DE112015001302T5

DE112015001302T5 - Fusspedal mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten

Info

Publication number: DE112015001302T5
Application number: DE112015001302.4T
Authority: DE
Inventors: Edward A. Enyedy; William Delvon Wilder
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2017-01-12
Also published as: WO2015140625A1; CN106104405A; US20150266125A1

Abstract

Systeme (1300, 700), Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen von erweiterten Steuerungsmöglichkeiten in einer Fußpedalvorrichtung, die zum Lichtbogenschweißen verwendet wird. Die Fußpedalvorrichtung (110, 410) ist dafür konfiguriert, mit einer Schweißstromquelle (120, 420) verbunden zu werden und einen oder mehrere auswählbare Betriebmodi bereitzustellen, die es einem Schweißer erlauben, eine oder mehrere Wellenformeigenschaften einer Ausgangsschweißwellenform zu steuern. Die erweiterte Steuerungslogik zum Steuern der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften befindet sich in der Fußpedalvorrichtung (110, 410) und spricht auf eine niedergetretene Position der Fußpedalvorrichtung (110, 410) an. Eine solche Fußpedalvorrichtung (110, 410), die erweiterte Steuerungsmöglichkeiten aufweist, erlaubt eine erweiterte Echtzeitsteuerung des Ausgangssignals einer einfachen Schweißstromquelle (120, 420) während eines Schweißprozesses.

Description

Diese US-Patentanmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/954,681, eingereicht am 18. März 2014, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten zur Verwendung beim Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1, ein Schweißsystem nach Anspruch 7 und ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 11. Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen das Lichtbogenschweißen. Genauer gesagt, betreffen bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten und Verfahren zu ihrer Verwendung als Teil eines Schweißsystems.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fußpedalvorrichtungen werden oft in bestimmten Lichtbogenschweißanwendungen (beispielsweise GTAW-Schweißanwendungen) verwendet, um es einem Nutzer zu erlauben, den Ausgangsstrom von einer Schweißstromquelle während eines Schweißprozesses zu steuern. Die Fußpedalvorrichtung kann ein eingebautes Potentiometer haben, das einen Widerstandswert ändert, wenn die Fußpedalvorrichtung niedergetreten wird. Wenn zum Beispiel die Fußpedalvorrichtung überhaupt nicht niedergetreten wird, so kann der Widerstand des Potentiometers 10 Ohm betragen. Wenn die Fußpedalvorrichtung vollständig niedergetreten wird, so kann der Widerstand des Potentiometers 100 Ohm betragen. Die Werte von Potentiometerwiderständen können sich linear oder nicht-linear zwischen 10 Ohm und 100 Ohm ändern, während das Fußpedal um verschiedene Beträge niedergetreten wird.
Eine Schweißstromquelle, die mit der Fußpedalvorrichtung wirkverbunden ist, erfühlt einfach den Widerstandswert des Potentiometers (entsprechend dem Betrag, den das Fußpedal niedergetreten wird) und ändert einen Schweißausgangsstrompegel entsprechend. Zum Beispiel kann ein Widerstandswert von 10 Ohm von der Fußpedalvorrichtung einem Schweißausgangsstrom von 10 Ampere entsprechen, und ein Widerstandswert von 100 Ohm von der Fußpedalvorrichtung kann einem Schweißausgangsstrom von 100 Ampere entsprechen. Eine solche einfache Fußpedalvorrichtung kann in einigen Anwendungen von beschränktem Wert sein und ist möglicherweise nur dann sinnvoll, wenn sie mit einer Schweißstromquelle verwendet wird, die über signifikante Steuerungsmöglichkeiten der Schweißausgangsleistung verfügt.
Weitere Einschränkungen und Nachteile herkömmlicher, traditioneller und vorgeschlagener Lösungsansätze erkennt der Fachmann durch Vergleichen solcher Systeme und Verfahren mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im übrigen Teil der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt sind.
BESCHREIBUNG
Um das Schweißen bei Verwendung eines Fußpedals zu verbessern, und um die Einschränkungen und Nachteile zu überwinden, werden eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten zur Verwendung beim Lichtbogenschweißen nach Anspruch 1 und ein System zum Schweißen nach Anspruch 7 sowie ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 11 beschrieben. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche. In einer Ausführungsform wird eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten bereitgestellt, die ein vom Nutzer niedertretbares Fußpedal, Steuerschaltungen und Ausgabeschnittstellenschaltungen aufweist. Die Steuerschaltungen sind dafür konfiguriert, ein Schweißwellenform-Steuersignal zu generieren, das eine oder mehrere Wellenformeigenschaften aufweist, die sich mit einer niedergetretenen Fußpedalposition des vom Nutzer niedertretbaren Fußpedals ändern. Die Ausgabeschnittstellenschaltungen sind mit den Steuerschaltungen wirkverbunden und sind dafür konfiguriert, eine Kommunikationsschnittstelle zu einer Schweißstromquelle bereitzustellen, um das Schweißwellenform-Steuersignal von der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten zu der Schweißstromquelle zu übertragen. Das Schweißwellenform-Steuersignal wird so formuliert, dass es eine Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle auf der Basis der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften beeinflusst. Die eine oder die mehreren Wellenformeigenschaften können eines oder mehrere von Folgendem enthalten: eine gepulste Frequenz, einen gepulsten Spitzenausgangspegel, eine Wechselstrombalance und einen Wechselstromversatz, oder einen Spitze-zu-Hintergrund-Bereich (Spitze-zu-Untergrund-Bereich). Die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten kann eine Benutzerschnittstelle enthalten, die dafür konfiguriert ist, es einem Nutzer zu erlauben, einen Betriebmodus unter mehreren Betriebmodi auszuwählen, wobei ein Betriebmodus definiert, wie eine oder mehrere Wellenformeigenschaften des Schweißwellenform-Steuersignals sich mit niedergetretener Fußpedalposition ändern. Die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten kann Eingabeschnittstellenschaltungen enthalten, die mit den Steuerschaltungen wirkverbunden sind und dafür konfiguriert sind, Eingangsinformationen von dem niedertretbaren Fußpedal und/oder der Benutzerschnittstelle zu empfangen. Die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten kann einen digitalen Kommunikationsport enthalten, der dafür konfiguriert ist, eine Kommunikation zwischen der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten und einer Personalcomputervorrichtung zu ermöglichen. Die Eingabeschnittstellenschaltungen können dafür konfiguriert sein, Eingangsinformationen von dem digitalen Kommunikationsport zu empfangen. Die Ausgabeschnittstellenschaltungen können dafür konfiguriert sein, eine Drahtloskommunikationsschnittstelle zu der Schweißstromquelle bereitzustellen. Die Drahtloskommunikationsschnittstelle kann eine Hochfrequenzkommunikationsschnittstelle, eine Infrarotkommunikationsschnittstelle oder eine Ultraschallkommunikationsschnittstelle sein.
In einer Ausführungsform wird ein System bereitgestellt, das eine Schweißstromquelle, eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten, die mit der Schweißstromquelle wirkverbunden ist, und ein Schweißwerkzeug, das mit der Schweißstromquelle wirkverbunden ist, aufweist. Die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten enthält ein von einem Nutzer niedertretbares Fußpedal, Steuerschaltungen und Ausgabeschnittstellenschaltungen. Die Steuerschaltungen sind dafür konfiguriert, ein Schweißwellenform-Steuersignal mit einer oder mehreren Wellenformeigenschaften zu generieren, die sich mit einer niedergetretenen Fußpedalposition des vom Nutzer niedertretbaren Fußpedals ändern. Die Ausgabeschnittstellenschaltungen sind mit den Steuerschaltungen wirkverbunden und sind dafür konfiguriert, eine Kommunikationsschnittstelle zu einer Schweißstromquelle bereitzustellen, um das Schweißwellenform-Steuersignal von der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten zu der Schweißstromquelle zu übertragen. Das Schweißwellenform-Steuersignal wird so formuliert, dass es eine Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle auf der Basis der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften beeinflusst. Eine Form eines Schweißwellenformstroms der Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle kann direkt einer Form des Schweißwellenform-Steuersignals folgen. Eine Form einer Schweißwellenformspannung der Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle kann direkt einer Form des Schweißwellenform-Steuersignals folgen. Die Schweißstromquelle kann eine Steuereinheit enthalten, die dafür konfiguriert ist, das Schweißwellenform-Steuersignal der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten zu empfangen. Die Schweißstromquelle kann einen Drahtlosempfänger enthalten, der dafür konfiguriert ist, das Schweißwellenform-Steuersignal von der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten drahtlos zu empfangen. Die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten kann dafür konfiguriert sein, ein definiertes Absenken eines Schweißwellenformstroms der Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle über das Schweißwellenform-Steuersignal zu befehlen, wenn ein Nutzer vollständig das vom Nutzer niedertretbare Fußpedal der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten frei gibt.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren enthält das Generieren eines Schweißwellenform-Steuersignals, das eine oder mehrere Wellenformeigenschaften aufweist, mit einer Fußpedalvorrichtung in Reaktion auf das Aktivieren der Fußpedalvorrichtung zu einer ersten niedergetretenen Fußpedalposition. Das Verfahren enthält des Weiteren das Ausgeben des Schweißwellenform-Steuersignals aus der Fußpedalvorrichtung an eine Schweißstromquelle, um eine Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle auf der Basis der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften zu beeinflussen. Das Verfahren enthält außerdem das Ändern mindestens einer der einen oder mehreren Wellenformeigenschaften des Schweißwellenform-Steuersignals in Reaktion auf das Aktivieren der Fußpedalvorrichtung zu einer zweiten niedergetretenen Fußpedalposition. Das Verfahren kann außerdem das Übermitteln des Schweißwellenform-Steuersignals von der Fußpedalvorrichtung zu der Schweißstromquelle enthalten, um die Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle auf der Basis der einen oder der mehreren geänderten Wellenformeigenschaften zu beeinflussen. Die eine oder die mehreren Wellenformeigenschaften können eines oder mehrere von Folgendem enthalten: eine gepulste Frequenz, einen gepulsten Spitzenausgangspegel, eine Wechselstrombalance und einen Wechselstromversatz, oder einen Spitze-zu-Hintergrund-Bereich. Das Schweißwellenform-Steuersignal kann von der Fußpedalvorrichtung zu der Schweißstromquelle drahtlos übermittelt werden. Das Verfahren kann des Weiteren das Bereitstellen einer Schutzgas-Vorströmungsfunktionalität enthalten, wobei man Schutzgas von einer Gaszufuhr über einen zuvor festgelegten Zeitraum strömen lässt, bevor die Schweißstromquelle beginnt, die Schweißausgangsleistung auszugeben, um einen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück, die mit der Schweißstromquelle wirkverbunden sind, zu erzeugen. Das Verfahren kann außerdem das Bereitstellen einer Schutzgas-Nachströmungsfunktionalität enthalten, wobei man Schutzgas von einer Gaszufuhr über einen zuvor festgelegten Zeitraum strömen lässt, nachdem die Schweißstromquelle die Ausgabe der Schweißausgangsleistung beendet hat, um zu bewirken, dass ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück, die mit der Schweißstromquelle wirkverbunden sind, erlischt.
Details von veranschaulichten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen noch besser verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Schaubild einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems, das eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten aufweist, in leitungsgebundener Kommunikation mit einer Schweißstromquelle;
2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform der Schweißstromquelle, die in dem System von 1 verwendet wird, wobei mehrere Steuerungsknöpfe und Schnittstellen gezeigt sind;
3 veranschaulicht ein Blockschaubild eines Abschnitts des Systems von 1, wobei eine beispielhafte Ausführungsform gezeigt ist, wie die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten mit der Schweißstromquelle wirkverbunden ist;
4 veranschaulicht ein Schaubild einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems, das eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten aufweist, in drahtloser Kommunikation mit einer Schweißstromquelle;
5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten, die verschiedene Eingabeschnittstellen zeigt;
6 veranschaulicht ein Blockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten von 5;
7 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens, wie die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten von 5 und 6 arbeitet, wenn sie in dem System von 1 oder 4 verwendet wird;
8 veranschaulicht eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals), das durch die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten während eines ersten ausgewählten Betriebmodus im zeitlichen Verlauf konstant gehalten wird;
9 veranschaulicht eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals), das durch die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten während eines zweiten ausgewählten Betriebmodus geändert wird;
10 veranschaulicht eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals), das durch die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten während eines dritten ausgewählten Betriebmodus geändert wird;
11 veranschaulicht eine vierte beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals), das durch die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten während eines vierten ausgewählten Betriebmodus geändert wird;
12 veranschaulicht eine fünfte beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals), das durch die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten während eines fünften ausgewählten Betriebmodus geändert wird; und
13 veranschaulicht ein Schaubild einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems, das eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten aufweist und Vorströmungs- und Nachströmungsabschirmung bereitstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das Folgende sind Definitionen beispielhafter Begriffe, die innerhalb der Offenbarung verwendet werden können. Sowohl die Einzahl- als auch die Mehrzahlform aller Begriffe fallen in den Rahmen der jeweiligen Bedeutung:
„Software” oder „Computerprogramm” im Sinne des vorliegenden Textes beinhaltet beispielsweise eine oder mehrere computerlesbare und/oder -ausführbare Anweisungen, die einen Computer oder eine andere elektronische Vorrichtung veranlassen, gewünschte Funktionen oder Aktionen auszuführen und/oder sich in einer gewünschten Weise zu verhalten. Die Anweisungen können in verschiedenen Formen verkörpert sein, wie zum Beispiel Routinen, Algorithmen, Modulen oder Programmen, die separate Anwendungen oder Code von dynamisch verlinkten Bibliotheken enthalten. Software kann ebenfalls in verschiedenen Formen implementiert werden, wie zum Beispiel als ein eigenständiges Programm, ein Funktionsaufruf, ein Servlet, ein Applet, eine Anwendung, Anweisungen, die in einem Speicher gespeichert sind, ein Teil eines Betriebssystems oder irgend eine andere Art von ausführbaren Anweisungen. Dem Durchschnittsfachmann leuchtet ein, dass die Form der Software zum Beispiel von den Anforderungen einer gewünschten Anwendung, der Umgebung, in der sie abläuft, und/oder den Vorstellungen eines Designers oder Programmierers oder dergleichen abhängig ist.
„Computer” oder „Verarbeitungsvorrichtung” oder „Computervorrichtung” oder „Prozessor” im Sinne des vorliegenden Textes beinhaltet beispielsweise eine beliebige programmierte oder programmierbare elektronische Vorrichtung, die Daten speichern, abrufen und verarbeiten kann. „Nicht-transitorische computerlesbare Medien” beinhalten beispielsweise eine CD-ROM, eine Flash-Wechselspeicherkarte, ein Festplattenlaufwerk, ein Magnetband und eine Floppydisk.
„Computerspeicher” meint im Sinne des vorliegenden Textes eine Speichervorrichtung, die dafür konfiguriert ist, digitale Daten oder Informationen zu speichern, die durch einen Computer oder ein Verarbeitungselement abgerufen werden können.
Die Begriffe „Signal”, „Daten” und „Informationen” können im vorliegenden Text austauschbar verwendet werden und können in digitaler oder analoger Form vorliegen.
Der Begriff „Steuereinheit” wird im vorliegenden Text in einem weiten Sinne verwendet und kann alles sein: von einer einfachen Schaltvorrichtung über einen oder mehrere Prozessoren, die Computer-ausführbare Software-Instruktionen in einer Schweißstromquelle ausführen, bis zu komplexen programmierbaren und/oder nicht-programmierbaren Logikschaltungen.
Der Begriff „Funktionalität” kann im Sinne des vorliegenden Textes die logischen Aktionen und unterstützenden Anzeigeschirme eines System meinen, die in Software und/oder Hardware implementiert sind.
Obgleich verschiedene Ausführungsformen im vorliegenden Text mit Bezug auf eine Fußpedalvorrichtung beschrieben sind, versteht es sich, dass, in anderen Ausführungsformen, die Fußpedalvorrichtung die Form einer handgehaltenen Fernbedienung (oder eines anderen Formfaktors) annehmen kann, die nicht dafür konfiguriert ist, durch Niedertreten eines Fußpedals aktiviert zu werden, sondern die erweiterte Steuerungsmöglichkeiten, wie im vorliegenden Text beschrieben, enthält. Im vorliegenden Text werden Systeme, Verfahren und Vorrichtungen offenbart, die erweiterte Steuerungsmöglichkeiten in einer Fußpedalvorrichtung bereitstellen, die zum Lichtbogenschweißen verwendet wird. Die Fußpedalvorrichtung ist dafür konfiguriert, mit einer Schweißstromquelle verbunden zu werden und einen oder mehrere auswählbare Betriebmodi bereitzustellen, die es einem Schweißer erlauben, eine oder mehrere Wellenformeigenschaften einer Ausgangsschweißwellenform zu steuern. Die erweiterte Steuerungslogik zum Steuern der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften befindet sich in der Fußpedalvorrichtung und spricht auf eine niedergetretene Position der Fußpedalvorrichtung an. Eine solche Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten erlaubt eine erweiterte Echtzeitsteuerung des Ausgangssignals einer einfachen (d. h. kostengünstigen) Schweißstromquelle während eines Schweißprozesses. Zum Beispiel kann eine Schweißstromquelle, die dafür konfiguriert ist, einen einfachen Gleichstromausgangspegel bereitzustellen, für einen gepulsten Schweißprozess verwendet werden, wenn sie gemäß einer Ausführungsform in Verbindung mit einer Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (Advanced Controls Foot Pedal, ACFP) verwendet wird. Die ACFP-Vorrichtung erlaubt es einem Nutzer, das niedertretbare Fußpedal in einer konstanten niedergetretenen Position zu halten und das ACFP ein Impulswellenform-Steuersignal oder irgend ein anderes Spezialwellenform-Steuersignal, das eine oder mehrere Wellenformeigenschaften aufweist, ausgeben zu lassen.
Um eine beispielhafte Ausführungsform in einen Kontext zu stellen, veranschaulicht 1 ein Schaubild einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems 100 (beispielsweise eines Gas-Wolfram-Lichtbogenschweiß(GTAW oder WIG)-Systems) mit einer Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110 in leitungsgebundener Kommunikation (über ein Kabel 180) mit einer Schweißstromquelle 120. 2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform der Schweißstromquelle 120, die in dem System von 1 verwendet wird, wobei mehrere Steuerungsknöpfe und Schnittstellen gezeigt sind. Das System enthält außerdem ein Schweißwerkzeug 130 (beispielsweise einen Elektrodenhalter, der eine nicht-aufzehrbare WIG-Schweißelektrode hält), das mit der Schweißstromquelle 120 wirkverbunden ist. Das System enthält des Weiteren einen Gasversorgungsbehälter 140, der mit dem Schweißwerkzeug 130 wirkverbunden ist.
Die Schweißstromquelle 120 enthält eine Steuereinheit 125, die einfach oder komplex sein oder irgendwo dazwischen liegen kann. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 125 gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine einfache Schaltvorrichtung, ein oder mehrere Prozessoren, die Computer-ausführbare Software-Instruktionen ausführen, oder einfache oder komplexe programmierbare oder nicht-programmierbare Logikschaltungen sein. Jedoch können es die erweiterten Steuerungsmöglichkeiten, die durch die ACFP-Vorrichtung 110 bereitgestellt werden, selbst den simpelsten (beispielsweise kostengünstigsten) Schweißstromquellen erlauben, durch einen Schweißer wie eine High-End-Schweißstromquelle betrieben zu werden.
In einer Ausführungsform kann das System 100 dafür verwendet werden, eine WIG-Schweißoperation an einem Werkstück 150 unter Verwendung eines Fülldrahtes 160 auszuführen. In einer solchen WIG-Schweißausführungsform wird eine Koaleszenz von Metallen (von dem Fülldraht 160 und dem Werkstück 150) durch Erwärmen der Metalle mit einem elektrischen Lichtbogen zwischen einer Wolfram-Elektrode 170 (nicht-aufzehrbaren Elektrode) und dem Werkstück 150 gebildet. Die Abschirmung der Wolfram-Elektrode 170, des Lichtbogens und der resultierenden Schweißpfütze wird durch ein Gas (beispielsweise ein Inertgas oder ein Gemisch von Inertgasen) aus dem Gasversorgungsbehälter 140 besorgt. Andere Ausführungsformen des Systems 100 können dafür konfiguriert sein, andere Lichtbogenschweißoperationen (beispielsweise Gas-Metall-Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer aufzehrbaren Elektrode) unter Verwendung der Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110 auszuführen.
3 veranschaulicht ein Blockschaubild eines Abschnitts des Systems 100 von 1, wobei eine beispielhafte Ausführungsform gezeigt ist, wie die Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110 mit der Schweißstromquelle 120 wirkverbunden ist. Die Schweißstromquelle ist mit einem Wechselstromenergienetz 310 verbunden (beispielsweise an eine Netzsteckdose angesteckt). Die Schweißstromquelle 120 enthält einen Transformator 121, der mit einem Gleichrichter 122 wirkverbunden ist, um einen Gleichstrom an den Zwischenzuleitungen 123 und 124 zu erzeugen, die in eine Steuereinheit 125 führen, die einen einfachen elektrischen Schalter 126 enthält, der mit einem einfachen Logikschaltkreis 127 verbunden ist. Der elektrische Schalter 126 stellt Ausgangsleitungen 128 und 129 bereit, die mit der Elektrode 170 bzw. dem Werkstück 150 verbunden sind. Der Strom des Schweißprozesses in dem Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück wird mindestens teilweise durch ein Fußpedalausgangssignal 320 (auch als Schweißwellenform-Steuersignal bezeichnet) von der ACFP-Vorrichtung 110 zu der Steuereinheit 125 bestimmt. Eigenschaften des Signals 310 können durch einen Schweißer variiert werden, indem er zum Beispiel ein Pedal der ACFP-Vorrichtung 110 niedertritt.
Als ein Beispiel – unter Bezug auf 2 und 3 – kann ein Schweißer einen Steuerknopf auf der Vorderseite der Schweißstromquelle 120 auf einen „Gleichstrom+”- oder „Gleichstrom–”-Schweißausgangsstrompegel (beispielsweise 75 Ampere Gleichstrom+) einstellen. Der Logikschaltkreis 127 realisiert die vom Schweißer ausgewählte Einstellung des Schweißausgangsstrompegels innerhalb der Schweißstromquelle 120. Der Schweißer kann dann die ACFP-Vorrichtung 110 verwenden, um ein gepulstes Signal 320 an die Steuereinheit 125 zu senden, um den elektrischen Schalter 126 zu veranlassen, sich mit einer definierten Frequenz zwischen 0 Ampere und den eingestellten 75 Ampere ein- und auszuschalten, wodurch der Schweißausgangsstrom veranlasst wird, gemäß dem gepulsten Fußpedalausgangssignal 320 zu pulsen.
Wenn der Schweißer die niedergetretene Pedalposition der ACFP-Vorrichtung 110 ändert, so kann sich die Pulsationsfrequenz gemäß einer Ausführungsform ändern. Auf diese Weise kann eine justierbare Pulsationsfähigkeit bereitgestellt werden, wenn eine Schweißstromquelle verwendet wird, die keine inhärente Pulsationsfähigkeit bereitstellt. Die ACFP-Vorrichtung 110 kann dafür konfiguriert sein, auch andere Signalisierungsfähigkeiten außer nur einer frequenzjustierbaren Pulsation bereitzustellen, wie später im vorliegenden Text mit Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben wird.
4 veranschaulicht ein Schaubild einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems 400 mit einer Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 410 in drahtloser Kommunikation mit einer Schweißstromquelle 420. Das System 400 ähnelt dem System 100 von 1, außer dass die ACFP-Vorrichtung 410 drahtlos mit der Schweißstromquelle 420 anstatt über ein Kabel 180 kommuniziert. Die Schweißstromquelle 420 enthält einen Drahtlosempfänger 425, der mit der Steuereinheit 125 wirkverbunden ist und dafür konfiguriert ist, ein drahtloses Fußpedalausgangssignal 430 (auch als Schweißwellenform-Steuersignal bezeichnet) von der ACFP-Vorrichtung 410 zu empfangen.
Die ACFP-Vorrichtung 410 ist dafür konfiguriert, das drahtlose Signal 430 (beispielsweise über einen Drahtlossender) zu übertragen. Das drahtlose Signal 430 kann ein Hochfrequenz(HF)-Signal sein, das durch Technologien wie zum Beispiel Wi-Fi^TM Bluetooth^TM oder ZigBee^TM generiert wird. Alternativ kann das drahtlose Signal 430 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein Infrarotsignal, ein Ultraschallsignal oder irgend eine andere Art von Signal sein. Eine solche drahtlose ACFP-Vorrichtung kann mehr Flexibilität bei der Systemeinrichtung erlauben.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110, die verschiedene Eingabeschnittstellen zeigt. Die ACFP-Vorrichtung 110 enthält eine Basis 510, ein niedertretbares Fußpedal 520 (beispielsweise ein federbelastetes Fußpedal), einen digitalen Kommunikationsport (beispielsweise einen Universal Serial Bus(USB)-Port) 530, eine Benutzerschnittstelle beispielsweise in Form einer Reihe von Druckknöpfen oder Kippschaltern 540, einen Druckknopf 550 und einen Ausgangsport 560. Ein Ende des Kabels 180 ist dafür konfiguriert, mit dem Ausgangsport 560 verbunden zu werden, und das andere Ende des Kabels 180 ist dafür konfiguriert, mit einem Eingangsport einer Schweißstromquelle verbunden zu werden. Ein Fußpedalausgangssignal (Schweißwellenform-Steuersignal) der ACFP-Vorrichtung 110 kann aus dem Ausgangsport 560 zu der Schweißstromquelle über das Kabel 180 (siehe beispielsweise 1) ausgegebenen werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird das Fußpedalausgangssignal von der ACFP-Vorrichtung 110 drahtlos an die Schweißstromquelle übertragen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Druckknopf 550 zum Beispiel dafür verwendet werden, eine stärkere Reinigungswirkung an dem Werkstück in Gang zu setzen, obgleich andere Wellenformparameter die gleichen bleiben. Alternativ kann das niedertretbare Fußpedal 520 dafür konfiguriert sein, von einer Seite zur anderen gewippt werden, um eine stärkere Reinigungswirkung an dem Werkstück in Gang zu setzen, obgleich andere Wellenformparameter die gleichen bleiben. Solche Ausführungsformen können erfordern, dass ein Schweißer über beträchtliche Erfahrung im Umgang mit Fußpedalen verfügt. Gemäß anderen Ausführungsformen können auch andere Effekte (außer der Realisierung einer stärkeren Reinigungswirkung) durch den Druckknopf 550 oder durch Wippen des Fußpedals 520 von einer Seite zur anderen bereitgestellt werden.
Der USB-Port 530 kann über ein (nicht gezeigtes) USB-Kabel mit einer (nicht gezeigten) Personalcomputervorrichtung verbunden sein, um programmierte Betriebmodi von der Personalcomputervorrichtung zu der ACFP-Vorrichtung 110 herunterzuladen. Die verschiedenen Betriebmodi können über der Reihe von Benutzerschnittstellen-Druckknöpfen oder -Kippschaltern 540 ausgewählt werden. Wie zum Beispiel in 5 zu sehen, sind acht Druckknöpfe an der Seite des Fußpedals 520 gezeigt. Jeder Druckknopf kann einem anderen Betriebmodus entsprechen, den ein Nutzer (Schweißer) auswählen kann. Als ein Beispiel kann der erste Druckknopf „1” die Auswahl eines ersten Betriebmodus erlauben, der das Fußpedalausgangssignal 320 (siehe 3) bereitstellt, das ein Rechteckwellensignal darstellt, dessen Frequenz justiert werden könnte, indem man die niedergetretene Position des Fußpedals 520 verändert. Die anderen Druckknöpfe können dafür konfiguriert sein, andere Betriebmodi auszuwählen, die andere Fußpedalausgangssignale bereitstellen, die später noch im vorliegenden Text besprochen werden. Alternativ können die verschiedenen Betriebmodi innerhalb der ACFP-Vorrichtung – zum Beispiel werkseitig – vorprogrammiert oder vorimplementiert sein. In einer solchen alternativen Ausführungsform braucht die ACFP-Vorrichtung keinen USB-Port zu haben. Im Allgemeinen definiert ein Betriebmodus, wie eine oder mehrere Wellenformeigenschaften des Schweißwellenform-Steuersignals sich mit niedergetretener Fußpedalposition ändern.
6 veranschaulicht ein Blockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform der Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110 von 5. Die ACFP-Vorrichtung 110 enthält Eingabeschnittstellenschaltungen 610, Steuerschaltungen 620 und Ausgabeschnittstellenschaltungen 630. Die Eingabeschnittstellenschaltungen 610 sind dafür konfiguriert, Eingaben entsprechend der Pedalposition (beispielsweise einen Potentiometerwert), der Einstellung der Betriebmodi über die Benutzerschnittstellen (beispielsweise Druckknöpfe oder Kippschalter) und den USB-Eingaben entgegenzunehmen.
Die Steuerschaltungen 620 sind dafür konfiguriert, die USB-Eingaben, wie zum Beispiel programmierte Daten und Instruktionen (beispielsweise Computer-ausführbare Instruktionen) von den Eingabeschnittstellenschaltungen 610 entgegenzunehmen und die USB-Eingaben in einem Computerspeicher der Steuerschaltungen 620 zu speichern. Die USB-Eingaben und die Fähigkeit, Daten und Software von einer Personalcomputervorrichtung herunterzuladen, kann optional sein. Zum Beispiel können die Steuerschaltungen 620 statt dessen werkseitig so vorkonfiguriert (beispielsweise vorprogrammiert) werden, dass die Steuerschaltungen keine weitere Programmierung oder Konfigurierung erfordert.
Die Steuerschaltungen 620 sind außerdem dafür konfiguriert, Signale oder Daten entgegenzunehmen, die den ausgewählten Betriebmodus und die Pedalposition darstellen, und Signale oder Daten zu erzeugen, die für ein Fußpedal-Ausgangssignal stehen. Die Steuerschaltungen können gemäß verschiedenen Ausführungsformen Hardware-gesteuert oder Software-gesteuert sein. Zum Beispiel können die Steuerschaltungen in einer Ausführungsform eine Verarbeitungsvorrichtung enthalten, die dafür konfiguriert ist, einen Software-implementierten Algorithmus 625 in Form von Computer-ausführbaren Instruktionen auszuführen.
Der Software-implementierte Algorithmus kann in Abhängigkeit von dem ausgewählten Betriebmodus und der niedergetretenen Fußpedalposition arbeiten, um Signale oder Daten zu generieren, die für ein Fußpedal-Ausgangssignal stehen, das bestimmte Schweißwellenform-Steuersignaleigenschaften aufweist. Der Software-implementierte Algorithmus kann einfach oder komplex sein. Zum Beispiel kann ein komplexer Software-implementierter Algorithmus mehrere Eigenschaften eines Schweißwellenform-Steuersignals ändern, das von der Fußpedalvorrichtung 110 ausgegeben wird, wenn die niedergetretene Fußpedalposition durch einen Schweißer geändert wird, um eine Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht zu ändern.
Die Ausgabeschnittstellenschaltungen 630 stellen eine Kommunikationsschnittstelle bereit, die dafür konfiguriert ist, die Signale oder Daten, die für ein Fußpedal-Ausgangssignal stehen, in ein Übertragungsformat umzuwandeln, das von dem Ausgangsport 560 der ACFP-Vorrichtung 110 zu einer Schweißstromquelle als das tatsächliche Fußpedalausgangssignal übermittelt werden kann. Das Übertragungsformat des Fußpedalausgangssignals kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein analoges Übertragungsformat oder ein digitales Übertragungsformat sein, das mit der Schweißstromquelle 120 kompatibel ist. Die Ausgabeschnittstellenschaltungen können dafür konfiguriert sein, in einer Ausführungsform eine leitungsgebundene Kommunikationsschnittstelle bereitzustellen oder in einer anderen Ausführungsform eine Drahtloskommunikationsschnittstelle bereitzustellen. Die Drahtloskommunikationsschnittstelle kann eine Hochfrequenzkommunikationsschnittstelle, eine Infrarotkommunikationsschnittstelle oder eine Ultraschallkommunikationsschnittstelle sein.
Gemäß einer Ausführungsform folgt die Form der Schweißausgangswellenform (beispielsweise Strom oder Spannung) der Schweißstromquelle direkt der Form (den Wellenformeigenschaften) des Schweißwellenform-Steuersignals von der ACFP-Vorrichtung. Gemäß anderen Ausführungsformen folgt die Form der Schweißausgangswellenform der Schweißstromquelle nicht direkt der Form des Schweißwellenform-Steuersignals von der ACFP-Vorrichtung, sondern spricht statt dessen in einer indirekten Weise auf die Form des Schweißwellenform-Steuersignals an. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 125 der Schweißstromquelle dafür konfiguriert sein, die Form (Wellenformeigenschaften) des Schweißwellenform-Steuersignals zu lesen oder zu decodieren und eine Form einer von der Schweißstromquelle ausgegebenen Schweißwellenform zu befehlen, die zu der Form des Schweißwellenform-Steuersignals korreliert ist, aber in keiner Weise der Form des Schweißwellenform-Steuersignals ähnelt.
7 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens 700, wie die Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) von 5 und 6 arbeitet, wenn sie in dem System von 1 oder 4 verwendet wird. In Schritt 710 des Verfahrens 700 wird ein Schweißwellenform-Steuersignal, das eine oder mehrere Wellenformeigenschaften aufweist, mit einer Fußpedalvorrichtung in Reaktion auf das Aktivieren der Fußpedalvorrichtung zu einer ersten niedergetretenen Fußpedalposition erzeugt. In Schritt 720 wird das Schweißwellenform-Steuersignal von der Fußpedalvorrichtung an eine Schweißstromquelle übermittelt, um eine Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle auf der Basis der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften zu beeinflussen.
In Schritt 730 wird bestimmt, ob sich die Fußpedalposition geändert hat. Wenn sich die Fußpedalposition nicht geändert hat, so wird zu Schritt 720 übergegangen und dasselbe Schweißwellenform-Steuersignal weiter an die Schweißstromquelle übermittelt. Wenn sich die Fußpedalposition geändert hat, so wird zu Schritt 740 übergegangen. In Schritt 740 wird mindestens eine der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften des Schweißwellenform-Steuersignals in Reaktion auf das Aktivieren der Fußpedalvorrichtung auf die neu niedergetretene Fußpedalposition geändert. In Schritt 750 wird bestimmt, ob das Schweißen fortgesetzt werden soll. Wenn das Schweißen nicht fortgesetzt werden soll (wenn beispielsweise die neue Fußpedalposition eine ist, die überhaupt nicht niedergetreten ist), dann wird das Schweißen beendet. Wenn das Schweißen fortgesetzt werden soll, so wird zu Schritt 720 übergegangen und das neue Schweißwellenform-Steuersignal, das die eine oder die mehreren geänderten Wellenformeigenschaften aufweist, an die Schweißstromquelle zu übermitteln.
13 veranschaulicht ein Schaubild einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines Lichtbogenschweißsystems 1300, das eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten aufweist, und eine Vorströmungs- und Nachströmungsabschirmung ausführt. Gemäß einer Ausführungsform stellt das System 1300 eine Vorströmungsfunktionalität bereit, wobei man Schutzgas von der Gaszufuhr 140 über einen zuvor festgelegten Zeitraum strömen lässt, bevor das Schweißen beginnt (d. h. einen zuvor festgelegten Zeitraum, bevor Strom von der Schweißstromquelle ausgegeben werden und ein Lichtbogen zwischen der Elektrode 170 und dem Werkstück 150 entstehen darf). Auf ähnliche Weise stellt das System 1300 eine Nachströmungsfunktionalität bereit, wobei man Gas von der Gaszufuhr 140 über einen zuvor festgelegten Zeitraum strömen lässt, nachdem das Schweißen beendet ist (d. h. einen zuvor festgelegten Zeitraum, nachdem der Strom von der Schweißstromquelle abgeschaltet wurde und ein Lichtbogen zwischen der Elektrode 170 und dem Werkstück 150 erloschen ist).
Gas über eine begrenzte Zeitdauer (Vorströmung/Nachströmung) auf diese Weise strömen zu lassen, hilft sicherzustellen, dass die Schweißpfütze in Gegenwart eines korrekten Schutzgases initiiert wird und sich verfestigt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 125 der Schweißstromquelle 120 dafür konfiguriert, ein externes Solenoid-aktiviertes Ventil 1310, das zwischen der Gaszufuhr 140 und dem Schweißwerkzeug 130 wirkverbunden ist, in einer zeitgesteuerten Weise in Bezug auf die Bereitstellung des Schweißausgangsstroms von der Energiequelle anzutreiben, um die Vorströmungs- und Nachströmungsfunktionalität zu realisieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann die ACFP-Vorrichtung ein definiertes Absenken des Stroms am Ende des Schweißens befehlen, wenn ein Schweißer das Fußpedal vollständig frei gibt. Dies kann wünschenswert sein, um zum Beispiel eine Kraterfüllung am Ende eines Aluminiumschweißprozesses auszuführen. Das Absenksegment kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen gepulst oder ungepulst sein.
8 veranschaulicht eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals) 800, das durch die Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110 von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der ACFP-Vorrichtung 110 während eines ersten ausgewählten Betriebmodus im zeitlichen Verlauf konstant gehalten wird. Das Schweißwellenform-Steuersignal 800 kann dem Schweißwellenform-Steuersignal 320 von 3 ähneln. Wenn ein Schweißer das Fußpedal 520 in einer konstanten Position hält, so wird ein Rechteckwellensignal mit einer konstanten gepulsten Frequenz und einem konstanten gepulsten Spitzenausgangspegel generiert und durch die ACFP-Vorrichtung 110 als das Fußpedalausgangssignal ausgegeben. Das Ändern der niedergetretenen Fußpedalposition kann eine oder mehrere Wellenformeigenschaften (beispielsweise die gepulste Frequenz oder den gepulsten Spitzenausgangspegel) des Fußpedalausgangssignals ändern und kann darum eine oder mehrere Wellenformeigenschaften (beispielsweise die gepulste Frequenz oder den gepulsten Spitzenausgangsstrompegel) der Schweißausgangswellenform der Schweißstromquelle 120 ändern. Der Betrag der Änderung der einen oder mehreren Wellenformeigenschaften ist vom Betrag der Änderung der niedergetretenen Fußpedalposition abhängig.
9 veranschaulicht eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals) 900, das durch die Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110 von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der ACFP-Vorrichtung 110 während eines zweiten ausgewählten Betriebmodus geändert wird. Auf dem Gebiet des WIG-Schweißens ist bekannt, dass das Bereitstellen von mehr „Gleichstrom+”-Schweißausgangsstrom (siehe Wellenformabschnitt 910 der Wellenform 900) eine stärkere Reinigungswirkung auf dem Werkstück realisiert und das Bereitstellen von mehr „Gleichstrom–”Ausgangsstrom (siehe Wellenformabschnitt 920 der Wellenform 900) einen tieferen Einbrand in das Werkstück realisiert. In dem in 9 gezeigten Betriebmodus ändert das Ändern der niedergetretenen Fußpedalposition die Wechselstrombalance und darum den Betrag der Reinigungswirkung (Gleichstrom+) im Verhältnis zum Betrag des Einbrandes (Gleichstrom–). Auf diese Weise kann ein Schweißer einen Kompromiss zwischen einem Betrag der Werkstückreinigungswirkung und einem Betrag des Einbrandes während eines WIG-Schweißprozesses finden. Der Betrag der Änderung zwischen Reinigung und Einbrand ist vom Betrag der Änderung der niedergetretenen Fußpedalposition abhängig.
10 veranschaulicht eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals) 1000, das durch die Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110 von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der ACFP-Vorrichtung 110 während eines dritten ausgewählten Betriebmodus geändert wird. In dem in 10 gezeigten Betriebmodus bewirkt das Ändern der niedergetretenen Fußpedalposition eine Änderung eines ersten Spitze-zu-Hintergrundstrombereichs 1001 während eines ersten Abschnitts 1010 des gepulsten Schweißwellenform-Steuersignals 1000 zu einem zweiten Spitze-zu-Hintergrundstrombereich 1002 während eines zweiten Abschnitts 1020 des gepulsten Schweißwellenform-Steuersignals 1000. Das Ändern eines Spitze-zu-Hintergrundstrombereichs auf diese Weise kann es einem Schweißer erlauben, zum Beispiel einen Betrag der Wärmezufuhr zu einer Schweißnaht über die ACFP-Vorrichtung 110 zu ändern. Der Betrag der Änderung des Spitze-zu-Hintergrundstrombereichs ist abhängig vom Betrag der Änderung der niedergetretenen Fußpedalposition.
11 veranschaulicht eine vierte beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals) 1100, das durch die Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110 von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der ACFP-Vorrichtung 110 während eines vierten ausgewählten Betriebmodus geändert wird. In dem in 11 gezeigten Betriebmodus bewirkt das Ändern der niedergetretenen Fußpedalposition eine Änderung einer ersten gepulsten Frequenz während eines ersten Abschnitts 1110 des gepulsten Schweißwellenform-Steuersignals 1100 zu einer zweiten gepulsten Frequenz während eines zweiten Abschnitts 1120 des gepulsten Schweißwellenform-Steuersignals 1100. Das Ändern einer gepulsten Frequenz auf diese Weise kann es zum Beispiel einem Schweißer erlauben, die Beabstandung der Wulstwellung einer Schweißraupe („Münzstapel”-Aussehen) über die ACFP-Vorrichtung 110 zu ändern. Der Betrag der Änderung der gepulsten Frequenz ist abhängig vom Betrag der Änderung der niedergetretenen Fußpedalposition.
12 veranschaulicht eine fünfte beispielhafte Ausführungsform eines Fußpedal-Ausgangssignals (Schweißwellenform-Steuersignals) 1200, das durch die Fußpedal-Vorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP) 110 von 5 und 6 generiert wird, wenn eine niedergetretene Pedalposition der ACFP-Vorrichtung während eines fünften ausgewählten Betriebmodus geändert wird. In dem in 12 gezeigten Betriebmodus bewirkt das Ändern der niedergetretenen Fußpedalposition eine Änderung eines ersten Wechselstromversatzes während eines ersten Abschnitts 1210 des gepulsten Schweißwellenform-Steuersignals 1200 zu einem zweiten Wechselstromversatz während eines zweiten Abschnitts 1220 des gepulsten Schweißwellenform-Steuersignals 1200. Das Ändern eines Wechselstromversatzes auf diese Weise kann es zum Beispiel einem Schweißer erlauben, einen Kompromiss zwischen Einbrand und Abscheidung in einem MIG-Schweißprozess zu finden. Ein stärker positiver Wechselstromversatz entspricht einem erhöhten Einbrand, und ein stärker negativer Wechselstromversatz entspricht einem stärkeren Abschmelzen und darum einer erhöhten Abscheidung. Der Betrag der Änderung des Wechselstromversatzes ist abhängig vom Betrag der Änderung der niedergetretenen Fußpedalposition.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können auch andere Betriebmodi durch die ACFP-Vorrichtung bereitgestellt werden, die eine Steuerung anderer Wellenformeigenschaften oder anderer Kombinationen von Wellenformeigenschaften erlauben. Die im vorliegenden Text dargelegten beispielhaften Ausführungsformen von Betriebmodi sollen nicht erschöpfend sein. Die Logik in den Steuerschaltungen 620 (ob Hardware-implementiert, Software-implementiert oder eine Kombination davon) bestimmt die Steuerung der Wellenformeigenschaften mit der Fußpedalposition.
Zusammenfassend ausgedrückt, werden Systeme, Verfahren und Vorrichtungen offenbart, die erweiterte Steuerungsmöglichkeiten in einer Fußpedalvorrichtung bereitstellen, die zum Lichtbogenschweißen verwendet wird. Die Fußpedalvorrichtung ist dafür konfiguriert, mit einer Schweißstromquelle verbunden zu werden und einen oder mehrere auswählbare Betriebmodi bereitstellen, die es einem Schweißer erlauben, eine oder mehrere Wellenformeigenschaften einer Ausgangsschweißwellenform zu steuern. Die erweiterte Steuerungslogik zum Steuern der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften befindet sich in der Fußpedalvorrichtung und spricht auf eine niedergetretene Position der Fußpedalvorrichtung an. Eine solche Fußpedalvorrichtung, die erweiterte Steuerungsmöglichkeiten aufweist, erlaubt die erweiterte Echtzeitsteuerung des Ausgangssignals einer einfachen (kostengünstigen) Schweißstromquelle während eines Schweißprozesses.
In den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „enthalten” und „aufweisen” als direkte sprachliche Äquivalente des Begriffes „umfassen” verwendet; die Formulierung „bei denen” ist äquivalent zu „wobei”. Darüber hinaus werden in den beigefügten Ansprüchen die Begriffe „erster”, „zweiter”, „dritter”, „oberer”, „unterer”, „unten”, „oben” usw. lediglich als Bezeichner verwendet und dienen nicht dazu, numerische oder positionale Anforderungen an ihre Objekte zu stellen. Des Weiteren sind die Einschränkungen der beigefügten Ansprüche nicht im Mittel-plus-Funktion-Format geschrieben, und es besteht nicht die Absicht, dass sie im Sinne von 35 U.S.C. § 112, sechster Absatz, ausgelegt werden, sofern nicht – und bis – solche Anspruchseinschränkungen ausdrücklich die Phrase „Mittel für” verwenden, gefolgt von einer Darlegung der Funktion ohne weitere Struktur. Im Sinne des vorliegenden Textes ist ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl mit vorangestelltem „ein” oder „eine” genannt wird, nicht so zu verstehen, als sei die Mehrzahl der Elemente oder Schritte ausgeschlossen, sofern nicht ein solcher Ausschluss ausdrücklich angegeben ist. Des Weiteren sind Verweise auf „eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht so zu verstehen, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen, die ebenfalls die zitierten Merkmale enthalten, ausschließen. Darüber hinaus können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes ausgesagt wird, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „umfassen”, „enthalten” oder „aufweisen”, weitere derartige Elemente ohne jene Eigenschaft enthalten. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen so dargestellt werden, dass sie gleiche oder ähnliche Elemente aufweisen; das dient jedoch lediglich Veranschaulichungszwecken, und solche Ausführungsformen brauchen nicht unbedingt die gleichen Elemente zu haben, sofern dies nicht in den Ansprüchen ausgesagt wird.
Im Sinne des vorliegenden Textes bezeichnen die Begriffe „können” und „können sein” die Möglichkeit eines Eintretens innerhalb einer Gruppe von Umständen; den Besitz einer spezifizierten Eigenschaft, eines spezifizierten Merkmals oder einer spezifizierten Funktion; und/oder sie qualifizieren ein anderes Verb durch Ausdrücken einer Fähigkeit und/oder Eignung oder Möglichkeit, die dem qualifizierten Verb eigen ist. Dementsprechend bezeichnet der Gebrauch von „können” und „kann sein”, dass ein modifizierter Begriff für eine angegebene Eigenschaft, Funktion oder Nutzung augenscheinlich zweckmäßig, brauchbar oder geeignet ist, wobei die Möglichkeit berücksichtigt wird, dass der modifizierte Begriff unter einigen Umständen nicht unbedingt zweckmäßig, brauchbar oder geeignet sein muss. Zum Beispiel kann unter einigen Umständen ein Ereignis oder eine Fähigkeit erwartet werden, während das Ereignis oder die Fähigkeit unter anderen Umständen nicht eintritt. Diese Unterscheidung wird durch die Begriffe „können” und „kann sein” erfasst.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich des besten Modus, und außerdem, um es dem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich des Herstellens und Verwendens jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und des Ausführens der hier enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele enthalten, die dem Durchschnittsfachmann einfallen. Es ist beabsichtigt, dass solche anderen Beispiele in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Formulierung der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie vergleichbare strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von den wörtlichen Formulierungen der Ansprüche enthalten.
Obgleich der beanspruchte Gegenstand der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, leuchtet dem Fachmann ein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und dass Äquivalente substituiert werden können, ohne vom Schutzumfang des beanspruchten Gegenstandes abzuweichen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren des beanspruchten Gegenstands anzupassen, ohne seinen Schutzumfang zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand nicht auf die konkret offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass der beanspruchte Gegenstand alle Ausführungsformen beinhaltet, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

100: Lichtbogenschweißsystem
110: Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (ACFP)
120: Schweißstromquelle
121: Transformator
122: Gleichrichter
123: Anschlussleitung
124: Anschlussleitung
125: Steuereinheit
126: Schalter
127: Logikschaltkreis
128: Anschlussleitung
129: Anschlussleitung
130: Schweißwerkzeug
140: Gasversorgungsbehälter
150: Werkstück
160: Fülldraht
170: Wolfram-Elektrode
180: Kabel
310: Energienetz
320: Ausgangssignal
400: System
410: ACFP-Vorrichtung
420: Schweißstromquelle
425: Empfänger
430: Signal
510: Basis
520: Fußpedal
530: Port
540: Schalter
550: Knopf
560: Ausgangsport
610: Schnittstellenschaltungen
620: Steuerschaltungen
625: Algorithmus
630: Schnittstellenschaltungen
700: Verfahren
710: Schritt
720: Schritt
730: Schritt
740: Schritt
750: Schritt
900: Wellenform
910: Wellenform
920: Abschnitt
1000: Signal
1001: Bereich
1002: Bereich
1020: zweiter Abschnitt
1100: Signal
1110: erster Abschnitt
1120: zweiter Abschnitt
1200: Signal
1210: erster Abschnitt
1220: zweiter Abschnitt
1300: System
1310: Ventil

Claims

Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) zur Verwendung beim Lichtbogenschweißen, die Folgendes umfasst: ein von einem Nutzer niedertretbares Fußpedal; Steuerschaltungen (620), die dafür konfiguriert sind, ein Schweißwellenform-Steuersignal zu generieren, das eine oder mehrere Wellenformeigenschaften aufweist, die sich mit einer niedergetretenen Fußpedalposition des vom Nutzer niedertretbaren Fußpedals ändern; und Ausgabeschnittstellenschaltungen (610, 630), die mit den Steuerschaltungen (620) wirkverbunden sind und die dafür konfiguriert sind, eine Kommunikationsschnittstelle zu einer Schweißstromquelle (120, 420) bereitzustellen, um das Schweißwellenform-Steuersignal von der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten zu der Schweißstromquelle (120, 420) zu übertragen, wobei das Schweißwellenform-Steuersignal so formuliert wird, dass es eine Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle auf der Basis der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften beeinflusst.
Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Wellenformeigenschaften eines oder mehrere von Folgendem enthalten: eine gepulste Frequenz, einen gepulsten Spitzenausgangspegel, eine Wechselstrombalance und einen Wechselstromversatz, oder einen Spitze-zu-Hintergrund-Bereich.
Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren eine Benutzerschnittstelle umfasst, die dafür konfiguriert ist, es einem Nutzer zu erlauben, einen Betriebmodus unter mehreren Betriebmodi auszuwählen, wobei ein Betriebmodus definiert, wie eine oder mehrere Wellenformeigenschaften des Schweißwellenform-Steuersignals sich mit niedergetretener Fußpedalposition ändern, und/oder die des Weiteren einen digitalen Kommunikationsport (560) umfasst, der dafür konfiguriert ist, eine Kommunikation zwischen der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) und einer Personalcomputervorrichtung bereitzustellen.
Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren Eingabeschnittstellenschaltungen (610, 630) umfasst, die mit den Steuerschaltungen (620) wirkverbunden sind und dafür konfiguriert sind, Eingangsinformationen von dem digitalen Kommunikationsport (560) zu empfangen, und/oder Eingangsinformationen von dem niedertretbaren Fußpedal und/oder der Benutzerschnittstelle zu empfangen.
Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausgabeschnittstellenschaltungen dafür konfiguriert sind, eine Drahtloskommunikationsschnittstelle zu der Schweißstromquelle bereitzustellen.
Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drahtloskommunikationsschnittstelle eine Hochfrequenzkommunikationsschnittstelle, eine Infrarotkommunikationsschnittstelle oder eine Ultraschallkommunikationsschnittstelle ist.
System (400, 1300), das Folgendes umfasst: eine Schweißstromquelle (120, 420); eine Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die mit der Schweißstromquelle (120, 420) wirkverbunden ist; und ein Schweißwerkzeug (130), das mit der Schweißstromquelle (120, 420) wirkverbunden ist.
System (400, 1300) nach Anspruch 2, wobei eine Form eines Schweißwellenformstroms der Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle (120, 420) direkt einer Form des Schweißwellenform-Steuersignals folgt, und/oder wobei eine Form einer Schweißwellenformspannung der Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle (120, 420) direkt einer Form des Schweißwellenform-Steuersignals folgt.
System (400, 1300) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schweißstromquelle (120, 420) eine Steuereinheit enthält, die dafür konfiguriert ist, das Schweißwellenform-Steuersignal von der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten zu empfangen, und/oder wobei die Schweißstromquelle (120, 420) einen Drahtlosempfänger enthält, der dafür konfiguriert sind, das Schweißwellenform-Steuersignal drahtlos von der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) zu empfangen.
System (400, 1300) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (110, 410) dafür konfiguriert ist, ein definiertes Absenken eines Schweißwellenformstroms der Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle (120, 420) über das Schweißwellenform-Steuersignal zu befehlen, wenn ein Nutzer das vom Nutzer niedertretbare Fußpedal der Fußpedalvorrichtung mit erweiterten Steuerungsmöglichkeiten (120, 420) vollständig frei gibt.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Generieren eines Schweißwellenform-Steuersignals, das eine oder mehrere Wellenformeigenschaften aufweist, mit einer Fußpedalvorrichtung in Reaktion auf das Aktivieren der Fußpedalvorrichtung zu einer ersten niedergetretenen Fußpedalposition; Übermitteln des Schweißwellenform-Steuersignals von der Fußpedalvorrichtung an eine Schweißstromquelle, um eine Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle auf der Basis der einen oder der mehreren Wellenformeigenschaften zu beeinflussen; und Ändern mindestens einer der einen oder mehreren Wellenformeigenschaften des Schweißwellenform-Steuersignals in Reaktion auf das Aktivieren der Fußpedalvorrichtung zu einer zweiten niedergetretenen Fußpedalposition.
Verfahren nach Anspruch 11, das des Weiteren das Übermitteln des Schweißwellenform-Steuersignals von der Fußpedalvorrichtung zu der Schweißstromquelle umfasst, um die Schweißausgangsleistung der Schweißstromquelle auf der Basis der einen oder der mehreren geänderten Wellenformeigenschaften zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die eine oder die mehreren Wellenformeigenschaften eines oder mehrere von Folgendem enthalten: eine gepulste Frequenz, einen gepulsten Spitzenausgangspegel, eine Wechselstrombalance und einen Wechselstromversatz, oder einen Spitze-zu-Hintergrund-Bereich, und/oder wobei das Schweißwellenform-Steuersignal drahtlos von der Fußpedalvorrichtung zu der Schweißstromquelle übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das des Weiteren das Bereitstellen einer Schutzgas-Vorströmungssfunktionalität umfasst, wobei man Schutzgas von einer Gaszufuhr über einen zuvor festgelegten Zeitraum strömen lässt, bevor die Schweißstromquelle beginnt, die Schweißausgangsleistung auszugeben, um einen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück, die mit der Schweißstromquelle wirkverbunden sind, zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das des Weiteren das Bereitstellen einer Schutzgas-Nachströmungsfunktionalität umfasst, wobei man Schutzgas von einer Gaszufuhr über einen zuvor festgelegten Zeitraum strömen lässt, nachdem die Schweißstromquelle die Ausgabe der Schweißausgangsleistung beendet hat, um zu bewirken, dass ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück, die mit der Schweißstromquelle wirkverbunden sind, erlischt.