徴とする請求項７記載のバッファ装置。
10. ワイヤバッファ蓄積部（３５）の溶接ワイヤ（１３）の充填レベルまたは量を検出するための手段が配置され、
    前記検出手段は、ワイヤコア（３０）の自由端の長手方向の移動を検出することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のバッファ装置。
11. ワイヤバッファ蓄積部（３５）は、クイックロック（４９，５０）が一端に配置されているワイヤガイドホース（３８）と、ワイヤコア（３０）とを備える構造ユニットで構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のバッファ装置。
12. ワイヤバッファ蓄積部（３５）は、道具を使用せずに交換可能であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のバッファ装置。
13. クイックロック（４９，５０）の案内エレメント（５７）が、ワイヤコア（３０）の長手方向の移動を検出するためのセンサ（５１）の中に突出していることを特徴とする請求項１１または１２記載のバッファ装置。
14. ワイヤガイドホース（３８）は、螺旋形状に予備成形されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のバッファ装置。
15. 溶接装置と、ホースパッケージと、溶接トーチとを備え、
    ホースパッケージは、溶接トーチを溶接装置に接続するものであり、
    ワイヤバッファ蓄積部として設計され、２つのワイヤ供給器の間に配置された、請求項１〜１４のいずれかに記載の装置を備え、
    前記装置またはワイヤバッファ蓄積部（３５）は、ホースパッケージ（２３）の中または周囲に形成されていることを特徴とする溶接設備。

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