一种模块化焊接系统的制作方法

一种模块化焊接系统
1.本发明涉及一种模块化焊接系统，其能够适用于执行不同和多种类型的焊接。
2.众所周知，术语“焊接工艺”是指一种允许两个接头进行物理/化学融合的技术。
3.焊接工艺构成了相对广泛和多样化的领域，随着时间的推移，其已经适应了材料和生产技术的发展。在宏观层面上，可以说主要在工业领域发展的该工艺属于通过熔化金属材料的焊接组别。
4.这种工艺使用以各种方式产生的热量来熔化可能属于接头本身或可能为填充金属的基材。
5.在通过熔化金属进行焊接的领域中最常用的工艺包括电弧焊，其特别包括由首字母缩写词mma定义的涂敷焊条手工焊接，其采用埋弧(saw)、带气体保护的连续焊丝(mig/mag)和具有非消耗性电极的气体保护(用缩写tig定义)。
6.还有第二大类熔化焊接，其包括集中能量焊接，即所有使用成功将表面积的每平方毫米从几千到几百万瓦的高功率集中在工件上的能量束的焊接工艺。特别是，利用电子束(ebw)和等离子(paw)的激光焊接(lbw)属于最后一类的部分。
7.还已知的是，为了执行上述不同类型的焊接中的每一种，需要使用特定的焊接设备，包括专门配置为调整输出功率的发电机，以便专门执行上述特定类型的焊接，或至多是有限数量的此类类型。
8.因此，不利的是，为了能够执行不同类型的焊接，必须具有多个焊接设备，每个焊接设备专门配置为实施上述类型的焊接中的一种。
9.不利的是，这导致购买或租用用于执行各种焊接技术的单独焊接设备的成本升高。
10.此外，不应低估现有技术的每种单个焊接设备的维护和/或修理成本，成本必须乘以可用设备的数量。
11.此外，不利的是，需要有多种设备来实施各种焊接技术可能导致来自不同制造商的设备共存，因此具有不同的设置和操作模式，这可能会增加操作员设置和实施各种焊接操作的难度，从而延长加工时间并增加出错的风险。
12.如前所述，还存在焊接设备，其被配置为执行多种类型的上述焊接。
13.然而，起初，可能没有必要购买和拥有能够执行不同类型焊接的设备，但随后可能会出现这种需求。
14.因此，许多公司因上述多功能设备的高昂成本而气馁，它们基本上几乎很少使用多功能设备的可用功能，而宁愿购买具有特定单独焊接功能的上述设备。
15.本发明旨在克服现有技术迄今为止突出的缺点。
16.特别地，本发明的第一个目的是生产一种模块化焊接系统，该系统能够适于实施选自上述那些的特定焊接工艺。
17.特别地，本发明的一个目的是生产一种模块化焊接系统，该系统可以以快速和可逆的方式适应特定的焊接工艺，而在连接这些组件时无需对系统组件和接线进行内部干预。
18.本发明的另一个目的是生产一种模块化焊接系统，该系统可以快速适应特定的焊接工艺，同时该系统比购买或租用现有技术的多个焊接设备(每个焊接设备专门适用于执行特定类型的焊接)便宜。
19.特别地，本发明的一个目的是生产一种焊接系统，该系统随后允许以较低的成本集成相对于现有的那些焊接类型的另一类型的焊接。
20.列出的目的是通过根据主权利要求的模块化焊接系统实现。
21.在从属权利要求中描述了本发明的进一步特征。
22.有利地是，本发明的焊接系统促进并加速了操作员必须执行以能够实施特定类型焊接的设置操作。
23.下面将在描述本发明的一些优选但非排他性实施例时将更好地证明所列出的目的和优点，这些实施例仅作为非限制性示例通过参考附图在下文中给出，其中：
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图1示出了处于非连接构造的焊接系统的第一优选实施例的前视图；
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图2a和2b示出了图1中处于非连接构造的焊接系统的第一优选实施例的两个轴测图；
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图3示出了图1中处于连接构造的焊接系统的第一优选实施例的前视图；
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图4示出了图1中处于连接构造的焊接系统的第一优选实施例的轴测图；
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图5示出了处于非连接构造的焊接系统的第二优选实施例的前视图；
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图6示出了图5中处于非连接构造的焊接系统的第二优选实施例的轴测图；
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图7示出了图5中处于连接构造的焊接系统的第二优选实施例的前视图；
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图8示出了图5中处于连接构造的焊接系统的第二优选实施例的轴测图；
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图9示出了根据本发明的母连接器处于第一操作位置的剖视图；
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图10示出了图9中的母连接器的分离轴测图；
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图11示出了根据本发明的母连接器处于第二操作位置的剖视图；
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图12示出了图11中的母连接器的分离轴测图；
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图13示出了根据本发明第一实施例的公连接器的剖视图；
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图14示出了图13中的公连接器的分离轴测图；
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图15示出了根据本发明的图13中的公连接器与图9
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10中的母连接器连接的剖视图；
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图16示出了图15中的公连接器与母连接器连接的分离轴测图；
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图17示出了根据本发明的相对图13
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14中实施例的替代性实施例的公连接器的剖视图；
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图18示出了图17中的公连接器的分离轴测图；
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图19示出了根据本发明的图17中公连接器与图9
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10中母连接器连接的剖视图；
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图20示出了图19中公连接器与母连接器连接的分离轴测图。
44.根据第一优选实施例，本发明的模块化焊接系统在图1到图4中被表示为一个整体，其中全局用1表示，并且根据第二优选实施例，在图5到图8中，用100表示。
45.关于本发明的第一实施例，如图1、2a和2b所示，焊接系统1包括主模块2，该主模块2具有外壳3，该外壳3确定输入端口4、发电机5和输出端口6，该输入端口4用于连接到外部电源的输入端口4，该发电机5优选地为逆变器装置且被配置成针对至少第一种类型的焊接
适用于在输入端接收到的上述电功率的电气特性，该输出端口6用于通过电导体连接到焊炬。由发电机5适配的上述电功率提供在这种输出端口6上。
46.此外，这种主模块2包括被配置为控制上述发电机5的功能的电子控制单元7。
47.优选地，根据第一优选实施例，这种发电机5或者被配置为使在输入端接收到的电功率适配于执行具有涂覆电极(mma)、具有连续的焊丝和通过气体保护(mig/mag)或具有非消耗性电极的气体保护(tig)的手工类型的焊接。为了允许操作者选择并因此实施上述焊接类型中的一种，主模块2包括控制面板8，其优选地为触摸屏显示器81，通过它可以适当地设置加载在上述电子控制单元7上的软件。
48.然而，不排除根据本发明的替代性实施例，这样的主模块2和相关发电机5被配置为仅执行一种类型的焊接，或者不同地，它们被配置为允许执行不同于上面提到的那些的焊接工艺。
49.根据本发明，主模块2在这样的外壳3上包括第一类型的机电连接单元9，下面对其更具体地定义并且其功能将在下面阐明。
50.此外，根据本发明，焊接系统1包括辅助模块10，该辅助模块10又提供确定发电机12的外壳11，该发电机12被配置为将在输入端上接收的电功率的电气特性适配到与可使用主模块2实现的那些不同类型的焊接。
51.根据本发明的优选实施例，可使用上述第二模块10实施的焊接类型对应于等离子焊接。
52.然而，相对于本文描述的优选实施例，在本发明的替代性实施例中，不排除这样的辅助模块10可以被配置为执行与等离子焊接不同的焊接，例如焊接cmt(冷金属转移)类型、脉冲模式tig、激光、使用电子束或其他不同类型的焊接或其组合。
53.根据本发明的优选实施例，回到辅助模块10，其依次包括第二类型的机电连接单元13，该第二类型的机电连接单元13被配置为连接到属于主模块2的上述第一类型的机电连接单元9。特别地，如可在图3和图4所示，这种第一类型的机电连接单元9和对应的第二类型的机电连接单元13被配置成允许主模块2机械地并且以可逆的方式连接至辅助模块10。此外，上述第一类型和第二类型的机电连接单元9和13的连接允许在主模块2和辅助模块10之间建立电功率连接和数据连接。
54.特别地，这种电功率连接被配置为允许电功率从主模块2流到辅助模块10，使得来自上述主模块2的功率可以被辅助模块10的发电机12适配以用于特定类型的焊接，这不能仅通过主模块2来实现。
55.更具体地，根据本发明的前述第一优选实施例，当主模块2机电地连接到辅助模块10时，通过电功率连接，传输到辅助模块10的电功率对应于在输入端上、在同一个主模块2的输入端口4上接收到的电功率。
56.然而，根据本发明的不同替代性实施例，不排除当主模块2机电地连接到辅助模块10时，通过电功率连接，传输到辅助模块10的电功率对应于已由主模块2的发电机5适配的功率，以进一步使其适配于执行辅助模块10被配置用于的特定类型的焊接。
57.根据本发明的第一优选实施例，当主模块2机电地连接到辅助模块10时，焊接系统1还被配置为通过上述电功率连接将由辅助模块10的发电机12适配的电功率传输到主模块2的输出端口6。
58.有利地是，以这种方式，对于任何类型的焊接，可以利用主模块2中定义的输出端6来连接和使用焊炬，该焊炬特别适于执行辅助模块10被配置用于的焊接类型，因此，也不必为辅助模块10提供另外的输出端口。
59.然而，根据本发明的焊接系统1的不同实施例，不排除替代地或除了将辅助模块10适配的电功率传输到主模块2之外，辅助模块10还包括用于通过电导体连接特定焊炬的输出端口，该焊炬适于执行辅助模块10被配置用于的焊接类型。
60.换言之，由发电机12所适配的上述电功率提供在上述辅助模块10的输出端口上。
61.根据本发明的前述第一优选实施例，根据上述替代性实施例，当主模块2机电地连接到辅助模块10时，主模块2的电子控制单元7被配置为通过前述数据连接控制辅助模块10的发电机12的功能。
62.因此，有利地是，本发明的焊接系统1包括利用单个电子控制单元7，用于控制同一主模块2的发电机5和辅助模块10的发电机12。
63.具体地，根据本发明，关于第一类型的机电连接单元9，它具有第一机械连接装置91、第一电功率连接装置92和第一数据连接装置93，而关于第二类型的机电连接单元13，它包括可耦合到前述第一机械连接装置91的第二机械连接装置131、可耦合到第一电功率连接装置92的第二电功率连接装置132和可耦合到第一数据连接装置93的第二数据连接装置133。
64.特别地，当辅助模块10通过第一机械连接装置91和第二机械连接装置131机械地耦合到主模块2时，第一电功率连接装置92和第二电功率连接装置132以及第一数据连接装置93和第二数据连接装置133分别彼此耦合。
65.关于第一机械连接装置91和第二机械连接装置131，优选地但非必须地，它们为快接接头。
66.关于第一数据连接装置93和第二数据连接装置133，优选地但不是必须地，它们为rj45类型的连接器。根据替代性实施例，不排除的是，这些可以选自其他类型的数据连接器，例如usb、串行、红外连接器，只要它们是快接和可逆类型的。
67.最后，如图13和图14所示，关于第二电功率连接装置132，根据本发明的第一优选实施例，它们包括设置有第一导体元件201的公连接器200以及具有基本纵向延伸部的第二导体元件203，根据离开相关模块2的壳体3的v方向在第一导体元件201中形成通孔202，第二导体元件203插入穿过前述通孔202。
68.第二导体元件203具有自由端203a，该自由端203a相对于通孔202向外突出预定高度h。
69.此外，公连接器200包括被布置在所述第一导体元件201和所述第二导体元件203之间的电绝缘管状元件204，使得第一导体元件201和第二导体元件203彼此电绝缘。
70.在替代性实施例中，如图17和图18所示，除了没有第二导体元件203之外，这种公连接器200可以包括上述所有特征。
71.如下文将具体描述的，当这种公连接器交替地连接到属于下述第一电功率连接装置92的母连接器300时，公连接器200的两个版本之间的这种差异允许获得两种不同的功能。
72.在这方面，关于第一电功率连接装置92，如图9、10、11和12所示，它们包括设有第
一导体元件301的母连接器300，在第一导体元件301中形成通孔302，该通孔302具有相对于相关模块10的外壳体11面向外的进气口302a。此外，它们包括相对于前述进气口302a被布置在第一导体元件301的相对侧上的第二导体元件303。继而，这种第二导体元件303具有与第一导体元件301的通孔302同轴地限定的通孔304。此外，第二导体元件303被配置为相对于第一导体元件301沿着平行于上述两个通孔302和304的延伸方向从第一操作位置移动到第二操作位置，如图9和图10所示，根据第一操作位置第二导体元件303与第一导体元件301接触，如图11和图12所示，根据第二操作位置第二导体元件303与第一导体元件301间隔开并且电隔离，反之亦然。
73.根据本发明的优选实施例，在静止状态下的母连接器300通过弹性推力元件305(特别是推力弹簧306)保持在上述第一操作位置，该弹性推力元件305(特别是推力弹簧306)在离开外壳3的方向上作用在第二导体元件303上。
74.第一导体元件301和第二导体元件303的通孔302和304成形为允许公连接器200的第二导体元件203的自由端203a通过，并且使得在母连接器300的第一操作位置处，两个通孔302和304的总高度h小于公连接器200的第二导体元件203的自由端203a的高度h。
75.有利地是，以这种方式，如在图15和图16中可以看到的，当包括第二导体元件203的公连接器200连接到母连接器300，公连接器200的同一第二导体元件203与母连接器300的第二导体元件303的通孔304的底部304a接触，从而确定母连接器300从第一操作位置到第二操作位置的平移。
76.这样，公连接器200和母连接器300的第一导体元件201和301之间定义了电接触状态，公连接器200和母连接器300的第二导体元件203和303之间定义了电接触状态，在第一导体元件201和301与第二导体元件203和303之间还限定了电隔离状态。
77.因此，当主模块2连接到辅助模块10，并且因此第一电功率连接装置92连接到第二电功率连接装置132时，电功率的电向外路径(流动)被定义为从主模块2到辅助模块10，并且适配的电功率的电返回路径(流动)被定义为从辅助模块10到主模块2。
78.或者，如果公连接器200没有第二导体元件203，则如图19和图20所示，当相同的公连接器200连接到母连接器300时，后者的第一操作位置保持不变，从而保持第二导体元件303和第一导体元件301之间的电接触，同时，进一步建立第一导体元件201和301之间的电接触。因此，没有第二导体元件203的公连接器200与母连接器300的耦合允许在主模块2和辅助模块10之间限定单向电连接。
79.简而言之，可以理解，本发明的公连接器200和母连接器300的结构有利地允许获得双重操作功能，从而容易地为相同的公连接器提供与前述第二导体元件203对应的单个元件或者取消与前述第二导体元件203对应的单个元件的相同公连接器。
80.作为优选实施例的替代方案，本发明不排除第一电功率连接装置92包括公连接器200并且第二电功率连接装置132包括母连接器300。
81.同样，不排除在与上述优选实施例不同的实施例中，第一电功率连接装置92和第二电功率连接装置132分别包括一个以上的母连接器300和一个以上的公连接器200。
82.特别地，根据本发明的优选实施例，当两个公连接器200都设置有第二导体元件203时显然第二电功率连接装置132可以包括两个公连接器200并且第一电功率连接装置92可以包括两个母连接器300，以便对在主模块2和辅助模块10之间交换的电功率的两个极性
进行向外和返回的电连接。
83.此外，根据关于本发明的焊接系统1的第一优选实施例的替代性实施例，不排除上述第一电功率连接装置92和第二电功率连接装置132的结构与上述不同，前提是它们能够在主模块2和辅助模块10之间建立上述电连接。
84.此外，顺便提一下，要重要强调的是，上述第一电功率连接装置92和第二电功率连接装置132的特定解决方案和构造可以是权利要求本身的主题，而不必将它们应用至作为本发明主题的焊接系统1的主模块2和辅助模块10。换言之，第一电功率连接装置92和第二电功率连接装置132的特定构造本身可以有利地允许在需要对两个电气/电子设备进行电气连接的多个行业和应用中以快速、可逆和可靠的方式建立电气连接。
85.关于根据本发明的第二优选实施例的焊接系统100，如从图5到图8所示，应该说明的是，为了简单起见，如果没有特别说明，它包括了第一优选实施例中详细描述的所有特征，特别是关于第一类的机电连接单元9和第二类的机电连接单元13的结构。
86.除了具有针对第一优选实施例所描述的相同特征的主模块2之外，这种第二优选实施例包括两个辅助模块20和30，每个辅助模块设置有确定发电机22和32的外壳体21和31，发电机22和32被配置为使在输入端接收到的电功率的电气特性适配特定类型的焊接，其不同于主模块2和剩余的辅助模块。
87.根据本发明，两个辅助模块20和30中的第一辅助模块20包括第一类型的机电连接单元9以及第二类型的机电连接单元13，而两个辅助模块20和30中的第二辅助模块30包括至少一第二类型的机电连接单元13，该第二类型的机电连接单元13可耦合到第一辅助模块20的第一类型的机电连接单元9，或者可选地耦合到主模块2的第一类型的机电连接单元9。有利地是，这允许在主模块2和第一辅助模块20之间并且同时在第一辅助模块20和第二辅助模块30之间获得可逆类型的机械耦合并且建立电功率连接和数据连接。
88.如图7和图8所示，这种电功率连接被配置为至少允许电功率分别在主模块2和第一辅助模块20之间以及在第一辅助模块20和第二辅助模块30之间流动。
89.优选地，当两个辅助模块20和30直接或间接地机电耦合到主模块2时，焊接系统100还被配置为通过上述电功率连接将已适配的电功率从前述两个辅助模块20和30的发电机22和32两者或者仅从前述两个辅助模块20和30的发电机22和32的其中之一传输到主模块2，以便在输出端口6上提供这种已适配的电功率。
90.有利地是，以这种方式，对于任何类型的焊接，可以利用主模块2中限定的输出端6来连接和使用特别适于实施两个辅助模块20和20所配置的焊接类型的焊炬，因此不必为后者提供另外的输出端口。
91.或者，本发明的焊接系统100允许主模块2和第二辅助模块30以可逆的方式机械耦合，从而不包括第一辅助模块20，从而允许在同一个主模块2和第二辅助模块30之间建立电功率连接和数据连接。
92.这种电功率连接因此被配置为至少允许电功率在主模块2和第二辅助模块30之间流动。
93.有利地是，与本发明的第二优选实施例相关的焊接系统100允许定义至少四种不同的操作模式。详细地，可替代地，可以利用焊接系统100实现单个主模块2所配置的一种或多种焊接，实现通过将主模块2与第一辅助模块20相结合可实施的一种或多种焊接，实现通
过将主模块2与第一辅助模块20和第二辅助模块30相结合可实施的一种或多种焊接，以及最后实现将主模块2仅与第二辅助模块30相结合可实施的一种或多种焊接。
94.本发明的焊接系统100的进一步变型可以包括两个以上的辅助模块，每个辅助模块可以包括第一类型的机电连接单元9和/或第二类型的机电连接单元13，其中各种辅助模块被配置为相对于彼此或者主模块实现不同的焊接模式。
95.本发明的焊接系统的这种替代性实施例允许连接、组合一个或多个辅助模块，或者作为可选方案允许一个或多个辅助模块连接、组合至主模块，从而使本发明的焊接系统适配于从提供的多种焊接类型中选择的特定类型的焊接。
96.基于上述，很明显，作为本发明主题的焊接系统实现了预设目的。
97.特别地，实现了生产模块化焊接系统的目的，该模块化焊接系统能够适于实施从上述那些中选择的特定焊接工艺。
98.此外，实现了生产模块化焊接系统的目的，该模块化焊接系统可以快速且可逆地适配特定焊接工艺，而无需对系统部件和连接这些部件的布线进行内部干预。
99.实现的另一个目的是生产模块化焊接系统，该模块化焊接系统可以快速地适配特定的焊接工艺，同时该模块化焊接系统比针对每种焊接类型需要现有技术的特定焊接设备更便宜。
100.最后，还实现了生产模块化焊接系统的目的，该模块化焊接系统允许以降低的成本相对于那些已经可用的焊接类型随后集成另一类型的焊接。