МУФТА СВАРОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, С ОДНОЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ И, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, ОДНИМ КОРОТКОЗАМЫКАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ, СВАРОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ И СВАРОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
WELDING TOOL COUPLING HAVING AT LEAST ONE MAGNETIC SYSTEM AND AT LEAST ONE SHORT-CIRCUIT DEVICE, WELDING TOOL  AND WELDING DEVICE

Изобретение относится к муфте сварочного инструмента, в частности устройству сопряжения шлангового пакета или рукоятке сварочной горелки, для соединения сварочного инструмента, в частности шейки сварочной горелки, с питающей линией сварочного устройства, причем муфта сварочного инструмента содержит для разъемного присоединения сварочного инструмента присоединительное устройство, посредством которого можно включать и выключать магнитную удерживающую силу.
Изобретение относится также к сварочному инструменту для присоединения к такой муфте сварочного инструмента, а также к сварочному устройству с такой муфтой сварочного инструмента.
Электромагнитная муфта сварочного инструмента описанного выше рода известна, например, из публикации DE 20018124 U1, в которой описана магнитная система смены различных инструментов для руки робота, в том числе сварочных инструментов. Система смены инструментов содержит по меньшей мере две полумуфты, разъемно соединяемые между собой посредством плоскости разъема, причем одна полумуфта придана подвижной руке робота, а другая полумуфта - сварочному инструменту. Сварочный инструмент соединен с рукой робота посредством магнитного удерживающего механизма, который основан на том, что одна полумуфта содержит ферромагнитный материал, а другая полумуфта - неподвижную постоянно- и/или электромагнитную систему, которой магнитно притягивается соответствующая ферромагнитная полумуфта. При использовании одного электромагнита или в комбинации с постоянным магнитом удерживающую силу можно включать и выключать, причем в случае комбинированной постоянно-электромагнитной системы электромагнит в положении включения повышает удерживающую силу электромагнита, а в положении выключения ослабляет или полностью компенсирует ее за счет соответствующего изменения полярности. Однако для включения и выключения магнитной удерживающей силы в любом случае требуется коммутируемый электромагнит, для которого приходится иметь технически сложное электрическое коммутирующее устройство.
Задачей изобретения является усовершенствование муфты сварочного инструмента, сварочного инструмента и сварочного устройства описанного выше рода так, чтобы сварочный инструмент можно было присоединять к муфте технически максимально просто, в частности без использования электрического коммутирующего устройства и предпочтительно только одним человеком.
Эта задача решается посредством муфты сварочного инструмента по п. 1, сварочного инструмента по п. 20 и сварочного устройства по п. 24 формулы. Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются объектом зависимых пунктов формулы.
Предложенная муфта сварочного инструмента с включаемой и выключаемой магнитной удерживающей силой отличается тем, что присоединительное устройство содержит по меньшей мере одну магнитную систему и по меньшей мере одно короткозамыкающее устройство, перемещающиеся по отношению друг к другу между положениями включения и выключения таким образом, что выработанный магнитной системой магнитный поток в положении включения выходит из присоединительного устройства, создавая магнитную удерживающую силу, а в положении выключения посредством короткозамыкающего устройства по меньшей мере частично короткозамкнут в присоединительном устройстве, прекращая действие магнитной удерживающей силы.
Согласно изобретению, было обнаружено, что включение и выключение магнитной удерживающей силы могут быть реализованы за счет чисто механического перемещения магнитной системы относительно короткозамыкающего устройства без необходимости использования специального электрического коммутирующего устройства для включения и выключения электромагнита. Предложенное решение основано только на том, что выработанные первой магнитной системой магнитные потоки в положении включения выводятся короткозамыкающим устройством из присоединительного устройства, а в положении выключения по меньшей мере частично замыкаются накоротко в присоединительном устройстве.
Для короткого замыкания магнитного потока в присоединительном устройстве и для его вывода из присоединительного устройства короткозамыкающее устройство, согласно первому предпочтительному варианту, может содержать по меньшей мере одну дополнительную магнитную систему и/или по меньшей мере один полюсный наконечник, с помощью которого магнитная удерживающая сила включается и выключается. Если короткозамыкающее устройство содержит по меньшей мере одну дополнительную магнитную систему, называемую далее второй магнитной системой, то предпочтительным образом предусмотрено, что вторая магнитная система в положении включения усиливает выработанный первой магнитной системой магнитный поток, в частности вне присоединительного устройства, а в положении выключения замыкает накоротко и/или по меньшей мере частично компенсирует, так что магнитная удерживающая сила может включаться и выключаться только за счет чисто механического перемещения обеих магнитных систем по отношению друг к другу.
Аналогичным образом также полюсный наконечник может служить либо для короткого замыкания, либо для вывода выработанного первой магнитной системой потока. Для этого полюсный наконечник, согласно другому предпочтительному варианту, аналогично принципу действия механической магнитной зажимной пластины или механического магнитного зажимного патрона, содержит по меньшей мере два магнитно изолированных друг от друга сегмента, которые состоят из магнитопроводящего, в частности ферромагнитного материала, и могут перемещаться относительно первой магнитной системы, а именно таким образом, что магнитный поток первой магнитной системы через магнитопроводящие сегменты либо замыкается накоротко внутри присоединительного устройства, либо выводится наружу.
Разумеется, возможно также, чтобы присоединительное устройство, согласно другому предпочтительному варианту, содержало комбинацию из магнитной системы и полюсного наконечника. При этом, в частности, предпочтительно, если вторая магнитная система выполнена и расположена таким образом, что выработанный совокупностью всех магнитных систем магнитный поток в положении включения выходит или выводится через полюсный наконечник из присоединительного устройства, благодаря чему, в целом, предпочтительным образом повышается величина магнитной удерживающей силы.
В результате выполненное таким образом присоединительное устройство с основанным на магнитной системе и/или полюсном наконечнике короткозамыкающим устройством отличается особенно простым обслуживанием и очень высокой надежностью.
Аналогично конструкции полюсного наконечника по меньшей мере из двух магнитно изолированных друг от друга сегментов, согласно другому предпочтительному варианту, может быть предусмотрено, что также первая и/или вторая магнитная система содержит соответственно несколько попеременно поляризованных и/или магнитно изолированных друг от друга магнитов, в ности дипольных магнитов. При этом особенно предпочтительно первая и вторая магнитные системы расположены по отношению друг к другу таким образом, что полюса магнитов первой магнитной системы в положении включения граничат с соответственно одноименными, а в положении выключения - с соответственно разноименными полюсами магнитов второй магнитной системы. Этим достигается то, что в положении включения выработанный совокупностью магнитных систем магнитный поток выходит из присоединительного устройства, вырабатывая магнитную удерживающую силу, а в положении выключения по меньшей мере частично замыкается накоротко в присоединительном устройстве, прекращая действие магнитной удерживающей силы, или что магнитные потоки обеих магнитных систем в положении выключения по меньшей мере частично компенсируются.
Согласно другому предпочтительному варианту магниты первой и/или второй магнитной системы могут быть выполнены в виде постоянных магнитов и/или электромагнитов. Постоянные магниты дают то преимущество, что можно полностью отказаться от энергоснабжения, благодаря чему уменьшаются затраты на муфту сварочного инструмента. Кроме того, постоянные магниты дают то преимущество, что сварочный инструмент даже в случае прекращения подачи энергии все еще надежно будет удерживаться в муфте. По сравнению с этим электромагниты дают то преимущество, что магнитная удерживающая сила может варьироваться за счет повышения или понижения возбужденного магнитным полем прохождения тока.
Особенно простое управление муфтой сварочного инструмента может достигаться за счет того, что присоединительное устройство выполнено по типу вращающейся муфты. Для этого, согласно одному особенно предпочтительному варианту, может быть предусмотрено, что первая магнитная система расположена, в частности, на кольцеобразном коммутирующем элементе предпочтительно из ненамагничиваемого материала, который установлен с возможностью перемещения относительно короткозамыкающего устройства, в частности с возможностью вращения вокруг продольной оси муфты сварочного инструмента.
В качестве альтернативы, разумеется, также возможно, чтобы короткозамыкающее устройство было расположено, в частности, на кольцеобразном коммутирующем элементе предпочтительно из ненамагничиваемого материала, который установлен с возможностью перемещения относительно первой магнитной системы, в частности с возможностью вращения вокруг продольной оси муфты сварочного инструмента.
В частности, если присоединительное устройство выполнено в виде вращающейся муфты, оказывается предпочтительным расположить магниты первой магнитной системы кольцеобразно рядом друг с другом, предпочтительно вокруг продольной оси муфты сварочного инструмента, причем магнитные оси магнитов ориентированы либо в направлении периферии кольцеобразного устройства, либо перпендикулярно кольцевой плоскости.
Дополнительно или в качестве альтернативы также может быть предусмотрено, что магниты второй магнитной системы расположены кольцеобразно рядом друг с другом, предпочтительно также вокруг продольной оси муфты сварочного инструмента, причем магнитные оси магнитов ориентированы либо параллельно кольцевой плоскости, либо перпендикулярно направлению периферии кольцеобразного устройства. За счет такого расположения магнитных систем и их магнитных осей можно особенно эффективным образом реализовать выключение и включение магнитной удерживающей силы.
Для достижения того, чтобы магнитный поток второй магнитной системы, с одной стороны, в положении включения способствовал магнитной удерживающей силе, а, с другой стороны, в положении выключения по меньшей мере частично компенсировал магнитный поток первой магнитной системы, согласно другому варианту, предпочтительно, если магнитные оси первой магнитной системы были ориентированы перпендикулярно магнитной оси (осям) второй магнитной системы.
Если выполненное, в частности, в виде вращающейся муфты присоединительное устройство содержит, кроме того, полюсный наконечник, то, согласно другому предпочтительному варианту, напрашивается, чтобы магнитно изолированные сегменты полюсного наконечника были выполнены в форме кольцевого сегмента и/или образовали кругообразный, ориентированный предпочтительно коаксиально к продольной оси буртик, на одной торцевой стороне которого в положении включения удерживается присоединяемый сварочный инструмент и/или с другой торцевой стороной которого граничит первая магнитная система. За счет такого расположения полюсных наконечников можно особенно простым образом достичь того, чтобы полюсный наконечник выводил магнитный поток первой и, при необходимости, второй магнитных систем в положении включения в направлении присоединяемого сварочного инструмента из присоединительного устройства, а в положении выключения по меньшей мере частично замыкал накоротко в присоединительном устройстве, прекращая действие магнитной удерживающей силы.
Чтобы способствовать магнитному потоку в полюсном наконечнике, в частности короткому замыканию магнитного потока в положении выключения, согласно другому предпочтительному варианту, предусмотрено, что полюсный наконечник имеет выступ в форме полого цилиндра, которое примыкает к магнитно изолированным сегментам или буртику полюсного наконечника, предпочтительно коаксиально к продольной оси, внутрь муфты сварочного инструмента.
Для магнитной изоляции отдельных сегментов полюсного наконечника или отдельных, в частности, попеременно поляризованных магнитов первой и/или второй магнитной системы они предпочтительным образом магнитно отделены или изолированы друг от друга магнитными изоляторами из ненамагничиваемого, предпочтительно диамагнитного материала.
В одном особенно предпочтительном варианте, в котором присоединительное устройство содержит как полюсный наконечник, так и вторую магнитную систему, каждый магнит второй магнитной системы расположен между двумя смежными сегментами полюсного наконечника, предпочтительно в зоне, граничащей с первой магнитной системой торцевой стороны буртика. За счет этого можно особенно эффективным образом обеспечить включение и выключение магнитной удерживающей силы. Прежде всего, в положении выключения за счет этого расположения магнитов второй магнитной системы и сегментов полюсного наконечника магнитный поток первой магнитной системы почти полностью замыкается накоротко в присоединительном устройстве.
Чтобы в положении включения создать максимальную магнитную удерживающую силу, в другом предпочтительном варианте предусмотрено, что по меньшей мере в положении включения один сегмент полюсного наконечника граничит с одним магнитом первой магнитной системы, причем предпочтительно сегменты по меньшей мере в зоне примыкания к магниту первой магнитной системы имеют бóльшую боковую протяженность, чем сами магниты.
Для дополнительного повышения магнитной удерживающей силы может быть предусмотрен предпочтительно кольцеобразный элемент из магнитомягкой стали, который на одной стороне первой магнитной системы, предпочтительно на обращенной от полюсного наконечника или буртика стороне, соединяет чередующиеся полюса магнитов первой магнитной системы.
Чтобы достичь механического подвода присоединяемого сварочного инструмента к муфте и его дополнительной стабилизации, муфта сварочного инструмента, согласно другому предпочтительному варианту, может иметь по меньшей мере одно центрирующее отверстие, предпочтительно коаксиально к своей продольной оси, которое приводится в контакт с ответным центрирующим выступом на сварочном инструменте.
Далее возможно, чтобы муфта сварочного инструмента имела по меньшей мере одно присоединение для среды, предпочтительно на дне центрирующего отверстия, которое (присоединение) при соединении сварочного инструмента с муфтой взаимодействует по меньшей мере с одним ответным присоединением для среды на сварочном инструменте, предпочтительно на конце центрирующего выступа. В качестве сред рассматриваются, в частности, электрический ток, газ и/или вода, которые в процессе сварки должны быть в распоряжении в сварочном инструменте.
Первая независимая идея изобретения касается сварочного инструмента, в частности шейки сварочной горелки, для присоединения к описанной выше, предложенной муфте сварочного инструмента.
Для магнитного присоединения к присоединительному устройству, предпочтительно к полюсному наконечнику, в частности к торцевой стороне буртика, согласно первому предпочтительному варианту, предусмотрено, что сварочный инструмент содержит предпочтительно кольцеобразный контактный элемент из намагничиваемого материала, посредством которого сварочный инструмент в положении включения за счет магнитной удерживающей силы притягивается к муфте.
В качестве вводного приспособления, как и в качестве дополнительного стабилизирующего элемента для присоединения сварочного инструмента к муфте, сварочный инструмент может иметь, как описано выше, центрирующий выступ, который приводится в контакт с ответным центрирующим отверстием в муфте сварочного инструмента.
Кроме того, сварочный инструмент имеет предпочтительно в центрирующем выступе предпочтительным образом по меньшей мере одно присоединение для среды, которое (присоединение) при соединении сварочного инструмента с муфтой взаимодействует в муфте по меньшей мере с одним присоединением для среды.
Другая независимая идея изобретения касается сварочного устройства, в частности сварочной горелки, с предложенной муфтой сварочного инструмента и/или с предложенным сварочным инструментом описанного выше рода.
Другие цели, преимущества, признаки и возможности применения настоящего изобретения приведены в нижеследующем описании примера его осуществления со ссылкой на чертежи. При этом все описанные и/или графические признаки сами по себе или в любой целесообразной комбинации образуют объект изобретения также независимо от их объединения в пунктах формулы или их подчинения.
На чертежах изображают:
- фиг. 1: в перспективе возможный пример выполнения предложенного сварочного устройства со сварочным инструментом, муфтой сварочного инструмента и питающей линией;
- фиг. 2: в перспективе муфту сварочного инструмента из фиг. 1;
- фиг. 3: подробный продольный разрез муфты сварочного инструмента из фиг. 2;
- фиг. 4: подробный продольный разрез муфты сварочного инструмента и сварочного инструмента из фиг. 1;
- фиг. 5: развернутый разрез муфты сварочного инструмента с пристыкованным сварочным инструментом в положении включения вдоль цилиндрического разреза S-S из фиг. 4;
- фиг. 6: развернутый разрез муфты сварочного инструмента с пристыкованным сварочным инструментом в положении выключения вдоль цилиндрического разреза S-S из фиг. 4.
На фиг. 1 изображен возможный пример выполнения предложенного сварочного устройства, в данном случае сварочной горелки, содержащей муфту 1, с помощью которой сварочный инструмент 3, в данном случае шейка сварочной горелки, соединяется с питающей линией 6 сварочного устройства, причем присоединение сварочного инструмента 3 к муфте 1 происходит посредством присоединительного устройства 2, которое для разъемного присоединения сварочного инструмента 3 создает включаемую и выключаемую магнитную удерживающую силу.
Согласно изобретению, предусмотрено, что присоединительное устройство 2 содержит по меньшей мере одну магнитную систему 10 и по меньшей мере одно короткозамыкающее устройство 100, перемещающиеся по отношению друг к другу между положениями включения и выключения таким образом, что выработанный магнитной системой 10 магнитный поток в положении включения выходит из присоединительного устройства 2, создавая магнитную удерживающую силу, а в положении выключения по меньшей мере частично замкнут накоротко в присоединительном устройстве 2 посредством короткозамыкающего устройства 100, прерывая действие магнитной удерживающей силы.
В изображенном на фиг. 1-6 примере короткозамыкающее устройство 100 содержит, помимо первой магнитной системы 10, дополнительную магнитную систему 20, называемую далее второй магнитной системой 20, а также полюсный наконечник 30. Как видно, в частности, на фиг. 2, 5, 6, полюсный наконечник 30 состоит из нескольких, магнитно изолированных друг от друга сегментов 31 из магнитопроводящего, в данном случае ферромагнитного материала. Магнитная изоляция отдельных сегментов 31 полюсного наконечника 30 осуществляется посредством магнитных изоляторов 35, состоящих из ненамагничиваемого, в данном случае диамагнитного материала.
Как видно далее из фиг. 2-6, первая и вторая магнитные системы содержат несколько попеременно поляризованных и магнитно изолированных друг от друга дипольных постоянных магнитов 11, 12, 21, 22, причем в данном примере магниты 11, 12 первой магнитной системы 10 и магниты 21, 22 второй магнитной системы 20 расположены кольцеобразно рядом друг с другом вокруг продольной оси А-А муфты 1. В то время как магнитные оси магнитов 11, 12 первой магнитной системы ориентированы перпендикулярно кольцевой плоскости, т.е. параллельно продольной оси А-А, магнитные оси магнитов 21, 22 второй магнитной системы ориентированы параллельно кольцевой плоскости, т.е. перпендикулярно продольной оси А-А муфты 1.
В частности, как видно на фиг. 5, 6, первая 10 и вторая 20 магнитные системы расположены по отношению друг к другу таким образом, что полюса магнитов 11, 12 первой магнитной системы 10 в положении включения граничат с соответственно одноименными, а в положении выключения - с соответственно разноименными полюсами магнитов 21, 22 второй магнитной системы 20. Этим достигается то, что вторая магнитная система 20 усиливает выработанный первой магнитной системой 10 магнитный поток в положении включения вне присоединительного устройства 2, а в положении выключения замыкает накоротко или по меньшей мере частично компенсирует. Кроме того, задача полюсного наконечника 30 заключается в том, чтобы выработанный совокупностью всех магнитных систем 10, 20 магнитный поток в положении включения выходил из присоединительного устройства 2.
Как видно, в частности, на фиг. 2-6, первая магнитная система 10 расположена на кольцеобразном коммутирующем элементе 13 из ненамагничиваемого материала, установленном с возможностью вращения относительно короткозамыкающего устройства 100 вокруг продольной оси А-А муфты 1. В соответствии с этим также полюсный наконечник выполнен кольцеобразным или цилиндрически-симметричным. В соответствии с этим магнитно изолированные сегменты 31 полюсного наконечника 30 выполнены в форме кольцевого сегмента, образуя кругообразный, ориентированный коаксиально к продольной оси А-А буртик 32, на одной торцевой стороне 33 которого соединяемый сварочный инструмент 3 удерживается в положении включения, а с другой торцевой стороной 34 граничит первая магнитная система 10.
Кроме того, полюсный наконечник имеет выступ 37 в форме полого цилиндра, который примыкает к магнитно изолированным сегментам 31 или к буртику 32 коаксиально к продольной оси А-А внутрь муфты 1.
Конкретная конструкция присоединительного устройства 100 изображена, в частности, на фиг. 2-4, где каждый магнит 21, 22 второй магнитной системы 20 расположен между смежными сегментами 31 полюсного наконечника 30 в зоне, граничащей с первой магнитной системой 10 торцевой стороны 34 буртика 32.
Включение и выключение магнитной удерживающей силы происходят за счет того, что коммутирующий элемент 13, в котором расположена первая магнитная система 10, поворачивается относительно короткозамыкающего устройства 100 на угол, который соответствует угловому расстоянию между двумя смежными, противоположно поляризованными магнитами 21, 22 второй магнитной системы 20. Соответственно на фиг. 5 показано положение присоединительного устройства 100 в положении включения, а на фиг. 6 присоединительное устройство 100 изображено в положении выключения. В положении включения выработанный первой магнитной системой 10 магнитный поток усиливается второй магнитной системой 20, через полюсный наконечник 30 или его сегменты 31 выводится из присоединительного устройства 2 через торцевую сторону 33 и вводится в кольцеобразный, состоящий из намагничиваемого материала и прилегающего к торцевой стороне 33 контактный элемент 40 сварочного инструмента 3, в результате чего присоединяемый сварочный инструмент 3 в положении включения магнитно удерживается на муфте 1. В противоположность этому в положении выключения выработанный первой магнитной системой 10 магнитный поток за счет измененного расположения полюсов второй магнитной системы 20 относительно первой магнитной системы 10 по меньшей мере частично замыкается накоротко в присоединительном устройстве 2 или компенсируется, поскольку в этом положении полюса магнитов 11, 12 первой магнитной системы 10 граничат с соответственно разноименными полюсами магнитов 21, 22 второй магнитной системы 20.
Чтобы максимально эффективно вывести магнитную удерживающую силу в положении включения в наружную зону присоединительного устройства 2, особенно предпочтительно, если, как и в данном примере на фиг. 1-6, по меньшей мере, в положении включения каждый сегмент 31 полюсного наконечника 30 граничит с одним магнитом 11, 12 первой магнитной системы 10, причем сегменты 31 по меньшей мере в зоне примыкания к магнитам 11, 12 первой магнитной системы имеют бóльшую боковую протяженность, чем магниты 11, 12.
Для усиления магнитной удерживающей силы в зоне присоединения присоединительного устройства 100 предусмотрен, кроме того, кольцеобразный элемент 14 из магнитомягкой стали, который на обращенной от полюсного наконечника 30 или буртика 32 стороне магнитопроводящим образом соединяет между собой чередующиеся полюса магнитов 11, 12.
Кроме того, в данном примере на фиг. 1-6 для присоединения сварочного инструмента 3 к муфте 1 предусмотрено проходящее коаксиально к продольной оси А-А центрирующее отверстие 4, приводимое в контакт с ответной центрирующей насадкой 5 на сварочном инструменте 3. Как видно, в частности, на фиг. 4, в дне центрирующего отверстия 4 предусмотрено, кроме того, присоединение 7 для среды, которое при соединении сварочного инструмента 3 с муфтой 1 взаимодействует с ответным присоединением 8 для среды на конце центрирующей насадки 5 сварочного инструмента 3. От этого присоединения 8 для среды через сварочный инструмент 3 до его острия проходит линия для среды.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 - муфта сварочного инструмента
2 - присоединительное устройство
3 - сварочный инструмент
4 - центрирующее отверстие
5 - центрирующий выступ
6 - питающая линия
7 - присоединение для среды в муфте сварочного инструмента
8 - присоединение для среды в сварочном инструменте
10 - первая магнитная система
11 - магнит
12 - магнит
20 - вторая магнитная система
21 - магнит
21 - магнит
30 - полюсный наконечник
31 - магнитно изолированные сегменты
32 - буртик
33 - одна торцевая сторона полюсного наконечника
34 - другая торцевая сторона полюсного наконечника
35 - магнитные изоляторы
36 - магнитные изоляторы
37 - выступ
40 - контактный элемент
100 - короткозамыкающее устройство
А-А - продольная ось муфты сварочного устройства