WO2004105990A1 - Sensoranordnung zum erfassen der bewegung einer drahtseele in einer schweissanlage - Google Patents

Sensoranordnung zum erfassen der bewegung einer drahtseele in einer schweissanlage Download PDF

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sensor
wire core
welding
sensor arrangement
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Franz Schrefler
Christian Stumpfl
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    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire

Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement for detecting the movement of a wire core in a welding system, through which wire core a welding wire is guided between two wire feed devices, with a sensor surrounding the welding wire, with a housing and an evaluation element.
  • the invention relates to a welding system with a welding device, a hose package and a welding torch, the hose package connecting the welding torch to the welding device, wherein between two wire feed devices, a device designed as a wire buffer memory for buffering a welding wire guided within a wire core, and also a sensor is arranged for contactless measurement of the movement of the wire core.
  • the welding device is usually connected to the welding torch via a hose package in which all lines, such as a power line, cooling lines for a liquid-cooled welding torch and one or more control lines, are arranged.
  • the welding wire required for a welding process is transported from the welding device or a wire feed device to the welding torch by inserting it into a wire core.
  • the wire core is inserted into a wire guide tube which is preferably arranged in the tube package.
  • the wire core is preferably fixed at both ends, as a result of which no longitudinal movement of the wire core is carried out.
  • the wire core is only freely movable at one end with special wire feed.
  • the wire core is exposed in the area of the welding device or a wire feed device and runs without a guide before it flows into the hose package.
  • such an arrangement of the wire core for welding wire conveying with different speeds or conveying directions that is, a forward / backward Movement of the welding wire, as known for example from DE 197 38 785 C2 or DE 43 20 405 C2, is used, with the exposed part of the wire core forming a type of wire buffer memory.
  • a transport device is known from DE 38 27 508 AI, in which a welding wire is conveyed with constant force even under unfavorable forces and thus tensile or compressive stresses are avoided.
  • the welding wire is between a pushing wire feed device, which is arranged in the welding device or in a wire feed device, and a pulling wire feed device, which is preferably arranged in the area of the welding torch or in the welding torch itself, through an evasive part and a curved hose, in particular the wire core, guided.
  • the hose tension i.e. the exposed part of the wire core, is supported by a spring.
  • the evasive part is coupled to a control element which measures the evasive path of the evasive part when pressure or tensile stresses occur on the welding wire and feeds it to a controller for compensation via a speed control of the first drive.
  • the welding wire is unwound from the supply drum via the first wire feed device and inserted into a hose or a wire core.
  • the wire core is then arranged exposed and forms a wire buffer memory in the form of a loop in this exposed area, the loop being able to deform in this exposed area, ie the loop is enlarged or reduced.
  • the wire core is then inserted into the hose package and extends over the wire guide hose, which is only insignificantly larger than the outer diameter of the wire core, until further wire feed.
  • SU 1 489 941 A shows a sensor for detecting the capacity of a wire buffer memory formed by a loop of the wire core, in which the wire core is arranged between two electrically conductive surfaces. By shifting the wire core, a special shape of the surface causes a change in resistance from which the position of the wire core within the sensor and thus the capacity of the wire buffer memory can be deduced.
  • the disadvantage here is that the wire core grinds between the surfaces of the sensor and thus a force-free displacement of the wire core is not possible, which has an adverse effect on the sensitivity of the sensor but also has an adverse effect on the wire feed. Furthermore, the sensor is subject to greater wear due to the contact of the wire core. Finally, such a sensor, which extends essentially over the entire loop of the wire core, is relatively voluminous.
  • a wire feed device with a longitudinal compensation device is described in AT 394 675 B, wherein a sensor detects the longitudinal movement of the hose package and emits an actual value signal to a controller.
  • the disadvantage here is that the longitudinal movement of the hose package takes place by means of a plunger anchor attached to a movable sliding part.
  • Another disadvantage of this design of a sensor is the size and relatively large moving masses, which makes a force-free displacement of the wire core in the sensor impossible. This also reduces the sensitivity of the sensor.
  • the object of the present invention is therefore to create a sensor arrangement for detecting the movement of a wire core in a welding system and a welding system of the type in question, in which a very simple and compact design of the sensor is created. Another task is that the detection of the longitudinal movement of the wire core is carried out without contact, so that as little interference as possible acts on the wire core in the form of friction and thus a very good measurement result is achieved.
  • the objects according to the invention are achieved in that an indicator is provided which is formed by the wire core or is connected to the wire core, which indicator can be displaced force-free in the longitudinal direction in the sensor and that the evaluation element is arranged in the housing.
  • the closed structural unit greatly reduces or prevents the ingress of dirt from the outside, so that the service life can be increased.
  • a very long measuring length can be achieved, since the housing of the sensor can be adapted accordingly to the expected changes in length. It is also possible to make the size of the sensor very small, so that it can be arranged directly in a welding torch or a hose package.
  • Another major advantage is that a simple exchange of the wire core is possible without first loosening a rigid connection, thereby reducing the service life of the welding system during which no welding can take place. Due to the indicator, which can be displaced force-free in the longitudinal direction, no friction losses occur in the sensor, as a result of which the movement of the wire core is not influenced by the sensor.
  • the sensor is advantageously arranged in front of a wire feed device and preferably after a wire buffer store located between the wire feed devices, so that the fill level or the storage volume of the wire buffer store can be detected via the longitudinal movement of the wire core. This enables the wire core movement to be monitored in a simple and inexpensive manner.
  • the sensor is advantageously arranged directly in front of the wire feed device or immediately after the wire buffer memory.
  • the position of the sensor can be determined exactly.
  • the sensor is advantageously connected to a wire feed device, so that the wire feed can be regulated in accordance with the fill level or storage volume of the wire buffer store.
  • the senor can be arranged in a welding torch, in particular in a torch handle or in a hose package.
  • the size or shape of the welding torch or the hose package is not changed by the arrangement of the sensor.
  • the indicator can be fixed or detachably connected to the wire core.
  • the sensor can be arranged at any point on the wire core.
  • the indicator forms the end of the wire core and the wire core ends with the final indicator in the sensor.
  • the sensor must therefore be arranged at the end of the wire core.
  • An outlet nozzle for the welding wire can be arranged in the sensor, the inside diameter of which is usually only insignificantly larger than the diameter of the welding wire.
  • the wire core can therefore not exit through the outlet nozzle.
  • the outlet nozzle is detachably connected to the housing of the sensor. This connection can be made, for example, via a thread.
  • the indicator consists of ferromagnetic material and the evaluation element preferably consists of at least one electrical coil.
  • the evaluation element can be sources, in particular transmitter diodes and opposing light-sensitive elements, in particular receiver diodes, between which the wire core forming the indicator or the indicator connected to the wire core is arranged,
  • the indicator is formed by a light-reflecting material and the evaluation element to be formed by a plurality of light sources, in particular transmission diodes with light-sensitive elements, in particular reception diodes, arranged next to one another.
  • evaluation unit or control device is arranged in the housing of the sensor, a compact sensor arrangement can be implemented.
  • the object according to the invention is also achieved by an above-mentioned welding system with an above-described sensor arrangement.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a welding system in a simplified form
  • FIG. 3 shows a diagrammatic, partially sectioned illustration of the sensor with an associated wire feed device and inserted wire core corresponding to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the sensor with the wire core pulled out, in a diagrammatic representation
  • FIG. 5 shows a diagrammatic, partially sectioned illustration of the sensor with the wire core used for the exemplary embodiment according to FIG. 4;
  • FIG. and 6 to 12 show a schematic sectional view of the sensor to illustrate different measuring principles.
  • a sensor arrangement in particular a sensor 1, for detecting the movement of a wire core 2 in a welding system 3 is shown.
  • this is only shown schematically in the form of functional blocks, consisting of a welding device 4, in which a wire supply 5 or a wire reel and a first wire feed device 6 are arranged, a hose package 7 with an integrated wire buffer store 8, a further wire feed device 9 and a welding torch 10.
  • the wire feed device 6 arranged in the welding device 4 pulls the welding wire 11 from the wire supply 5 and conveys it via the wire core 2 to a further wire feed device 9 and from there via the welding torch 10 to the welding process.
  • the sensor 1 is preferably arranged directly in front of the further wire feed device 9, as is shown schematically in FIGS. 2 to 5.
  • the sensor 1 is preferably used to detect the fill level or storage volume of the wire buffer store 8.
  • a special wire buffer memory 8 is used, in which the wire core 2 with the welding wire 11 is arranged at least in a partial area in a wire guide tube with a substantially larger cross section or inner diameter than a cross section or outer diameter of the wire core 2 ,
  • the storage volume of the wire buffer storage 8 is defined by the cross section and the length of the substantially larger wire guide hose.
  • the inner diameter or cross-section of the wire guide tube is at least 1.5 times larger than the outer diameter of the wire core 2.
  • the wire guide tube can run in a helical or spiral shape in the hose package 7 or is arranged outside the hose package 7.
  • the wire core 2 is fastened or fixed at one end, preferably in the area of the welding device 3 or an external wire feed device, the further end of the wire core 2 being freely movable in the area of the welding torch 10 or the further wire feed device 9. It is thus possible, for example, when the direction of conveyance of the wire feed device 9 is reversed, that the wire core 2 with the welding wire 11 can be pushed back into the wire guide tube or pulled out of it. So that the fill level or the storage volume of the wire buffer store 8 can be determined, the movement of the wire core 2 must be detected by a sensor arrangement.
  • the sensor arrangement in particular the sensor 1, has a housing 12, the wire core 2 extending directly into the housing 12 and an evaluation element 13 being arranged in the housing 12. It is also possible for the wire core 2 to extend through the sensor 1, in particular its housing 12, as can be seen in the exemplary embodiment in FIGS. 4 and 5.
  • the size of the sensor 1 is designed such that the sensor 1 can be arranged in the welding torch 10 or in the hose package 7, the sensor 1 preferably being arranged in the welding torch 10, in particular in the torch handle.
  • an indicator 14 is arranged on the wire core 2, which is rigidly connected to the wire core 2.
  • the indicator 14 consists, for example, of a ferromagnetic material.
  • the indicator 14 forms the end of the wire core 2, as a result of which the wire core 2 ends with the final indicator 14 in the sensor 1.
  • the evaluation element 13 in the exemplary embodiment shown in FIGS. 2 and 3 consists of at least one electrical coil 15.
  • the sensor 1 has an outlet nozzle 16 for the welding wire 11, with an opening whose diameter is only slightly larger than a diameter of the welding wire 11.
  • the Auslau nozzle 16 is preferably connected via a thread to the housing 12 so that it can be easily replaced and thus an adjustment of the outlet nozzle 16 to the respective diameter of the welding wire 11 used can be carried out.
  • the longitudinal movement of the wire core 2 is detected by the sensor 1 according to the measuring principle of the change in induction in the coil 15. This measuring principle is already known from the prior art, so that a functional description is no longer discussed in detail. Different measuring principles are schematically shown in FIGS. 6 to 12, which can be used, for example, as evaluation element 13.
  • the sensor 1 is preferably used to determine the fill level or the storage volume of a wire buffer store 8. Of course, it is possible that the sensor 1 is also used for other purposes in which a longitudinal movement of the wire core 2 is to be detected.
  • the sensor 1 is connected to an evaluation unit or a control device of the welding device 4 via lines (not shown) which, depending on the position of the wire core 2 or the indicator 14 in the housing 12, ascertains or calculates the fill level of the wire buffer memory 8.
  • the wire core 2 is now guided through the housing 12 of the sensor 1.
  • the indicator 14 is in turn attached to the wire core 2 and is positioned such that it is arranged within the housing 12.
  • This design has the advantage that the sensor 1 does not necessarily have to be arranged at the end of the wire core 2, but can be positioned at any point in the wire feed system. This means that sensor 1 can also be used in any welding wire conveyor system and wire buffer storage known from the prior art.
  • FIGS. 6 to 12 the different measuring principles for the use of the evaluation element 13 are shown, the sensor 1 being shown schematically and in simplified form in a sectional form. The exact functional description of the measuring principles is omitted, since these are sufficiently known from the prior art.
  • the use of the measurement method is according to both the exemplary embodiments 2, 3 and also FIGS. 4, 5 possible, that is to say both with a continuous and with an ending wire core 2.
  • the path measurement that is to say the longitudinal displacement of the wire core 2 is carried out by changing the inductance in the coil 15. Due to the displacement of the indicator 14, the inductance of the coil 15 changes so that the position can be determined by a connected evaluation unit or control device ,
  • An amplification of the output signal of the sensor 1 can be achieved by a suitable arrangement of two coils 15, as shown in FIG. 8, the distance between the coils 15 corresponding to the size or length of the indicator 14.
  • the evaluation element 13 is formed by a wheat tone 'see bridge circuit for differential evaluation of the measurement signal.
  • the two coils 15 can be arranged directly adjacent, as can be seen from FIG. 9. It is also possible that several coils 15 can be arranged.
  • the evaluation element 13 it is also possible to construct the evaluation element 13 according to the transformer principle, as can be seen in FIG. 10, a transmission coil 17 and one or more reception coils 15, 18 being arranged. Different magnetic couplings are produced in the receiving coil 15, 18 by the respective position of the indicator 14, so that an evaluation of the position is again possible.
  • Transmitting and receiving diodes 19 and 20, ie light sources and light-sensitive elements, are arranged for the optical non-contact measuring principle.
  • a reflection or transmitted light principle can be used here.
  • the transmitting and receiving diodes 19 and 20 are arranged adjacent, as shown in FIG. 11, and the indicator 14 is formed by a reflective material.
  • the transmitting and receiving diodes 19 and 20 are arranged opposite one another, as shown in FIG. 12, and the wire core 2 or the indicator 14 is arranged between them. With the transmitted light principle, it is also possible that the indicator 14 is omitted and the position determination is evaluated depending on the coverage of the transmitting and receiving diodes 19 and 20.
  • the evaluation unit directly into the housing 12, so that the sensor 1, in particular the evaluation unit, can directly output the position of the wire core 2 or the indicator 14, which is then output by the welding device 3 or the control device of the Welding device 3 or another control device can be processed.
  • the wire core 2 may end in front of the sensor 1 and only the indicator 14 to protrude into the sensor 1 or for a special termination element to be coupled to the wire core 2 on which the indicator 14 is arranged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Erfassen der Bewegung einer Drahtseele (2) in einer Schweissanlage, durch welche Drahtseele (2) ein Schweissdraht (11) zwischen zwei Drahtvorschubeinrichtungen (6, 9) geführt ist, mit einem den Schweissdraht (11) umgebenden Sensor (1), mit einem Gehäuse (12) und einem Auswerteelement (13), sowie eine entsprechende Schweissanlage. Zur Schaffung einer derartigen Sensoranordnung die sehr einfach und kompakt aufgebaut ist und möglichst wenig Störeinflüsse auf die Drahtseele (2) ausübt, wodurch ein sehr gutes Messergebnis erreicht wird, ist ein Indikator (14) vorgesehen, welcher durch die Drahtseele (2) gebildet wird oder mit der Drahtseele (2) verbunden ist und im Sensor (2) in Längsrichtung kraftfrei verschiebbar ist und weiters des Auswerteelement (13) im Gehäuse (12) angeordnet. Dadurch resultiert ein sehr kompakter Sensor in welchem keine Reibungsverluste auftreten, so dass die Bewegung der Drahtseele (2) durch den Sensor (1) nicht beeinflusst wird.

Description

Sensoranordnung zum Erfassen der Bewegung einer Drahtseele in einer Schweißanlage
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Erfassen der Bewegung einer Drahtseele in einer Schweißanlage, durch welche Drahtseele ein Schweißdraht zwischen zwei Drahtvorschubeinrichtungen geführt ist, mit einem den Schweißdraht umgebenden Sensor, mit einem Gehäuse und einem Auswerteelement.
Weiters betrifft die Erfindung eine Schweißanlage mit einem Schweißgerät, einem Schlauchpaket und einem Schweißbrenner, wobei das Schlauchpaket den Schweißbrenner mit dem Schweißgerät verbindet, wobei zwischen zwei Drahtvorschubeinrichtungen eine als Draht-Pufferspeicher ausgebildete Vorrichtung zum Puffern eines innerhalb einer Drahtseele geführten Schweißdrahtes und wobei weiters ein Sensor zur berührungslosen Messung der Bewegung der Drahtseele angeordnet ist.
In der Schweißtechnik erfolgt die Verbindung des Schweißgerätes mit dem Schweißbrenner üblicherweise über ein Schlauchpaket, in dem sämtliche Leitungen, wie beispielsweise eine Stromleitung, Kühlleitungen für einen flüssigkeitsgekühlten Schweißbrenner sowie eine oder mehrere Steuerleitungen, angeordnet sind. Der für einen Schweißprozess benötigte Schweißdraht wird vom Schweißgerät bzw. einem Drahtvorschubgerät derart zum Schweißbrenner befördert, indem dieser in eine Drahtseele eingeführt wird. Die Drahtseele wird vor dem Einfädeln des Schweißdrahtes in einen Drahtführungsschlauch eingeschoben, der bevorzugt im Schlauchpaket angeordnet ist. Dabei ist die Drahtseele bevorzugt an beiden Enden fixiert, wodurch keinerlei Längsbewegung von der Drahtseele durchgeführt wird.
Lediglich bei spezieller Drahtförderung ist die Drahtseele an einem Ende frei beweglich angeordnet. Dabei ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen die Drahtseele im Bereich des Schweißgerätes bzw. eines Drahtfördergerätes freiliegend angeordnet und verläuft vor dem Einmünden in das Schlauchpaket ohne Führung. Speziell wird eine derartige Anordnung der Drahtseele bei Schweißdrahtförderungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bzw. Förderrichtungen, also eine Vor-/Rückwärtsbe- wegung des Schweißdrahtes, wie beispielsweise aus der DE 197 38 785 C2 oder der DE 43 20 405 C2 bekannt, eingesetzt, wobei dabei der freiliegende Teil der Drahtseele eine Art Draht-Pufferspeicher ausbildet.
Beispielsweise ist aus der DE 38 27 508 AI eine Transportvorrichtung bekannt, bei der ein Schweißdraht selbst bei ungünstigen Krafteinwirkungen mit konstanter Kraft gefördert wird und somit Zug- bzw. Druckspannungen vermieden werden. Der Schweißdraht wird dabei zwischen einer schiebenden Drahtvorschubeinrichtung, die im Schweißgerät oder in einem Drahtvorschubgerät angeordnet ist, und einer ziehenden Drahtvorschubeinrichtung, die bevorzugt im Bereich des Schweißbrenners oder im Schweißbrenner selbst angeordnet ist, durch einen ausweichenden Teil und einem gekrümmten Schlauch, insbesondere der Drahtseele, geführt. Die Schlauchspannung, also der freiliegende Teil der Drahtseele, wird von einer Feder abgestützt. Der ausweichfähige Teil ist mit einem Steuerorgan gekoppelt, welches den Ausweichweg des ausweichenden Teiles bei Entstehen von Druck- oder Zugspannungen am Schweißdraht misst und einer Steuerung zur Kompensierung über eine Geschwindigkeitsregelung des ersten Antriebes zuführt. Bei dieser Lösung wird der Schweißdraht von der Vorratstrommel über die erste Drahtvorschubeinrichtung abgewickelt und in einen Schlauch bzw. eine Drahtseele eingeführt. Die Drahtseele ist anschließend freiliegend angeordnet und bildet in diesem freiliegenden Bereich einen Draht-Pufferspeicher in Form einer Schlaufe aus, wobei die Schlaufe sich in diesem freiliegenden Bereich verfor en kann, d.h., dass die Schlaufe vergrößert oder verkleinert wird. Anschließend wird die Drahtseele in das Schlauchpaket eingeführt und erstreckt sich bis zum weiteren Drahtvorschub über den Drahtführungsschlauch, der nur unwesentlich größer ist, als der Außendurchmesser der Drahtseele. Nachteilig ist hierbei, dass die Drahtseele in Form eines federbelasteten Ausweichelementes mit einem Element zur Wegmessung starr verbunden ist. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass beim Wechsel der Drahtseele ein hoher Demontage- und Montageaufwand notwendig ist. Außerdem ist es von Nachteil, dass der Schweißdraht in jenem Bereich, wo er vorzugsweise geschoben wird, über eine längere Strecke nicht geführt ist, was die Gefahr des Ausbrechens des Schweißdrahtes verstärkt. Die SU 1 489 941 A zeigt einen Sensor zur Erfassung der Kapazität eines durch eine Schlaufe der Drahtseele ausgebildeten Draht-Pufferspeichers, bei dem die Drahtseele zwischen zwei elektrisch leitfähigen Flächen angeordnet ist. Durch Verschiebung der Drahtseele wird durch eine spezielle Form der Fläche eine Widerstandsänderung bewirkt aus der auf die Lage der Drahtseele innerhalb des Sensors und somit auf die Kapazität des Draht-Pufferspeichers geschlossen werden kann. Nachteilig dabei ist, dass die Drahtseele zwischen den Flächen des Sensors schleift und somit eine kraftfreie Verschiebung der Drahtseele nicht möglich ist, was sich einerseits nachteilig auf die Empfindlichkeit des Sensors aber auch nachteilig auf die Drahtförderung auswirkt. Weiters unterliegt der Sensor aufgrund der Berührung der Drahtseele einem höheren Verschleiß. Schließlich ist ein derartiger Sensor, der sich im Wesentlichen über die gesamte Schlaufe der Drahtseele erstreckt relativ voluminös.
Weiters ist aus der AT 394 675 B eine Drahtvorschubvorrichtung mit einer Längsausgleichseinrichtung beschrieben, wobei ein Sensor die Längsbewegung des Schlauchpakets erfasst und ein Istwertsignal an einen Regler abgibt. Nachteilig ist hierbei, dass die Längsbewegung des Schlauchpaketes mittels einem an einem beweglichen Gleitteil befestigten Tauchanker erfolgt. Nachteilig bei dieser Konstruktion eines Sensors ist weiters die Baugröße und dir relativ großen bewegten Massen, welche eine kraftfreie Verschiebung der Drahtseele im Sensor nicht möglich macht. Dadurch wird auch die Empfindlichkeit des Sensors reduziert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung einer Sensoranordnung zum Erfassen der Bewegung einer Drahtseele in einer Schweißanlage sowie einer Schweißanlage der gegenständlichen Art, bei der ein sehr einfacher und kompakter Aufbau des Sensors geschaffen wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass die Erfassung der Längsbewegung der Drahtseele berührungslos erfolgt, damit möglichst wenig Störeinflüsse in Form von Reibung auf die Drahtseele einwirken und somit ein sehr gutes Messergebnis erreicht wird. Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden dadurch gelöst, dass ein Indikator vorgesehen ist, welcher durch die Drahtseele gebildet wird oder mit der Drahtseele verbunden ist, welcher Indikator im Sensor in Längsrichtung kraftfrei verschiebbar ist und dass das Auswerteelement im Gehäuse angeordnet ist. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass eine direkte Wegmessung der Drahtseele innerhalb der Sensoranordnung vorgenommen wird, wodurch eine sehr geringe Störempfindlichkeit gegeben ist und somit bestmögliche Messergebnisse erzielt werden können. Durch die geschlossene Baueinheit wird das Eindringen von Schmutz von außen stark reduziert bzw. verhindert, so dass die Lebensdauer erhöht werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt auch darin, dass eine sehr große Messlänge erreicht werden kann, da das Gehäuse des Sensors entsprechend auf die zu erwartenden Längenänderungen angepasst werden kann. Auch ist es möglich, die Baugröße des Sensors sehr klein auszuführen, so dass dieser direkt in einem Schweißbrenner oder einem Schlauchpaket angeordnet werden kann. Ein wesentlicher Vorteil liegt auch darin, dass ein einfacher Austausch der Drahtseele ohne ein vorheriges Lösen einer starren Verbindung möglich ist und dadurch die Standzeit der Schweißanlage während der keine Schweißung erfolgen kann, reduziert werden kann. Durch den in Längsrichtung kraftfrei verschiebbaren Indikator treten im Sensor keine Reibungsverluste auf, wodurch die Bewegung der Drahtseele durch den Sensor nicht beeinflusst wird.
Vorteilhafterweise ist der Sensor vor einer Drahtvorschubeinrichtung und bevorzugt nach einem zwischen den Drahtvorschubeinrichtungen liegenden Draht-Pufferspeicher angeordnet, so dass über die Längsbewegung der Drahtseele der Füllstand bzw. das Speichervolumen des Draht-Pufferspeichers erfassbar ist. Dadurch kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Überwachung der Drahtseelenbewegung durchgeführt werden.
Dabei ist der Sensor vorteilhafterweise unmittelbar vor der Drahtvorschubeinrichtung oder unmittelbar nach dem Draht-Pufferspeicher angeordnet.
Wenn der Sensor mit einer Auswerteeinheit bzw. einer Steuervorrichtung der Schweißanlage bzw. des Schweißgerätes verbunden wird, kann die Position des Sensors exakt ermittelt werden.
Vorteilhafterweise ist der Sensor mit einer Drahtvorschubeinrichtung verbunden, so dass der Drahtvorschub entsprechend dem Füllstand bzw. Speichervolumen des Draht-Pufferspeichers regelbar ist.
Der Sensor kann durch die geringe Baugröße in einem Schweißbrenner, insbesondere in einem Brennergriff oder in einem Schlauchpaket angeordnet sein. Somit wird die Baugröße bzw. Form des Schweißbrenners oder des Schlauchpakets durch die Anordnung des Sensors nicht verändert.
Der Indikator kann fest oder lösbar mit der Drahtseele verbunden sein.
Wenn sich die mit dem Indikator verbundene Drahtseele durch den Sensor hindurch erstreckt, kann der Sensor an einer beliebigen Stelle der Drahtseele angeordnet sein.
Ebenso .ist es möglich, dass der Indikator den Abschluss der Drahtseele bildet und die Drahtseele mit dem abschließenden Indikator im Sensor endet. Bei dieser Ausführungsvariante muss der Sensor somit am Ende der Drahtseele angeordnet sein.
Im Sensor kann eine Auslaufdüse für den Schweißdraht angeordnet sein, deren Innendurchmesser üblicherweise nur unwesentlich größer ist als der Durchmesser des Schweißdrahtes. Die Drahtseele kann somit nicht durch die Auslaufdüse austreten.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auslaufdüse mit dem Gehäuse des Sensors lösbar verbunden ist. Diese Verbindung kann beispielsweise über ein Gewinde erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Sensors besteht der Indikator aus ferromagnetischem Material und das Auswerteelement vorzugsweise aus zumindest einer elektrischen Spule.
Alternativ dazu kann das Auswerteelement durch mehrere Licht- quellen, insbesondere Sendedioden und gegenüberliegende lichtempfindliche Elemente, insbesondere Empfangsdioden gebildet sein, zwischen welchen die den Indikator bildende Drahtseele bzw. der mit der Drahtseele verbundene Indikator angeordnet ist,
Ebenso ist es möglich, dass der Indikator durch ein Lichtreflektierendes Material und das Auswerteelement durch mehrere Lichtquellen, insbesondere Sendedioden mit benachbart angeordneten lichtempfindlichen Elementen, insbesondere Empfangsdioden, gebildet ist.
Wenn die Auswerteeinheit bzw. Steuervorrichtung im Gehäuse des Sensors angeordnet ist, kann eine kompakte Sensoranordnung realisiert werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine oben genannte Schweißanlage mit einer oben beschriebenen Sensoranordnung gelöst .
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele des Sensors beschreiben, näher erläutert.
Darin zeigen: Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Schweißanlage in vereinfachter Form;
Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung eines Sensors mit herausgezogener Drahtseele/
Fig. 3 eine schaubildliche teilweise geschnittene Darstellung des Sensors mit zugeordneter Drahtvorschubeinrichtung und eingesetzter Drahtseele entsprechend Fig. 2;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sensors mit herausgezogener Drahtseele, in schaubildlicher Darstellung;
Fig. 5 eine schaubildliche teilweise geschnittene Darstellung des Sensors mit eingesetzter Drahtseele zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4; und Fig. 6 bis 12 eine schematische Schnittdarstellung des Sensors zur Verdeutlichung unterschiedlicher Messprinzipien.
In den Fig. 1 bis 3 ist eine Sensoranordnung, insbesondere ein Sensor 1, zum Erfassen der Bewegung einer Drahtseele 2 in einer Schweißanlage 3 gezeigt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schweißanlage 3 wird diese nur schematisch in Form von Funktionsblöcken dargestellt, die aus einem Schweißgerät 4, in dem ein Drahtvorrat 5 bzw. eine Drahtrolle und eine erste Drahtvorschubeinrichtung 6 angeordnet ist, einem Schlauchpaket 7 mit integriertem Draht-Pufferspeicher 8, einer weiteren Drahtvorschubeinrichtung 9 und einem Schweißbrenner 10 besteht. Die im Schweißgerät 4 angeordnete Drahtvorschubeinrichtung 6 zieht dabei den Schweißdraht 11 vom Drahtvorrat 5 und fördert diesen über die Drahtseele 2 zu einer weiteren Drahtvorschubeinrichtung 9 und von dieser über den Schweißbrenner 10 zum Schweißprozess . Bevorzugt ist der Sensor 1 unmittelbar vor der weiteren Drahtvorschubeinrichtung 9 angeordnet, wie dies schematisch in den Fig. 2 bis 5 dargestellt ist.
Bevorzugt wird der Sensor 1 zum Erfassen des Füllstandes bzw. Speichervolumens des Draht-Pufferspeichers 8 eingesetzt. Bei der dargestellten Schweißanlage 3 wird dabei ein spezieller Draht- Pufferspeicher 8 eingesetzt, bei dem die Drahtseele 2 mit dem Schweißdraht 11 zumindest in einem Teilbereich in einem Drahtführungsschlauch, mit wesentlich größerem Querschnitt bzw. Innendurchmesser als ein Querschnitt bzw. Außendurchmesser der Drahtseele 2 angeordnet ist. Das Speichervolumen des Draht-Pufferspeichers 8 ist durch den Querschnitt und die Länge des wesentlich größeren Drahtführungsschlauches definiert. Der Innendurchmesser oder Querschnitt des Drahtführungsschlauches ist mindestens l,5mal größer als der Außendurchmesser der Drahtseele 2. Der Drahtführungsschlauch kann helix-förmig bzw. spiral-för- mig im Schlauchpaket 7 verlaufen oder wird außerhalb des Schlauchpaketes 7 angeordnet. Die Drahtseele 2 ist dabei an einem Ende, bevorzugt im Bereich des Schweißgerätes 3 oder eines externen Drahtvorschubgerätes, befestigt bzw. fixiert, wobei das weitere Ende der Drahtseele 2 im Bereich des Schweißbrenners 10 bzw. der weiteren Drahtvorschubeinrichtung 9 frei beweglich ist. Somit ist es möglich, dass beispielsweise bei einer Förderrich- tungsumkehr der Drahtvorschubeinrichtung 9 die Drahtseele 2 mit dem Schweißdraht 11 in den Drahtführungsschlauch zurückverschoben werden kann, bzw. von diesem herausgezogen wird. Damit der Füllstand bzw. das Speichervolumen des Draht-Pufferspeichers 8 ermittelt werden kann, muss die Bewegung der Drahtseele 2 über eine Sensoranordnung erfasst werden.
Dazu weist die Sensoranordnung, insbesondere der Sensor 1, ein Gehäuse 12 auf, wobei sich die Drahtseele 2 direkt in das Gehäuse 12 erstreckt und im Gehäuse 12 ein Auswerteelement 13 angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass die Drahtseele 2 sich durch den Sensor 1, insbesondere dessen Gehäuse 12, hindurch erstreckt, wie dies in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 ersichtlich ist. Die Baugröße des Sensors 1 ist derart ausgelegt, dass der Sensor 1 in dem Schweißbrenner 10 oder in dem Schlauchpaket 7 angeordnet werden kann, wobei der Sensor 1 bevorzugt im Schweißbrenner 10, insbesondere im Brennergriff, angeordnet ist.
Weiters ist bei diesem Ausführungsbeispiel an der Drahtseele 2 ein Indikator 14 angeordnet, der starr mit der Drahtseele 2 verbunden ist. Der Indikator 14 besteht beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material. Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und 3 bildet der Indikator 14 den Abschluss der Drahtseele 2, wodurch die Drahtseele 2 mit dem abschließenden Indikator 14 im Sensor 1 endet. Um die Längsbewegung der Drahtseele 2 berührungslos ermitteln zu können, besteht das Auswerteelement 13 im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und 3 aus zumindest einer elektrischen Spule 15.
Weiters weist der Sensor 1 eine Auslaufdüse 16 für den Schweißdraht 11 auf, mit einer Öffnung, deren Durchmesser nur unwesentlich größer ist, als ein Durchmesser des Schweißdrahtes 11. Dadurch kann sich die Drahtseele 2 nicht durch die Auslaufdüse 16 erstrecken. Bevorzugt ist die Auslau düse 16 über ein Gewinde mit dem Gehäuse 12 verbunden, so dass diese leicht ausgetauscht werden kann und somit eine Anpassung der Auslaufdüse 16 an den jeweiligen Durchmesser des eingesetzten Schweißdrahtes 11 durchgeführt werden kann. Die Längsbewegung der Drahtseele 2 wird vom Sensor 1 nach dem Messprinzip der Induktionsänderung in der Spule 15 erfasst. Dieses Messprinzip ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf eine Funktionsbeschreibung nicht mehr näher eingegangen wird. In den Figuren 6 bis 12 sind unterschiedliche Messprinzipien schematisch dargestellt, die beispielsweise als Auswerteelement 13 zum Einsatz kommen können.
Bevorzugt wird der Sensor 1 zur Ermittlung des Füllstandes bzw. des Speichervolumens eines Draht-Pufferspeichers 8 eingesetzt. Selbstverständlich ist es möglich, dass der Sensor 1 auch für andere Zwecke, bei der eine Längsbewegung der Drahtseele 2 erfasst werden soll, eingesetzt wird. Der Sensor 1 wird mit einer Auswerteeinheit bzw. einer Steuervorrichtung des Schweißgerätes 4 über nicht dargestellte Leitungen verbunden, welche je nach Position der Drahtseele 2 bzw. des Indikators 14 im Gehäuse 12 den Füllstand des Draht-Pufferspeichers 8 ermittelt bzw. berechnet.
In den Fig. 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sensors 1 gezeigt. Dabei wird zum Unterschied des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels die Drahtseele 2 nunmehr durch das Gehäuse 12 des Sensors 1 geführt. Der Indikator 14 ist wiederum an der Drahtseele 2 befestigt und wird derart positioniert, dass dieser innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Sensor 1 nicht zwingend am Ende der Drahtseele 2 angeordnet werden muss, sondern an jeder beliebigen Stelle im Drahtfördersystem positioniert werden kann. Damit ist ein Einsatz des Sensors 1 auch bei jedem beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Schweißdrahtfördersystem sowie Draht-Pufferspeicher möglich.
In den nachfolgenden Figuren 6 bis 12 werden die unterschiedlichen Messprinzipien für den Einsatz des Auswerteelementes 13 dargestellt, wobei der Sensor 1 schematisch und vereinfacht in geschnittener Form dargestellt ist. Auf die exakte Funktionsbeschreibung der Messprinzipien wird dabei verzichtet, da diese aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt sind. Der Einsatz der Messverfahren ist sowohl bei den Ausführungsbeispielen gemäß - lü den Fig. 2, 3 als auch den Fig. 4, 5 möglich, also sowohl bei durchgehender als auch bei endender Drahtseele 2.
Bei der Figur 6 erfolgt die Wegmessung, also die Längsverschiebung der Drahtseele 2, durch Induktivitätsänderung in der Spule 15. Aufgrund der Verschiebung des Indikators 14 ändert sich die Induktivität der Spule 15, so dass die Position von einer angeschlossenen Auswerteeinheit bzw. Steuervorrichtung ermittelt werden kann.
Anstatt des Messprinzips der Induktivitätsänderung ist auch eine Anordnung mit Kapazitätsänderung möglich, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Dabei bewirkt eine Bewegung des Indikators 14 eine Änderung des Dielektrikums und somit eine Änderung der Gesamtkapazität, woraus wiederum auf die Position rückgeschlossen werden kann.
Eine Verstärkung des Ausgangssignals des Sensors 1 kann durch geeignete Anordnung zweier Spulen 15, gemäß Fig. 8, erreicht werden, wobei der Abstand der Spulen 15 der Größe bzw. Länge des Indikators 14 entspricht. Dabei wird das Auswerteelement 13 durch eine Wheatston' sehe Brückenschaltung zur differentiellen Auswertung des Messsignals gebildet. Bei einer derartigen Lösung wird die Störsicherheit des Sensors 1 wesentlich verbessert.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die beiden Spulen 15 unmittelbar benachbart angeordnet werden können, wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist. Es ist auch möglich, dass mehrere Spulen 15 angeordnet werden können.
Es ist auch möglich, das Auswerteelement 13 nach dem Transformatorprinzip, wie in Fig. 10 ersichtlich, aufzubauen, wobei eine Sendespule 17 und eine oder mehrere Empfangsspulen 15, 18 angeordnet sind. Durch die jeweilige Position des Indikators 14 werden in der Empfangsspule 15, 18 unterschiedliche magnetische Kopplungen hervorgerufen, so dass wiederum eine Auswertung der Position möglich ist.
Auch ist es möglich, eine optische Positionsbestimmung vorzunehmen, wie dies in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist. Bei diesen Ausführungsbeispielen wurde das Gehäuse 12 des Sensors 1 nicht dargestellt. Für das optische berührungslose Messprinzip sind Sende- und Empfangsdioden 19 und 20, d.h. Lichtquellen und lichtempfindliche Elemente angeordnet. Dabei kann ein Reflexions- oder Durchlichtprinzip eingesetzt werden. Beim Reflexionsprinzip sind die Sende- und Empfangsdioden 19 und 20 benachbart, gemäß Fig. 11, angeordnet und ist der Indikator 14 durch ein reflektierendes Material gebildet. Beim Durchlichtprinzip sind die Sende- und Empfangsdioden 19 und 20 gegenüberliegend, gemäß Fig. 12, angeordnet und ist die Drahtseele 2 bzw. der Indikator 14 zwischen diesen angeordnet. Beim Durchlichtprinzip ist es auch möglich, dass der Indikator 14 entfällt und die Positionsbestimmung je nach Abdeckung der Sende- und Empfangsdioden 19 und 20 ausgewertet wird.
Es ist auch möglich, die Auswerteeinheit direkt in das Gehäuse 12 zu integrieren, so dass vom Sensor 1, insbesondere der Auswerteeinheit, direkt die Position der Drahtseele 2 bzw. des Indikators 14 ausgegeben werden kann, die anschließend vom Schweißgerät 3 bzw. der Steuervorrichtung des Schweißgerätes 3 oder einer anderen Steuervorrichtung weiterverarbeitet werden kann.
Weiters ist es auch möglich, dass die Drahtseele 2 vor dem Sensor 1 endet und nur der Indikator 14 in den Sensor 1 hineinragt bzw. dass ein spezielles Abschlusselement mit der Drahtseele 2 gekoppelt ist, auf dem der Indikator 14 angeordnet ist. Dadurch wäre es möglich, dass die Drahtseele 2 beispielsweise durch eine Spiralfeder ausgebildet wird, die vor dem Sensor 1 endet und anschließend das Abschlusselement aus einem magnetisch nicht leitenden Teil mit darauf angeordnetem Indikator 14, bei Verwendung des Induktionsmessverfahrens, mit der Drahtseele 2 gekoppelt wird.

Claims

Patentansprüche:
1. Sensoranordnung zum Erfassen der Bewegung einer Drahtseele (2) in einer Schweißanlage (3), durch welche Drahtseele (2) ein Schweißdraht (11) zwischen zwei Drahtvorschubeinrichtungen (6,
9) geführt ist, mit einem, den Schweißdraht (11) umgebenden Sensor (1) mit einem Gehäuse (12) und einem Auswerteelement (13) , dadurch gekennzeichnet, dass ein Indikator (14) vorgesehen ist, welcher durch die Drahtseele (2) gebildet wird oder mit der Drahtseele (2) verbunden ist, welcher Indikator (14) im Sensor (1) in Längsrichtung kraftfrei verschiebbar ist, und dass das Auswerteelement (13) im Gehäuse (12) angeordnet ist.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) vor einer Drahtvorschubeinrichtung (9) und bevorzugt nach einem zwischen den Drahtvorschubeinrichtungen (6, 9) liegenden Draht-Pufferspeicher (8) angeordnet ist, so dass über die Längsbewegung der Drahtseele (2) der Füllstand bzw. das Speichervolumen des Draht-Pufferspeichers (8) erfassbar ist.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) unmittelbar vor der Drahtvorschubeinrichtung (6, 9) oder unmittelbar nach dem Draht-Pufferspeicher (8) angeordnet ist.
4. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) mit einer Auswerteeinheit bzw. einer Steuervorrichtung der Schweißanlage (3) bzw. des Schweißgerätes (4) verbindbar ist.
5. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) mit einer Drahtvorschubeinrichtung (6, 9) verbunden ist, so dass der Drahtvorschub entsprechend dem Füllstand bzw. Speichervolumen des Draht- Pufferspeichers (8) regelbar ist.
6. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) in einem Schweißbrenner (10) , insbesondere in einem Brennergriff oder in einem Schlauchpaket (7) angeordnet ist.
7. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator (14) fest mit der Drahtseele (2) verbunden ist.
8. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator (14) lösbar mit der Drahtseele (2) verbunden ist.
9. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mit dem Indikator verbundene Drahtseele (2) durch den Sensor (1) hindurch erstreckt.
10. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator (14) den Abschluss der Drahtseele (2) bildet, und dass die Drahtseele (2) mit dem abschließenden Indikator (14) im Sensor (1) endet.
11. Sensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) eine Auslaufdüse (16) für den Schweißdraht (11) aufweist.
12. Sensoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslaufdüse (16) mit dem Gehäuse (12) des Sensors (1) lösbar verbunden ist.
13. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator (14) aus fer- romagnetischem Material besteht.
14. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerteelement (13) aus zumindest einer elektrischen Spule (15) besteht.
15. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerteelement (13) durch mehrere Lichtquellen, insbesondere Sendedioden (19) und gegenüberliegende lichtempfindliche Elemente, insbesondere Empfangsdioden (20) , gebildet ist, zwischen welchen die den Indikator (14) bildende Drahtseele (2) bzw. der mit der Drahtseele (2) verbundene Indikator (14) angeordnet ist.
16. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator (14) durch ein lichtreflektierendes Material gebildet ist und das Auswerteelement (13) durch mehrere Lichtquellen, insbesondere Sendedioden (19) mit benachbart angeordneten lichtempfindlichen Elementen, insbesondere Empfangsdioden (20), gebildet ist.
17. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit bzw. Steuervorrichtung im Gehäuse (12) des Sensors (1) angeordnet ist.
18. Schweißanlage mit einem Schweißgerät (4), einem Schlauchpaket (7) und einem Schweißbrenner (10), wobei das Schlauchpaket (7) den Schweißbrenner (10) mit dem Schweißgerät (4) verbindet, wobei zwischen zwei Drahtvorschubeinrichtungen (6, 9) eine als Draht-Pufferspeicher (8) ausgebildete Vorrichtung zum Puffern eines innerhalb einer Drahtseele (2) geführten Schweißdrahtes und wobei weiters ein Sensor (1) zur berührungslosen Messung der Bewegung der Drahtseele (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist.
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