-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Schweißmediums
gemäß dem einführenden
Teil von Anspruch 1.
-
Die
EP-A-0536491 offenbart ein Schweißverfahren, bei dem durch ein
Gemisch aus Gasen mit verschiedener Dichte ein Inertgasschutz an
einer Schweißzone
bereitgestellt wird. Die Anteile der einzelnen Gase im Gemisch werden
gesteuert, um zu gewährleisten,
dass die Dichte des Gasgemisches ungefähr der Dichte der Umgebungsatmosphärenluft entspricht.
-
Wie
wohlbekannt, umfasst ein Schweißmedium
in der Regel ein Gemisch aus Gasen. Die betreffenden Gase sind Argon
(Ar), Helium (He), Sauerstoff. (O2) und
Kohlendioxid (CO2), wobei die relativen
Gemische binär
oder ternär
sind, zum Beispiel können
die Gemische:
- a) Ar-CO2;
- b) Ar-CO-O2;
- c) Ar-He-CO2 sein.
-
Diese
Gase werden in der Regel bereits vermischt dem Bereich eines Artikels
zugeführt,
in dem die Schweißung
herzustellen ist.
-
Es
ist die Verwendung von das Gemisch enthaltenden Flaschen bekannt,
die direkt zu der Stelle befördert
werden, an der die Schweißung
durchzuführen
ist. Dieser Vorgang kann jedoch zu Sicherheitsproblemen am Arbeitsplatz
führen.
-
Ein
System, bei dem man Schweißgemische vor
Ort herstellt, wird dann verwendet, wenn solche Gemische in großen Mengen
verbraucht werden, wobei es dann wirtschaftlich und logistisch gerechtfertigt ist,
Flüssiggaslagerbehälter (Ar
und/oder CO2) zu verwenden.
-
Des
Weiteren ist bekannt, solche Schweißgemische herzustellen, bei
denen die Komponenten Ar und CO2 in der
flüssigen
Phase (zum Beispiel in großen
Kryobehältern
oder Kaltverdampfern) und die anderen Komponenten in jeweiligen
Flaschen gelagert werden. Die verschiedenen Komponenten werden auf
bekannte Weise vermischt, um das Endschweißgemisch zu erhalten. Dieses
bekannte Verfahren (und die betreffende Anlage) gewährleisten
jedoch kein Gemisch mit konstanten Zusammensetzungseigenschaften.
Dadurch wird die Durchführung der
Schweißung
beeinträchtigt,
was dazu führt,
dass Letztere oftmals die strengen Vorschriften, denen Schweißvorgänge im Allgemeinen
unterliegen, nicht erfüllt.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung
eines Verfahrens, das den Erhalt eines Schweißgemisches ermöglicht,
dessen physikochemischen Eigenschaften (bezüglich des Prozentanteils seiner
Komponenten, seines Austrittsdrucks und ähnlicher Parameter) im Laufe
der Zeit konstant bleiben, um zwecks Erfüllung der strengsten Vorschriften
ein optimales Schweißen zu
gewährleisten.
-
Eine
weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens der
oben genannten Art, das zuverlässig
durchgeführt
werden kann und eine kontinuierliche Zufuhr des Schweißgemisches
gestattet.
-
Eine
weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens der
oben genannten Art, bei dem sowohl die Art und Weise, auf die das Schweißgemisch
erzeugt wird, als auch seine Zusammensetzung ferngesteuert werden
kann.
-
Diese
und andere Aufgaben gehen für
einen Fachmann auf dem Gebiet durch ein Verfahren für seine
Implementierung gemäß den beigefügten Ansprüchen hervor.
-
Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen,
die als nicht einschränkendes
Beispiel bereitgestellt werden, deutlicher.
-
1 ist eine Vorderansicht
einer Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
-
2 ist eine schematische
Ansicht der Anlage nach 1;
und
-
3 ist eine schematische
Ansicht eines Teils der Anlage nach 1.
-
Unter
Bezugnahme auf die Figuren wird die Anlage insgesamt mit 1 bezeichnet
und umfasst einen Puffertank 2 zur Aufnahme eines Schweißgemisches.
Der Tank 2 ist mit einer Mischeinheit 3 verbunden,
in die die Gaskomponenten des Schweißgemisches unabhängig zugeführt werden
und aus der das gebildete Gemisch dem Tank 2 zugeführt wird.
Das Gemisch kehrt zu der Einheit 3 zurück und soll dann dem Verbraucher,
wie zum Beispiel einem Betriebsbereich, in dem die Schweißung durchgeführt wird, zugeführt werden.
-
Schließlich umfasst
die Anlage ein Analyse- und Steuersystem 4 für das durch
die Einheit 3 herzustellende Gemisch, um den Druck und
das Prozentgehaltverhältnis
der verschiedenen Mischungskomponenten innerhalb voreingestellter
Grenzen zu halten. Des Weiteren steuert dieses System den Betrieb
der Anlage 1.
-
Bei
beispielhafter Bezugnahme auf ein Argon, Kohlendioxid und Sauerstoff
enthaltendes ternäres
Gemisch wird das Argon (in der flüssigen Phase) aus Tanks, das
Kohlendioxid aus Flaschen oder, falls es sich in der flüssigen Phase
befindet, aus einem Tank, und der Sauerstoff aus einer Flasche abgezogen,
wobei die Flasche(n) und Tanks nicht gezeigt werden. Das Abziehen
erfolgt über
Zuführungsleitungen 6, 7 bzw. 8.
Die Gase weisen einen über
Atmosphärendruck
liegenden Druck auf (zum Beispiel weist Argon in seinem Tank einen
Druck von ca. 13–14
bar auf), der dann auf ca. 10 bar verringert wird. Diese Leitungen
umfassen jeweils Magnetventile, die unter der Steuerung einer (schematisch
zum Beispiel als Mikroprozessor oder PC gezeigten) Steuereinheit 9,
die im Analyse- und Steuersystem 4 vorgesehen ist, den
Gasen ermöglichen,
in die Einheit 3 zu strömen.
Diese Strömung
erfolgt bei einem kontrollierten Druck über einen Druckregler 10 (der bei
Argon, wie angegeben, den Druck von 13–14 bar auf 10 bar überführt), 11 und 12,
die in die Leitungen 6, 7 bzw. 8 geschaltet
sind, nachdem die Gase (Argon und Kohlendioxid) durch in den jeweiligen
Leitungen 6 und 8 angeordnete geeignete Heizgeräte 13 erwärmt worden
sind. Die Regler und Heizgeräte
sind alle mit der Einheit 9 des Systems 4 verbunden
und werden von ihr betrieben und gesteuert. Des Weiteren wird der
Druck in den Leitungen 6 durch gewöhnliche Druckschalter 15 gesteuert
(wobei nur der in Leitung 7 in 2 gezeigt wird).
-
In
dem dargestellten Beispiel sind der Sauerstoff und das Kohlendioxid,
wie erwähnt,
in Flaschen enthalten, die in zwei (nicht gezeigten) Gestellen festgehalten
werden, welche über
die Ventile 7A und 8A mit den jeweiligen Leitungen
verbunden sind. Vorzugsweise ist jedes (Druck-)Gas in einem Paar
Flaschen enthalten, die durch die Einheit 9 über eine
in den 2 und 3 gezeigte Gestellumschaltventile 16 und/oder 16A umfassende
Schaltung gezielt geöffnet werden
können.
Durch diese Anordnung schaltet die Einheit 9, wenn eine
Flasche (oder entsprechender Tank) fast leer ist (was durch eine
geeignete Füllstandsanzeige
erfasst wird) die Schaltung 16, 16A (die zum Beispiel
aus Magnetventilen besteht) um, um einen Abzug des Gases aus der
anderen (noch vollen) Flasche zu bewirken und einen Austausch der leeren
Flasche zu ermöglichen.
die
-
Des
Weiteren empfängt
die Mischeinheit 3 eine Leitung 17, die diese
Einheit mit einem Tank oder Flaschenpaket (nicht gezeigt) verbindet,
der bzw. das das Gemisch im komprimierten Zustand enthält, das
ein Schweißgemisch
darstellt, das bereits verwendungsbereit ist und zu einem Prozentanteil,
der dem optimalen Prozentanteil für den Anlagenbetrieb entspricht,
aus Gas (in diesem Beispiel Argon Kohlendioxid und Sauerstoff) besteht,
zum Beispiel CO2 3% + 0,2%, O2 1%
+ 0,1%, Rest Argon. Dieses Ersatzgemisch ist zur Zuführung zu
einem Verwender bestimmt, wenn die Mischanlage aus irgendeinem Grunde
nicht in der Lage ist, ein Argon-Kohlendioxid-Sauerstoff-Gemisch
in den Prozentgehalten in der Einheit 3 zu erzeugen. In
diesem Fall unterbricht die Einheit 9 den Strom dieser
Gase zum Tank 2 (durch Betätigung des in einer Einlassleitung 18 dieses
Tanks angeordneten Magnetventils 19, s. 3) und aktiviert die Gasströmung von
der Leitung 17 durch Öffnen
des in 3 gezeigten Magnetventils 20,
das in dem Teil der Leitung 17 angeordnet ist, der in der
in dieser Figur gezeigten Einheit 3 enthalten ist.
-
In
der Leitung 17 (siehe 2)
sind auch ein Druckregler 22 und ein Druckwandler 23 vorgesehen,
die mit der Einheit 9 verbunden ist, mittels der dieser
Letztere den Druck in der Leitung 17 misst und nach Bedarf
steuern kann.
-
Wie
erwähnt
sind die Leitungen 6, 7 und 8 mit der
Einheit 3 verbunden.
-
In
dieser Letzteren befindet sich ein in 3 mit 25 bezeichnetes
Schaltungssystem, in dem das Schweißgemisch kontinuierlich oder
chargenweise hergestellt wird, indem ihre Gaskomponenten in den gewünschten
Prozentanteilen der Leitung 18 zugeführt werden. Insbesondere ist
in der Leitung 6 ein Druck-„Dimensionier"-Glied 26 vorgesehen,
das aus einer Lochplatte besteht, die stromabwärts von ihr die gewünschte Argondurchflussmenge
bereitstellt. In jeder Leitung sind ein Rückschlagventil 27 und
eine mit 28, 29 und 30 für die Leitungen 6, 7 bzw. 8 bezeichnete
Anordnung vorgesehen, die Magnetventile 31 (für die Leitungen 7 und 8)
und Druckregler 32 (für alle
Leitungen) umfasst. Die Anordnungen 28, 29 und 30 sind
miteinander und mit einem Steuerdruckregler 33 wirkverbunden,
der es der Einheit 9 (mit der er verbunden ist) ermöglicht,
in den Leitungen 6, 7 und 8 die gewünschten
Drücke
zur Herstellung des Schweißgemisches
aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel misst die Einheit 9 den
Argoneinlassdruck in der Leitung 6 und wirkt auf Grundlage
der durch das Glied 26 bewirkten bekannten Druckänderung
dahingehend auf die Anordnungen 29 und 30 ein,
den Sauerstoff- und den Kohlendioxiddruck in den Leitungen 7 und 8 zu
regeln.
-
Dies
wird durch den mit den Reglern 32 verbundenen Steuerdruckregler 33 erreicht.
-
In
den Leitungen 7 und 8 sind des Weiteren Entlüftungsmittel 35 vorgesehen,
die durch ein mit einer Ablassleitung 36 verbundenes Magnetventil
definiert werden. Das Ventil 35 ist bezüglich der O2-Leitung 7 manuell,
während
das bezüglich
der CO2-Leitung insofern automatisch ist,
als sich das Ventil 35 dieser Leitung 8 bei Umschalten
des Ventils 16A zum anderen Gestell automatisch öffnet, um den Kreis automatisch
zu entlüften.
Es liegt auf der Hand, dass das für die CO2-Flasche vorgesehene
Gestellumschaltsystem nicht erforderlich sein würde, wenn das CO2 in
der flüssigen
Phase gelagert ist. Des Weiteren sind in den Leitungen 7 und 8 stromabwärts der
Anordnungen 29 und 30 Magnetventile 38 vorgesehen, die
die Prozentanteile der Gase von den entsprechenden Leitungen, die
zum Vermischen in der Leitung 18 zugeführt werden, regeln. Diese Magnetventile
sind Nadelventile und können
zum Beispiel durch die Einheit 9 des Systems 4 manuell
oder fernbetätigt werden.
Falls erforderlich, können
sie beide durch einen einzigen Motor mit einem trennbaren Einführverbinder
betätigt
werden, der an den Magnetventilen vorgesehen ist (als Alternative
können
Proportionalmagnetventile zur Fernsteuerung vorgesehen werden).
-
Wie
erwähnt,
entsteht das Schweißgemisch, dessen
Druck durch einen Druckmesser 39 gemessen wird, in der
Leitung 18. Diese Leitung ist auch mit einer Entlüftungsleitung 40 versehen,
die ein Magnetventil 41 und ein Rückschlagventil 42 umfasst, wobei
die Leitung 40 mit der Entlüftungsleitung 36 verbunden
ist.
-
Von
der Leitung 18 zweigt sich eine Zweigleitung 45 ab,
die in einem Analyseglied 46 zur Überprüfung der exakten Prozentanteilszusammensetzung
innerhalb vorbestimmter Bereiche des dem Puffertank oder -behälter 2 zugeführten Gemisches
endet. Das Glied 46 ist mit der Einheit 9 verbunden,
die, wenn eine unkorrekte Zusammensetzung dieses Gemisches gezeigt
wird, das Magnetventil 19 schließt und das Magnetventil 20 öffnet, um
dem Verwender ein Gemisch mit einer vordefinierten optimalen Zusammensetzung
zuzuführen.
Mit der Zweigleitung 45 ist eine Leitung 50 verbunden,
die mit einem Ventil 51 versehen ist, durch das dem Analysator 46 für seine Kalibrierung
ein Probegemisch zugeführt
werden kann. Des Weiteren sind ein Druckregler 52, ein
Manometer 53 und ein von der Einheit 9 manuell
oder ferngesteuertes Ventil 54 mit der Zweigleitung 45 verbunden.
-
Von
dem Behälter
oder Tank 2 kehren zwei Leitungen 54 und 55 zur
Einheit 3 zurück.
Eine davon, 54, endet in Druckschalter 56 und 57,
die den Mindest- und Maximaldruck in diesem Tank bestimmen. Die
Leitung 55 ist mit der Leitung 58 verbunden, die
sich zum Verwender erstreckt und eine Lochplatte 59 zur
Einstellung einer Verwenderdurchsatzhöhe des Gemisches und ein Ventil 60 zur
Einstellung der Durchflussmenge zum Verwender umfasst. Die Lochplatte 59 sichert
einen ordnungsgemäßen Anlagenbetrieb
und verhindert einen schnellen Druckabfall im Behälter oder
Tank 2. Insbesondere ist die Lochplatte 59 so
dimensioniert, dass sie unter maximalen Zuführungsbedingungen (Stromabwärtsdruck =
0) keine Durchflussmenge liefern kann, die größer als die erzeugte ist. Die
Lochplatte kann durch ein Proportionalmagnetventil ersetzt werden,
das auf Grundlage des im Tank 2 gemessenen Drucks steuerbar
ist.
-
Die
Anlage umfasst andere nützliche
Komponenten (Rückschlagventile,
Magnetventile, Druckregler und dergleichen), die auch in den Figuren
gezeigt, aber nicht beschrieben werden. Diese Komponenten werden
durch Symbole bezeichnet, die normalerweise auf dem Gebiet verwendet
werden, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, und sind dem
Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet wohlbekannt. Deshalb werden
diese Komponenten nicht beschrieben.
-
Bei
dem durch die oben genannte Anlage durchgeführten Verfahren:
- a) zieht man die einzelnen Mischungskomponenten aus Quellen
(bei denen es sich um Flaschen oder Tanks handeln kann) ab und erwärmt zumindest
einige davon und führt
sie der Mischeinheit 3 zu; die Komponenten werden unter
einem vorbestimmten Druck zugeführt;
- b) überwacht
man (vorzugsweise kontinuierlich) den Druck der einzelnen Fluide,
die in die Einheit 3 eintreten, und stellt sie, falls erforderlich
(durch das System 25) auf einen einheitlichen Wert ein;
- c) führt
man die Fluide in dosierten Durchflussmengen der Mischleitung 18 zu,
in der sie in vorbestimmten Prozentanteilen vermischt werden und
aus der sie den Pufferbehälter
oder -tank 2 erreichen, wobei das Gemisch dann, wie erforderlich,
den Verwender durch Leitung 58 erreicht, indem ein an der
Schweißstelle
oder – zone
darin angeordnetes entsprechendes Ventilglied geöffnet wird;
- d) zieht man während
dieser Zuführung
das Gemisch durch die Leitung 45 ab und führt es dem zuvor
kalibrierten Analysator 46 zu; wenn dieser Letztere zeigt,
dass die Gemischzusammensetzung wie gewünscht ist und in einen vorbestimmten
Bereich fällt,
erreicht das Gemisch weiterhin den Tank 2. Wenn dies nicht
der Fall ist, erzeugt der Analysator 46 ein Alarmsignal,
das der Einheit 9 zugeführt
wird, um das Ventil 19 zu schließen und das Ventil 20 zu öffnen, um
dem Verwender das vorgebildete Gemisch zuzuführen, das bereits in einer
oder mehreren mit der Leitung 17 verbundenen Flaschen komprimiert
ist.
-
Wenn
der Analysator 46, bei dem es sich um einen bekannten Analysator,
einschließlich
eines Massenanalysators, handeln kann, keine anomale Gemischzusammensetzung
anzeigt, erreicht das Gemisch den Tank 2. Darin wird der
Druck durch die Druckschalter 56 und 57 fortwährend überwacht. Wenn
dieser Druck über
einen vorbestimmten Wert ansteigt oder darunter fällt, schließt die (mit
den Druckschaltern verbundene) Einheit 9 das Ventil 19 und öffnet das
Ventil 20, um dem Verwender das Ersatzgemisch zuzuführen. Insbesondere
können akustische
und/oder lichtemittierende Vorrichtungen betrieben werden, wenn
der Druck in der Leitung 6 (die im vorliegenden Beispiel
Argon enthält)
unter einen bestimmten Schwellwert fällt, was zum Beispiel auf einen
Fehler beim Füllen
des Kaltverdampfers, in dem Argon enthalten ist, zurückzuführen sein
kann.
-
Wie
angeführt,
steuert die Einheit 9 alle Betriebsvorgänge der Anlage 1 durch Überprüfung des Öffnens und
Schließens
aller Magnet- oder anderen Ventile (durch gewöhnliche Sensoren, die in den
jeweiligen Leitungen oder Rohren oder stromabwärts davon angeordnet sind),
um den gewünschten
Wert der Zusammensetzung des Gemisches durch die Leitung 18 zu
steuern und aufrechtzuerhalten, die Sauerstoff-, Kohlendioxid- und
Argonzufuhr zu steuern und die Aktivierung der Heizvorrichtungen 13 zu steuern.
Des Weiteren steuert und überwacht
diese Einheit jede in der Anlage vorhandene Alarmvorrichtung, die
sich zum Beispiel auf den Druck im Tank 2 und im Argontank
bezieht, den ordnungsgemäßen Betrieb
der Gestellumschaltschaltungen 16 und 16A, die
ordnungsgemäße Zusammensetzung
des dem Tank 2 zugeführten
Gemisches und den Füllstand
in Letzterem und im Argontank.
-
Darüber hinaus
ist die Einheit 9 mit einem Zulieferer für Argon,
Sauerstoff und Kohlendioxid fernverbunden, um den Zulieferer rechtzeitig über den
Füllstand
in den jeweiligen Tanks oder Flaschen zu informieren. Dank dieser
Fernverbindung, zum Beispiel über
eine Telefonleitung oder über
Funk, kann des Weiteren der Betrieb der gesamten Anlage 1 ohne
Einwirkung auf ihre Komponenten, zum Beispiel die Magnetventile 19 und 20, überwacht
werden, um den Gemischstrom zum Verwender (auf Grundlage seiner
Zusammensetzung in dem beschriebenen Beispiel) einzustellen. Auf
diese Weise kann die Zusammensetzung solch eines Gemisches durch
Regelung des Stroms der Fluide zur Leitung 18 fernüberwacht
und -eingestellt werden. Gleichzeitig kann dank dieser Fernverbindung
der Zulieferer oder Anlagenaufseher über die „Geschichte" des Anlagenbetriebs
informiert sein, da die von der Einheit 9 empfangenen Daten über einen
langen Zeitraum auf einem optischen oder magnetischen Träger gespeichert
und dann analysiert und bewertet werden können.
-
Es
ist eine Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Anlage
zu seiner Durchführung
gegeben worden. Modifikationen an dem Verfahren, wie sie von einem
Fachmann auf dem Gebiet als aus der vorhergehenden Beschreibung
ableitbar in Betracht kommen, sollen als in den Schutzbereich der
vorliegenden Erfindung fallend betrachtet werden. Die beschriebene
Ausführungsform der
Erfindung betrifft ein ternäres
Gemisch, das aus O2, Ar und CO2 besteht,
wobei das Ar und, falls gewünscht,
auch das CO2 ursprünglich in der flüssigen Phase
vorhanden sind. Jedoch fallen auch andere Zusammensetzungen, einschließlich binärer Zusammensetzungen,
wie zum Beispiel Ar + CO2 oder Ar + He +
CO2, in den Schutzbereich der Erfindung.
-
Wenn
eine Zusammensetzung aus Ar + CO2 besteht,
ist die Anlage wie beschrieben, jedoch ohne den sich auf den O2 beziehenden Teil (zum Beispiel insbesondere
die Leitung 7). Im Falle der ternären Zusammensetzung Ar + He
+ CO2, ist die Anlage wie beschrieben, aber
He ersetzt dabei den O2.