Gestiegene Ansprüche

Digitalisierung und Datenüberwachung erhöhen Genauigkeit und Komfort von MIG/MAG-Schweißgeräten. Die Technik bei Schweißstromquellen (korrekter Begriff ist Energiequellen) hat mit der Entwicklung der...

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Digitalisierung und Datenüberwachung erhöhen Genauigkeit und Komfort von MIG/MAG-SchweißgerätenDie Technik bei Schweißstromquellen (korrekter Begriff ist Energiequellen) hat mit der Entwicklung der Halbleiter und Mikroprozessoren in den letzten 20 Jahren entscheidende Fortschritte vollzogen. In jüngster Vergangenheit sind Schlagworte wie Digitalisierung, Rechnersteuerung und Virtuelle Stromquelle in den Vordergrund gerückt worden, die aber letztendlich über die Qualität des Produktes wenig aussagen. Um die Qualität einer Stromquelle beurteilen zu können, sind viele Faktoren zu berücksichtigen, die abhängig vom Einsatzzweck höchst unterschiedlich ausfallen können.Die Leistungsteile aller Transistorgeräte arbeiten beim heutigen Stand der Technik in so genannter Schaltreglertechnik und dadurch mit geringen Verlusten. Der elektrische Wirkungsgrad der primär (Inverter) und sekundär (Chopper) getakteten Leistungsteile unterscheidet sich dabei kaum. Auch die oftmals angeführten Blindleistungen (cos j) sind bei beiden Schaltreglertypen auf gleichem Niveau und auch die Reaktionsgeschwindigkeiten der modernen Schaltregler unterscheiden sich nicht. Taktraten von 100 kHz, also Reaktionszeiten von 10 ms, sind bei Inverter- und bei Chopper-Leistungsteilen üblich. Nachteilig ist jedoch beim Inverter die größere Rückwirkung auf das Primärnetz des Stromversorgers. Die Rückwirkungen auf das primärseitige Stromnetz haben zur Folge, dass die ansonsten sinusförmigen Verläufe von Strom und Spannung durch den Inverter verzerrt werden, was unter Umständen zum Ausfall von anderen Geräten führen kann. Ein weiterer Nachteil, speziell bei Großbetrieben, die eine eigene Instandhaltung besitzen, ist der komplizierte Aufbau eines Invertermoduls. Die Reparatur eines Inverters ist nur durch den Hersteller möglich. Der Chopper erlaubt aufgrund seines robusten Aufbaus eine Instandhaltung, Wartung und Reparatur durch entsprechend geschultes Personal. Deutliche Vorteile verbucht der Inverter gegenüber dem Chopper bezüglich Gewicht und Abmessungen. Diese Vorteile können insbesondere bei mobilen Schweißanlagen von Bedeutung sein. Aber auch da sind dem Inverter Grenzen gesetzt. Eine Inverter-Stromquelle, die ohne Kühlmodul 30 kg wiegt und mit Kühlmodul für den Brenner 45 kg, wird durch einen integrierten Drahtantrieb mit einer Drahtspule (Stahl: 15 kg) nicht mehr leicht transportabel sein. Zu berücksichtigen ist dann noch eine Gasversorgung, die entweder den Einsatzbereich der transportablen Inverter-Stromquelle einschränkt oder in Kombination mit einer Gasflasche (20 bis 60 kg) völlig untragbar wird. Höhere Leistungsreserve spricht für ChopperEin Vorteil des Choppers gegenüber dem Inverter ist die höhere dynamische Leistungsreserve. Daunter sind kurzzeitige Spitzenströme zur Auflösung eines Kurzschlusses oder einer gezielten Tropfenablösung im Impulslichtbogen zu verstehen. Als Beispiel sei der 400-A-Chopper (60% Einschaltdauer) der Stromquelle Quinto II der Carl Cloos Schweißtechnik GmbH, Haiger, angeführt, der einen Pulsstrom von 1000 A für einige Millisekunden zulässt. Die heutigen sekundär und primär getakteten Schweißstromquellen weisen kleine technische Unterschiede auf. Grundsätzlich hat das Leistungsteil bei richtiger Dimensionierung keinen Einfluss auf die Schweißeigenschaften der Stromquelle, diese werden ausschließlich über die Stromquellensteuerung bestimmt. Letztendlich haben beide Schaltreglerkonzepte ihre Vorteile und sind entsprechend dem Anforderungsprofil des Anwenders sinnvoll einzusetzen.Die Schweißeigenschaften einer Stromquelle sind ein sehr wichtiges Beurteilungskriterium. Dazu gehören zum Beispiel das Zündverhalten, die Lichtbogenstabilität unter unterschiedlichsten Einsatzbedingungen und Werkstoffen, die Tropfenablösung bei den verschiedenen Lichtbogenarten sowie die erzielbare maximale Schweißgeschwindigkeit. Seit Anfang der 90er-Jahre wird bei Cloos das spritzerarme Zünden angeboten. Zum spritzerarmen Zünden haben die Stromquellen Quinto II und MC 4 die SPAZ-Funktion. Das seit 1990 patentierte Verfahren ermöglicht eine hohe Zündsicherheit und Reproduzierbarkeit. Der Zündprozess wurde sowohl von der Stromquellensteuerung als auch von der Drahtvorschubregelung weiter optimiert. Weil der Draht nach der Kontaktierung mit dem Blech reversiert werden muss, um den Lichtbogen zu zünden, kommt der Dynamik der Drahtvorschubregelung eine hohe Bedeutung zu. Die Teilschritte der SPAZ-Funktion gliedern sich wie folgt auf: - Drahtvorschub bis zum Kurzschluss. - Kurzschluss mit Us = 0 V. - Strombegrenzung (werkstoffabhängig) auf etwa 8 bis 14 A. - Drahtvorschub wird reversiert. - Bei Auflösung des Kurzschlusses bildet sich ein Mikrolichtbogen aus. Us steigt und die Strombegrenzung bleibt aktiv. - Ab einem bestimmten Schwellwert für Us wird der Drahtvorschub wieder reversiert (Vorschub Draht). - Aktivierung der eingestellten Schweißparameter (Impulslichtbogen). Lichtbogen wird spritzerfrei gezündetDurch diesen Zündablauf wird der Lichtbogen praktisch spritzerfrei gezündet. Zusätzlich wird durch die Begrenzung des Zündstromes die Standzeit des Kontaktrohres erhöht und die Gefahr der Spritzeranhaftung am Kontaktrohr sowie damit eventuell verbundene Drahtförderprobleme minimiert.Zur Verbesserung der Einbrandtiefe und der Nahtschuppung ist die Alu-Plus-Funktion einstellbar. Sie wurde erstmals von Cloos in der Fertigung der Aluminium-Achse der BMW-5er-Reihe eingesetzt und geht auf Untersuchungen des Impulslichtbogenschweißens zurück. Für Alu-Plus wird ein zweiter Pulsparameterdatensatz eingegeben, der zyklisch mit dem ersten Pulsparameter wechselt. Die Funktion wurde soweit modifiziert, dass neben Aluminium auch noch andere Werkstoffe wie Baustahl oder CrNi-Stahl mit hervorragenden Ergebnissen verschweißt werden können. Zur Ausnutzung des vollen Potenzials einer Stromquelle bieten Quinto II und MC 4 die Möglichkeiten der U/I- und der I/I-Pulsmodulation. Beide Modulationsarten haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile, so dass je nach Anwendungsfall die eine oder andere Modulationsart zum Erzielen optimaler Schweißeigenschaften gewählt werden kann. So lassen sich zum Beispiel im oberen Leistungsbereich mit der U/I-Modulation höhere Schweißgeschwindigkeiten als mit der I/I-Modulation erzielen. Die Einstellung bei einer U/I-Modulation bei höheren Drahtfördergeschwindigkeiten erfolgt in weiten Bereichen fast ausschließlich mit der Variation der Drahtgeschwindigkeit. Im oberen Leistungsbereich (hohe Drahtfördergeschwindigkeit) hat die U/I-Regelung technische Vorteile, im unteren Leistungsbereich kann die I/I-Modulation eine verbesserte Tropfenablösung bewirken.Das Schweißgerät MC 4 ist eine kleine, leicht transportable Inverter-Stromquelle, die bevorzugt für das teilmechanische Schweißen konzipiert wurde. Neben dem geringen Gewicht von rund 30 kg (ohne Brennerkühlmodul) wurde besonderes Augenmerk auf die Schweißleistungen gelegt. Die MC4 liefert einen Strom von 300 A bei 60% Einschaltdauer und ist so leistungsfähiger als alle anderen vergleichbaren Stromquellen dieser Gewichts- und Preisklasse. Wichtig für die Entwicklung des MC4-Inverters war die Eignung zum Schweißen von Stahl mit 1,2 mm Durchmesser im Impulslichtbogen. Zur einwandfreien Tropfenablösung sind dafür Pulsströme von 450 bis 500 A erforderlich. Außerdem kann eine 1,2-mm-G3Si1-Drahtelektrode problemlos im Sprühlichtbogen, also sehr spritzerarm, verschweißt werden. Weil bei höheren Drahtfördergeschwindigkeiten der Brenner einer großen thermischen Belastung ausgesetzt ist, hat die MC 4 optional eine modular aufgebaute Brennerkühlung. Der modulare Aufbau setzt sich bei der Konzeption der Bedienelemente fort. So wurde erstmalig eine Mobile Power Control (MPC) eingesetzt, die zum Einstellen aller Schweißparameter in die Stromquelle integriert ist, aber auch aus der Stromquelle entnommen werden kann und dann als Fernbedienung fungiert. Weil die MPC eine intelligente Steuereinheit ist, die auf Basis eines Feldbusses mit der Stromquelle kommuniziert (CAN-Feldbus), ist diese Bedieneinheit auch mit einer Quinto II zu betreiben, die die gleiche Feldbusarchitektur hat. Komfortables Arbeiten durch neues BedienkonzeptZur möglichst einfachen und sicheren Bedienung wurde die MC 4 als Synergie-Stromquelle konzipiert. Unterschiedliche Schweißaufgaben können in rund 100 Jobs abgespeichert werden. Zum komfortablen Arbeiten mit Jobs wurde das Bedienkonzept Variable Job Mode (VJM) entwickelt. Bei konventionellen Synergie-Stromquellen sind Schweißparameter für bereits programmierte Jobs nicht mehr abzuändern oder anzupassen, sie bleiben fest eingestellt. Mit Hilfe des VJM ist es aber jederzeit möglich, durch einfaches Drücken einer Taste die Schweißparameter jedes Jobs seinen Bedürfnissen entsprechend zu verändern, zum Beispiel die Drahtgeschwindigkeit, die Lichtbogenlänge oder die Drossel. Wurden die Schweißparameter geändert, sind die neuen Daten entweder unter einer beliebigen neuen Job-Nummer abzuspeichern, wobei die ursprünglichen Schweißparameter unverändert bleiben, oder es kann der bisherige Job überschrieben werden. Die Stromquelle Quinto II mit 400 und 600 A bei einer Einschaltdauer von 60% wurde für den Bereich Roboter und Automatisierung entwickelt. Dabei erreicht schon die 400-A-Version Pulsströme bis 1000 A. Mit dem 600-A-Modell ist das Tandemschweißen mit zwei 1,6-mm-Stahldrahtelektroden ohne Probleme möglich. Auch das Bandschweißen von Stahlwerkstoffen, für das mittlere Ströme von 600 bis 800 A benötigt werden, stellt kein Problem dar. Die volldigitale Regelung aller Größen sorgt zudem für ein Höchstmaß an Reproduzierbarkeit. Der modulare Aufbau der Quinto II eröffnet neue Möglichkeiten. So kann das Kühlmodul getrennt werden und an einem anderen Ort stehen als die Stromquelle oder externe aktive Kühlgeräte können angeschlossen werden. Darüber hinaus ist das komplette Bedienfeld absetzbar und als separates Modul in den Steuerschrank des Roboters zu integrieren. Der modulare Aufbau ermöglicht zudem den Austausch diverser externer Komponenten mit anderen Stromquellen, die auf der gleichen Busarchitektur wie der Quinto II basieren. Neben der Regelung der Schweißparameter wurde auch die komplette Drahtvorschubregelung digitalisiert. Die für die Erfassung der Drahtgeschwindigkeit eingesetzte Sensorik erlaubt eine Regelgenauigkeit von 0,05 m/min, was einer Verdoppelung der Genauigkeit gegenüber der Quinto I entspricht. Der Cloos-Duo-Drive-Drahtantrieb (CDD) wartet in der neuen Version mit weiteren Innovationen auf. Beim CDD II wird ein sehr schonender und gleichmäßiger Drahtvorschub durch eine so genannte Master/Slave-Ausgleichsregelung sichergestellt, bei der das Schlauchpaket als Drahtspeicher dient. Der vordere Motor (Master) wird mit einer konstanten Drehzahl (Drahtgeschwindigkeit) angetrieben. Die Drehzahlerfassung und -regelung erfolgt digital. Für einen noch schonenderen Drahttransport werden beim CDD II automatisch die Schlauchpaketlänge, Werkstoff und Drahtdurchmesser für die Ausgleichsregelung berücksichtigt. Aufgrund der vollständigen Erfassung aller Einflussgrößen kennt die Ausgleichsregelung zu jedem Zeitpunkt sehr genau die Drahtmenge, die sich im Schlauchpaket befindet, ein Ausknicken des Drahtes im Drahtkoffer wird dadurch zuverlässig vermieden.Zur Detektion von Schlupf im Drahtvorschubsystem befinden sich sowohl am Master- als auch am Slave-Antrieb unabhängige Messsysteme, die die effektive Drahtgeschwindigkeit messen. Diese Sensoren ermöglichen einen zusätzlichen Vergleich zwischen Drahtsoll- und -istwert und geben bei Abweichungen eine Warnmeldung am Display aus. Durch die Einführung der Synergie-Stromquelle wurde der Bedienkomfort in den letzten Jahren deutlich erhöht. Die Einknopfbedienung erlaubt das Einstellen der Stromquelle für unterschiedliche Leistungsbereiche mit nur einem Knopf. Jedoch war ein Zugriff auf einzelne Schweißparameter nicht möglich, das heißt Optimierungen des Lichtbogens mit direkten Zugriff auf Einzelparameter blockiert. Die Quinto II besitzt aus diesem Grund neben dem Synergie-Modus auch den Einzelparametermodus, der den Zugriff auf alle Schweißdaten erlaubt. Dabei ist es möglich, zwischen Einzelparameter- und Synergie-Modus hin- und herzuschalten. Diese Technik wird als Variable Synergy Mode (VSM) bezeichnet. Alle Parameter können separat geändert werdenIm eingeschalteten Synergie-Modus kann, wie üblich, die Drahtgeschwindigkeit verändert werden, alle anderen Schweißparameter werden entsprechend der programmierten Synergiekennlinie nachgeregelt und passend eingestellt. Wird der Synergie-Modus ausgeschaltet, können alle Parameter separat verändert werden (Einzelparameter-Modus). Der VSM erlaubt es also jederzeit, die Schweißparameter im Synergie-Modus zu verändern und anschließend jeden einzelnen Parameter wiederum auf den Schweißprozess zu optimieren. Wurden zu viele Parameter im Einzelparameter-Modus verstellt, so können die ursprünglichen Schweißparameter durch Umschalten auf den Synergie-Modus wiederhergestellt werden, anschließend kann wiederum eine Modifikation der einzelnen Parameter vorgenommen werden. Ergibt sich aus der Optimierung der Einzelparameter eine neue Kennlinie, so kann diese ohne Einschränkungen als neue Synergie-Kennlinie gespeichert werden. Das selbstständige Erstellen von Arbeitspunkten in Synergie-Kennlinien durch VSM ist wiederum ein Bestandteil der Philosophie des offenen Systems. Jede Quinto hat als Standard-Konfiguration ein 3 1/2-Zoll-Diskettenlaufwerk. Dies ermöglicht es dem Anwender, alle Daten auf Diskette zu kopieren oder von der Diskette zu laden. Auf einem PC reicht dann ein Standard-Text-Editor, um alle Daten zu bearbeiten. Alle Daten können per Diskette von einer Quinto auf eine zweite übertragen werden.Die Quinto II ist multitaskingfähig, das heißt, sie kann zwei Aufgaben gleichzeitig bearbeiten, was beim OOE-Betrieb (Online/Offline-Editing) genutzt wird. Sie kann gleichzeitig Schweißen, neue Listen anwählen und parallel können neue Schweißparameter programmiert und in neuen Listen abgespeichert werden. Dies ermöglicht kürzere Stillstandzeiten in der Produktion, weil ein Schweißen mit der Quinto während der Eingabe neuer Schweißaufgaben möglich ist.Die Quinto I benötigte für den Tandem-Betrieb ein Koppelmodul, um beide Stromquellen zu synchronisieren. Zur Synchronisation waren insgesamt rund 150 Signalleitungen erforderlich, was wegen der CAN-Busarchitektur entfällt. Die Quintos werden für den Tandemeinsatz nur über ein Kabel verbunden und sind somit automatisch gekoppelt und aufeinander abgestimmt. Das Open Machine Interface (OMI) ist eine Schnittstelle, die für jedes Gerät frei konfiguriert werden kann. Mit Hilfe des OMI können die Ein- und Ausgänge auf jeden Roboter oder Fahrwerk frei konfiguriert und die Kanalbelegung für jedes Gerät gespeichert werden. Das OMI hat eine SPS-Funktionalität; Fahrwerke oder Drehvorrichtungen können so ohne SPS über die Quinto II und OMI angesteuert werden. Schweißdatenüberwachung ist heute schon StandardDie Schweißdatenüberwachung ist in der heutigen Fertigung zum Standard geworden. Die neue Stromquellengeneration ermöglicht die Kontrolle von insgesamt zwölf Kenngrößen im Schweißprozess. Von der Drahtgeschwindigkeit bis zum Gasdurchfluss werden die Werte während des Schweißprozesses kontrolliert und bei Verlassen vorgegebener Grenzen Fehlermeldungen ausgegeben. Zusätzlich kann zu den aufgezeichneten Schweißdaten eine Bauteilzuordnung erfolgen, beispielsweise per SPS. Die Entwicklung bei den MSG-Stromquellen ist noch lange nicht abgeschlossen. Die Zukunft wird immer leistungsfähigeren, komfortableren Stromquellen gehören, die einfach zu bedienen sind, aber auch ein hohes Maß an Funktionen beinhalten. Weil Wirtschaftlichkeits- und Qualitätsanforderungen immer höheren Ansprüchen genügen müssen, sind Kontrollinstrumente wie Schweißdatenüberwachung und Bauteilzuordnung von höchster Wichtigkeit in automatisierten Schweißanlagen. http://www.cloos.de/de/produkte/glc/index.html