特表 2024-507390 溶接装置とこの溶接装置に接続されている溶接要素とを有する溶接設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-19

(54)【発明の名称】溶接装置とこの溶接装置に接続されている溶接要素とを有する溶接設備

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/10 20060101AFI20240209BHJP

【ＦＩ】

B23K9/10 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023551790

(86)(22)【出願日】2022-02-28

(85)【翻訳文提出日】2023-08-24

(86)【国際出願番号】 EP2022054928

(87)【国際公開番号】W WO2022184613

(87)【国際公開日】2022-09-09

(31)【優先権主張番号】21159979.0

(32)【優先日】2021-03-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】504380611

【氏名又は名称】フロニウス・インテルナツィオナール・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＦＲＯＮＩＵＳ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(74)【代理人】

【識別番号】100221981

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 大成

(74)【代理人】

【識別番号】100191938

【弁理士】

【氏名又は名称】高原 昭典

(72)【発明者】

【氏名】ホフマニンガー・フランツ

(72)【発明者】

【氏名】ラムザウアー・クリストフ

【テーマコード（参考）】

4E082

【Ｆターム（参考）】

4E082AA08

4E082GA05

4E082GA06

(57)【要約】

溶接設備１の溶接装置２と他の構成要素との間でデータ伝送するためのデータ線２０を介した高周波点弧エネルギーの放出を減少させるため、電気絶縁装置３５が設けられていて、この電気絶縁装置３５では、データ線２０の第１データ線区間２０ａが、第１結合要素２１ａに接続されていて、データ線２０の第２データ線区間２０ｂが、第２結合要素２１ｂに接続されていることが提唱されている。この場合、第１結合要素２１ａと第２結合要素２１ｂとが、データ線２０を電気絶縁するために無線結合区間２３を介して互いに接続されている。この場合、それぞれ１つの固有の給電部２２ａ，２２ｂが、第１結合要素２１ａと第２結合要素２１ｂとごとに設けられていて、第１結合要素２１ａの給電部２２ａと第２結合要素２１ｂの給電部２２ｂとが、高周波点弧電圧ｕ_Ｚに起因するデータ線２０上の高周波電圧に備えて互いに電気絶縁されて構成されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接装置（２）と、この溶接装置（２）に接続されている溶接構成要素と、溶接のためにアークを高周波点弧するために高周波点弧電圧（ｕ_Ｚ）を生成するための高周波点弧部（１７）とを有する溶接設備であって、
データ線（２０）が、前記溶接装置（２）と前記溶接構成要素との間に設けられていて、前記溶接装置（２）と前記溶接構成要素との間のデータ通信が、前記データ線（２０）を介して実行される当該溶接設備において、
電気絶縁装置（３５）が設けられていて、この電気絶縁装置（３５）では、前記データ線（２０）の第１データ線区間（２０ａ）が、第１結合要素（２１ａ）に接続されていて、前記データ線（２０）の第２データ線区間（２０ｂ）が、第２結合要素（２１ｂ）に接続されていて、
前記第１結合要素（２１ａ）と前記第２結合要素（２１ｂ）とが、前記データ線（２０）を電気絶縁するために無線結合区間（２３）を介して互いに接続されていること、及び
それぞれ１つの固有の給電部（２２ａ，２２ｂ）が、前記第１結合要素（２１ａ）と前記第２結合要素（２１ｂ）とごとに設けられていて、前記第１結合要素（２１ａ）の給電部（２２ａ）と前記第２結合要素（２１ｂ）の給電部（２２ｂ）とが、前記高周波点弧電圧（ｕ_Ｚ）に起因する前記データ線（２０）上の高周波電圧に備えて互いに電気絶縁されて構成されていることを特徴とする溶接設備。

【請求項2】

前記第１結合要素（２１ａ）の給電部（２２ａ）及び／又は前記第２結合要素（２１ｂ）の給電部（２２ｂ）は、バッテリ（２８）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接設備。

【請求項3】

供給電圧を供給する給電線（２６）が、前記溶接設備（１）内に設けられていて、
前記給電線（２６）上に発生する高周波電圧に備えるためにチョークコイル（２７）の両側を分離するように構成されている前記チョークコイル（２７）が、前記給電線（２６）に配置されていること、及び
前記第１結合要素（２１ａ）の給電部（２２ａ）が、前記チョークコイル（２７）の一方の側で前記供給電圧を受け取ることを特徴とする請求項１に記載の溶接設備。

【請求項4】

前記第２結合要素（２１ｂ）の給電部（２２ｂ）が、前記チョークコイル（２７）の他方の側で前記供給電圧を受け取ることを特徴とする請求項３に記載の溶接設備。

【請求項5】

前記第１結合要素（２１ａ）の給電部（２２ａ）及び／又は前記第２結合要素（２１ｂ）の給電部（２２ｂ）が、光電池モジュール（３２）として構成されていること、及び
光を前記光電池モジュール（３２）に照射する光源（３１）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の溶接設備。

【請求項6】

電力を前記光源（３１）に供給するバッテリ（２８）が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の溶接設備。

【請求項7】

電力が、前記第１結合要素（２１ａ）の給電部（２２ａ）から前記光源（３１）に供給されていて、前記光電池モジュール（３２）は、前記第２結合要素（２１ｂ）の給電部（２２ｂ）として設けられていることを特徴とする請求項５に記載の溶接設備。

【請求項8】

供給電圧を有する給電線（２６）が、前記電気絶縁装置（３５）を通して敷設されていて、前記給電線（２６）は、前記第１結合要素（２１ａ）の給電部（２２ａ）として設けられていることを特徴とする請求項７に記載の溶接設備。

【請求項9】

前記電気絶縁装置（３５）は、電気絶縁ボックス（３０）形式の独立したユニットとして構成されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の溶接設備。

【請求項10】

データ線（２０）をこのデータ線（２０）上の高周波電圧から電気絶縁するための方法において、
データ（Ｄ）が、前記データ線（２０）を介して溶接装置（２）とこの溶接装置（２）に接続されている溶接構成要素との間で交換され、前記溶接装置（２）による溶接のためにアークを高周波点弧するため、高周波点弧電圧（ｕ_Ｚ）が、高周波点弧部（１７）によって生成され、
前記高周波点弧電圧（ｕ_Ｚ）は、前記データ線（２０）上の高周波電圧を生成する当該方法において、
前記データ線（２０）が、第１データ線区間（２０ａ）と第２データ線区間（２０ｂ）とに電気絶縁され、前記第１データ線区間（２０ａ）は、第１結合要素（２１ａ）に接続され、前記第２データ線区間（２０ｂ）は、第２結合要素（２１ｂ）に接続され、
前記第１結合要素（２１ａ）と前記第２結合要素（２１ｂ）とが、無線結合区間（２３）を介して互いに接続されること、及び
前記第１結合要素（２１ａ）と前記第２結合要素（２１ｂ）とはそれぞれ、固有の給電部（２２ａ，２２ｂ）によって給電され、前記第１結合要素（２１ａ）の給電部（２２ａ）と前記第２結合要素（２１ｂ）の給電部（２２ｂ）とが、前記データ線（２０）上の高周波電圧に備えて互いに電気絶縁されることを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接装置と、この溶接装置に接続されている溶接構成要素と、溶接のためにアークを高周波点弧するために高周波点弧電圧を生成するための高周波点弧部とを有する溶接設備に関する。この場合、データ線が、当該溶接装置と当該溶接構成要素との間に設けられていて、当該溶接装置と当該溶接構成要素との間のデータ通信が、当該データ線を介して実行される。そして本発明は、当該データ線上の高周波電圧に備える電気絶縁装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばＭＩＧ（金属不活性ガス）溶接、ＭＡＧ（金属活性ガス）溶接、ＷＩＧ（タングステン不活性ガス）溶接、ＭＭＡ（手動金属アーク）溶接、ＷＡＡＭ（ワイヤアーク式金属積層造形／ワイヤー・アーク・アディティブマニュファクチャリング）溶接又はプラズマ溶接のような、様々なアーク溶融溶接方法が公知である。ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、ＭＭＡ溶接及びＷＡＡＭ溶接の場合、同時に溶加材として使用される溶融電極が使用される。ＷＡＧ溶接及びプラズマ溶接の場合、非溶融電極が使用され、溶加材が、溶接時にアークに必要に応じて別に供給される。同様に、溶接を開始するためにアークを点弧するための様々な方法が公知である。主に、接触点弧方式がある。当該接触点弧方式の場合、点弧のため、溶接電極と溶接すべきワークとが接触され、当該接触後に当該溶接電極を当該ワークから引き離すと、アークが、当該溶接電極に通電する電流によって点弧される。非接触式の点弧の場合、溶接電極とワークの表面との間のシールドガス空間をイオン化し、導電性にする結果として、発生するカスケード効果によって安定なアークを点弧するため、当該溶接電極が、溶接すべきワークに対して間隔をあけて維持され、高周波の高電圧が、当該溶接電極に印加される。この高周波点弧の場合、一般に、高電圧変圧器が使用される。（一般に、１ｋＶ～２０ｋＶの範囲内にある）高周波点弧電圧を１つの溶接ケーブル又は２つの溶接ケーブルの間に並列に入力するため、この高電圧変圧器の二次側が、例えば、当該溶接電極に接続されている１つの溶接ケーブルに配置されているか、又は２つの溶接ケーブルの間に並列に配置されている。様々な溶接方法及び様々な点弧方法が、手溶接及びロボット溶接で使用可能である。

【0003】

可能な限り安定な高周波点弧を保証するため、溶接電極とワークとの間の高周波アークの発生用の高周波アークエネルギーが、当該アークを点弧するために使用され、当該高周波アークエネルギーの全体又は一部が、漏れ電流として及び／又は漏洩電流として他の望まない導電性経路及び／又は通常は導電性でない経路を介して通電しないことが有益である。当該非常に高い高周波点弧電圧に起因して、それ自体非導電性の経路も導電性になり得て、漏れ電流又は漏洩電流が発生し得る。したがって、漏れ電流又は漏洩電流が発生し得る経路は、一般に電気漏洩経路（ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅ Ｌｅｃｋａｇｅｐｆａｄｅ）と呼ばれる。電気漏洩経路によって発生し得る損失を考慮するため、許容される高周波点弧エネルギー量は、安全性の理由から、例えばアーク点弧装置及び安定化装置用のＥＮ６０９７４－３のような標準規格によって制限されている。その結果、点弧エネルギーが任意に増大され得ない。それ故に、電気漏洩経路による高周波点弧エネルギーの放出を減少させるか又は無くすことが重要である。このため、例えば欧州特許第１７０４０１２号明細書に記載されているように、高周波点弧エネルギーの全体を溶接電極に伝達し、溶接ケーブルを介する溶接装置への高周波点弧エネルギーの放出を回避するため、チョークコイルを溶接装置の電源と高周波点弧電圧を発生させるための高周波発生器との間に配置することが既に公知である。しかしながら、このようなチョークコイルは、低周波の有効信号が通電する電気ケーブルだけで有益に使用可能である。何故なら、さもなければ、高周波の有効信号も、不本意に減衰又は完全に遮断されることになるからである。このような低周波の有効信号は、例えば溶接ケーブル（溶接電流）又は給電線で伝送することができる。

【0004】

最近の溶接トーチでは、供給電圧が溶接装置から給電線を介して供給される電子装置もしばしば使用されている。当該溶接トーチ内の電子装置が、例えば溶接工程を制御するために使用される。溶接工程を、例えば溶接パラメータを設定又は調整することによって制御するため、溶接者用の操作要素、例えば溶接者によって操作され得るキー、ボタン、コントロールノブ等が、当該溶接トーチに配置され得る。また、溶接又は溶接工程に関する情報を溶接者に表示するため、ディスプレイ、発光体等のような表示要素が、溶接トーチに設けられ得る。さらに、例えばアーク電圧又は溶接電流を測定するための測定要素が、溶接トーチ又はコントロールノブ内に設けられ得る。この場合、当該測定要素によって検出された測定値が、データ線を介して溶接装置に伝送される。アーク電圧は、例えば溶接ワイヤ（溶融電極又は別個の溶加材）の送給を能動的に制御するために必要になる。溶接装置内のアーク電圧を測定するため、測定ケーブルが、溶接トーチから溶接装置へ敷設されてもよい。この場合、本発明用のこのような測定ケーブルも、データ線とみなされ得る。したがって、当該データ線を介して、アナログデータ若しくはデジタルデータ又はアナログ信号若しくはデジタル信号が、操作要素若しくは表示要素から、又は溶接設備の別の部分からも伝送され得る。

【0005】

データ線のためには、特に１Ｍｂｉｔ／ｓ～数Ｇｂｉｔ／ｓの高いデータ伝送速度と、安定なデータ伝送とが必要になる場合は、電気シールドを有する、特に撚り線を有する特別なデータ線が、溶接装置の周囲で使用されなければならない。何故なら、溶接電流が、高い変化率（例えば、急峻な溶接電流エッジ）を有することがあり、これが、電磁誘導障害又は電磁誘導結合を当該データ線上で引き起こし得るからである。しかし、一般に接地されているデータ線の電気シールドは、理想的な電気漏洩経路である。何故なら、高周波点弧電圧は、例えばホースパケット内ではデータ線のシールド中に静電容量性に入力し得るからである。シールドなしにデータ線を使用する場合、高周波結合が、当該データ線の複数の心線で発生し得る。これにより、同様に、高周波点弧エネルギーが、溶接電極から放出し得て、障害が、データ通信時に発生し得る。チョークコイルの使用が、測定ケーブルに対して、例えば欧州特許第１０２１２６９号明細書から既に公知である。この場合、高周波で点弧するため、測定ケーブルのチョークコイルが、高電圧変圧器の二次側に巻き付けられている。当該チョークコイルは、高周波の交流を減少させる。これにより、確かに高周波点弧エネルギーの放出は減少され得るが、同時に、当該チョークコイルの低域通過作用によって、測定ケーブルを介して可能な情報の伝送も、例えば減衰によって又は測定信号の周波数範囲の制限によって制限される。しかし、データ線による点弧エネルギーの放出を減少させるため、シールドされたデータ線又はシールドされていないデータ線をチョークコイルに巻き付けることが可能である。しかしながら、チョークコイルが、当該データ線にある場合、高周波エネルギーが、当該チョークコイルの必然的な高周波磁化によっても失われる。

【0006】

シールドされたデータ線における別の問題は、データ線のシールドと構造とに起因して、当該データ線の曲率半径が、シールドを破壊及び損傷させないように、製造メーカの仕様に基づいて所定の値を下回ってはならない点にある。しかし、その結果として、シールドされたデータ線を鉄心に巻き付けることによって、チョークコイルの寸法が大きくなる。当該チョークコイルの大きい寸法は、チョークコイルを扱いにくくし、コストを上昇させ、多くの場合に使用に適さない。したがって、より高周波の有効信号が発生するデータを伝送するためのシールドされたデータ線では、チョークコイルは、確かに基本的に同様に機能するが、当該チョークコイルは、シールドされたデータ線の最小曲率半径に起因して非常に急速に大容量になり、高価になり、重くなる。

【0007】

それ故に、チョークコイルを１つのデータ線用に（又は複数のデータ線に）使用することは、多くの理由からあまり有益でない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】欧州特許第１７０４０１２号明細書

【特許文献2】欧州特許第１０２１２６９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

それ故に、本発明の課題は、溶接装置と溶接設備の他の構成要素との間でデータ伝送するためのデータ線を介する高周波点弧エネルギーの放出を減少させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。

【0011】

データ線の可能なシールドの電気絶縁を伴う当該データ線の電気絶縁によって、当該データ線によって発生し得る高周波漏れ電流経路が形成されず、高周波点弧エネルギーの放出が回避され得る。結合要素の給電部による漏れ電流経路が形成されることを阻止するため、電力が、当該データ線上で発生する高周波電圧に備えて互いに電気絶縁されて構成されている別個の給電部から当該結合要素に供給されることが提唱されている。これにより、高周波点弧エネルギーが、当該給電部によっても放出できない。したがって、当該データ線上の強力な高周波絶縁が、当該データ線中のチョークコイルなしに実現され得る。

【0012】

好ましくは、当該第１結合要素の給電部及び／又は当該第２結合要素の給電部は、バッテリとして構成されている。放電経路の形成を阻止するため、別個の複数のバッテリが、例えばこれらのバッテリの複数の電極を空間的に十分に離間させることによって、高周波電圧に備えて簡単に電気絶縁されて構成され得る。

【0013】

特に好適な構成では、供給電圧を供給する給電線が、結合要素に給電するために使用される。このため、当該給電線上に発生する高周波電圧に備えるためにチョークコイルの両側を分離するように構成されている当該チョークコイルが、当該給電線に配置されている。当該第１結合要素の給電部が、当該チョークコイルの一方の側で当該供給電圧を受け取る。好ましくは、当該第２結合要素の給電部が、当該チョークコイルの他方の側で当該供給電圧を受け取る。

【0014】

同様に好適な構成では、光技術が、複数の給電部を電気絶縁するために利用される。このため、当該第１結合要素の給電部及び／又は当該第２結合要素の給電部が、光電池モジュールとして構成されていて、光を当該光電池モジュールに照射する光源が設けられている。この場合、電力が、当該第１結合要素の給電部から当該光源に供給されていて、当該光電池モジュールは、当該第２結合要素の給電部として設けられていることが有益である。したがって、これらの給電部が、高周波電圧に備える光路を介して電気絶縁されることが達成され得る。

【0015】

以下に、本発明を、例示的に、概略的に且つ限定しないで本発明の好適な構成を示す図１～７を参照して詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】高周波点弧部を有し、且つこの溶接装置とデータ線を介してこの溶接装置に接続されている溶接構成要素との間でデータ通信するための当該データ線を有する溶接設備を示す。

【図2】本発明の電気絶縁装置を示す。

【図3】結合要素の構成を示す。

【図4】給電線を介して給電を実行する本発明の電気絶縁装置を示す。

【図5】バッテリを有する結合要素の構成を示す。

【図6】バッテリを有する結合要素の構成を示す。

【図7】光路を介して電力を供給する高周波電気絶縁を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１には、ＷＩＧ溶接のための溶接設備１が例示的に且つ概略的に示されている。溶接トーチ３にある溶接電極４が、電極ケーブル５を介して溶接装置２に接続されている。この場合には、非溶融電極式の溶接電極が、例えば電極電源コネクタ８を介して溶接装置２に接続されている。溶接すべきワーク７が、接地ケーブル６を介して溶接装置２に接続されている、例えば接地電源コネクタ９を介して溶接装置２に接続されている。溶接時に、アークが、溶接電極４とワーク７との間に発生し、溶接装置２内の電源部１０によって生成される溶接電流が通電する。溶接工程を制御し監視する溶接制御部１１が、溶接装置２内に設けられている。（図示されていない）ユーザインターフェースが、溶接装置２に設けられてもよい。ユーザが、当該ユーザインターフェースを介して溶接工程の溶接パラメータを選択、設定又は変更できる。溶接トーチ３が、溶接制御ケーブル１２を介して溶接装置２に接続されている、例えば制御コネクタ１３を介して溶接装置２に接続されている。溶接トーチ３にある操作要素１４、例えばキー、ディスプレイ、コントロールノブ等が、溶接制御ケーブル１２を介して溶接制御部１１に接続され得る。これにより、溶接装置２と溶接トーチ３とが、データを単方向又は双方向に交換できる。同様に、溶接工程の溶接パラメータも、溶接トーチ３にあるこのような操作要素１４を介して選択、設定又は変更され得て、及び／又は、設定された溶接パラメータが表示され得る。

【0018】

一般に、電極ケーブル５及び溶接制御ケーブル１２は、共通の１つのホースパケット２５内に配置されている。さらに配管、例えばシールドガス用の配管、トーチ冷却用の冷媒配管、溶接ワイヤ送給配管等が、このようなホースパケット２５内によく知られている様式で配置されてもよい。

【0019】

図１に示された実施の形態では、溶接ワイヤ１６を溶接位置へ送球する溶接ワイヤ送給装置１５も設けられている。溶接ワイヤ送給装置１５は、溶接装置２内に組み込まれ得るが、別個の装置として構成されてもよい。溶接ワイヤ送給装置１５は、溶接工程を実行するためにワイヤ制御ケーブル１８を介して溶接制御部１１によって制御され得る。特に外部の溶接ワイヤ送給装置１５の場合、ワイヤ制御ケーブル１８は、溶接装置２にある同様に溶接制御部１１に接続され得るワイヤ制御ケーブルコネクタ２９内に差し込まれ得る。別の溶接設備では、溶接ワイヤが、ホースパケット２５内に敷設されてもよく、溶融式の溶接電極として機能してもよい。

【0020】

溶接制御ケーブル１２は、様々なケーブルを含み得る。電力を溶接トーチ３にある操作要素１４に供給するため、例えば電力供給ケーブルが（多極式にも）設けられ得る。溶接装置２と溶接トーチ３との間でデータを伝送するため、（図１に示されていない）データ線２０が、溶接制御ケーブル１２に設けられてもよい。データ通信バスが、このデータ線２０にわたって実装され得る。データが、このデータ通信バスを介して予め設定されている通信プロトコルによって伝送され得る。例えば、溶接電極４の電位を検出するため、又はアナログ信号を伝送するため、測定ケーブル又は信号ケーブルが、データ線として設けられてもよい。

【0021】

同様に、ワイヤ制御ケーブル１８は、様々なケーブルを含み得る。電力を溶接ワイヤ送給装置１５に溶接装置２によって供給するため、電力供給ケーブルが（多極式にも）設けられ得る。ワイヤ制御ケーブル１８は、（図１に示されていない）データ線２０も含み得る。データ通信バスが、このデータ線２０にわたって実装され得る。溶接ワイヤの送給を開ループ制御及び／又は閉ループ制御するため、データが、このデータ通信バスを介して予め設定されている通信プロトコルによって単方向又は双方向に伝送され得る。

【0022】

溶接のためのアークを点弧（点弧は、再点弧も意味する）するため、必要に応じて存在する（図示されていない）無負荷電圧昇圧器（Ｌｅｅｒｌａｕｆｓｐａｎｎｕｎｇｓｅｒｈｏｅｈｕｎｇ）と、必要に応じて存在する（図示されていない）補助電源とに加えて、高周波電圧源１９が、高周波点弧部１７内に設けられ得る。高周波点弧部１７は、溶接ケーブル、一般に電極ケーブル５に入力される電圧振幅ｕ_Ｚを有する高周波点弧電圧ｕ_Ｚを、一般に点弧電圧インパルスとして生成する。図１による実施の形態では、高周波電圧源１９が設けられている。この高周波電圧源１９の出力電圧が、高周波変圧器によって高周波点弧電圧ｕ_Ｚに昇圧される。この実施の形態では、当該高周波変圧器の二次巻線が、電源部１０と電極電源コネクタ８との間のケーブルに配置されていて、高周波点弧電圧ｕ_Ｚが、電極ケーブル５に入力される。しかし、高周波点弧電圧ｕ_Ｚは、電極ケーブル５と接地ケーブル６との間に印加されてもよい。高周波点弧部１７は、必ずしも溶接装置２内に配置される必要はなくて、別個装置として溶接装置２の外側又は溶接ワイヤ送給装置１５内に配置されてもよい。

【0023】

高周波点弧電圧ｕ_Ｚによって、ガスが、溶接電極４の周囲でイオン化され、アークが点弧される。当該ガスをイオン化するか又はガス区間をイオン化するためには、溶接電極４とワーク７との間の存在する距離に応じて、知られているように、１ｋＶ～２０ｋＶの範囲内の高電圧が、高周波点弧のために生成されなければならない。当該点弧のため、高周波点弧電圧ｕ_Ｚは、一般に１００ｎｓの範囲内の立ち上がり時間を伴う非常に急峻に立ち上がるエッジを有する高周波電圧インパルスとして生成される。安全上の理由により、許容される高周波点弧エネルギーは、例えば最大で４Ｊ／ｓによって制限されている。したがって、１秒当たりの高周波電圧インパルスの全エネルギーは、最大で４Ｊである。

【0024】

アークの点弧後に、さらに、高周波点弧電圧ｕ_Ｚが消失され、溶接工程が開始される。このような高周波点弧と、このような高周波点弧の可能な実施の形態とは周知である。

【0025】

（データ線２０を有する）溶接制御ケーブル１２と電極ケーブル５とが、例えばホースパケット２５内又は溶接トーチ３内で空間的に近接しているので、高周波点弧電圧ｕ_Ｚを電極ケーブル５に印加したときに、クロストークが、電極ケーブル５と溶接制御ケーブル１２の線路との間に（電磁誘導性に若しくは静電容量性に、又は放電経路若しくは漏れ電流経路にわたって）発生する。これにより、高周波点弧エネルギーが放出し、アークを点弧するための高周波点弧エネルギーが減少する。特に、溶接制御ケーブル１２内のシールドされたデータ線２０のシールド、例えばデータ通信用のシールドされたデータ線が、非常に顕著な高周波漏れ電流経路を形成することが分かっている。さらに、データ線２０に対して平行に特定の経路にわたって延在する導電性の材料、例えばケーブル線又は接地ケーブルが、同様に顕著な高周波漏れ電流経路を形成する。

【0026】

しかし、高周波漏れ電流経路は、溶接ワイヤ１６にわたっても発生し得る。アークを点弧させるためには、点弧アークが、溶接電極４からワーク７に向かって発生しなければならない。しかし、放電経路が、溶接電極４と溶接ワイヤ１６との間に発生することが起こり得る。高周波点弧電圧ｕ_Ｚの高い電圧に起因して、及び急峻に立ち上がる電圧インパルスにも起因して、高周波点弧電圧ｕ_Ｚが、さらにワイヤ制御ケーブル１８に向かって（電磁誘導性に、静電容量性に）クロストークし得る。ここでも、ワイヤ制御ケーブル１８内のシールドされたデータ線２０のシールド、例えばデータ通信用のシールドされたデータ線が、非常に顕著な高周波漏れ電流経路を形成する。したがって、高周波点弧エネルギーが、溶接ワイヤ１６とワイヤ制御ケーブル１８とによっても放出し得る。

【0027】

高周波漏れ電流経路を介して高周波電流が、高周波電圧に起因して通電し得ることは、高周波点弧電圧ｕ_Ｚによって引き起こされる。当然に、高周波電流及び高周波電圧は、高周波漏れ電流経路の種類にも依存する。高周波電圧は、高周波点弧電圧ｕ_ｚと同程度であり得て、すなわち同様に当該高周波電圧の範囲内にあり得て、それどころか特定の場合には高周波点弧電圧ｕ_Ｚに一致し得る。

【0028】

高周波点弧エネルギーが、希望通りに上昇され得ない場合には、溶接ケーブル１２及び／又はワイヤ制御ケーブル１８若しくはワイヤ制御ケーブル１８内に配置されたデータ線２０を介した当該高周波点弧エネルギーのこのような放出は回避されなければならないか、又は少なくとも大幅に減少されなければならない。当該高周波点弧エネルギーの放出の回避又は大幅な減少を達成するため、以下で図２を参照して説明するように、データ線２０上で発生し得る高周波電圧に備えるための電気絶縁装置３５が設けられている。

【0029】

例えばワイヤ制御ケーブル１８又は溶接制御ケーブル１２内のデータ線２０が、高周波電気絶縁装置３５によって第１データ線区間２０ａと第２データ線区間２０ｂとに電気絶縁される。この場合、データ線２０の可能なシールドも同様に電気絶縁される。第１データ線区間２０ａは、第１結合要素２１ａに接続され、第２データ線区間２０ｂは、第２結合要素２１ｂに接続される。結合要素２１ａと結合要素２１ｂとは、高周波電気絶縁装置３５内で電気絶縁区間２３を介して互いに接続されている。結合要素２１ａ，２１ｂは、データ線２０上の電気信号Ｄを、無線送信器Ｓから無線結合区間２３を介して無線受信器Ｅに伝送される無線伝送可能な送信信号Ｋに変換する。双方向に伝送するため、送信器Ｓと受信器Ｅとがそれぞれ、両結合要素２１ａ，２１ｂごとに設けられ得る。原理的には、個々のケーブルが双方向に稼働され得て、両端部に送信器Ｓ及び／又は受信器Ｅをそれぞれ有することも可能である。ここでは、「無線」は、送信器Ｓと受信器Ｅとの間の伝送区間としての導電体によらない伝送、すなわち電気絶縁伝送区間による伝送を意味する。無線結合区間２３は、例えば空気、真空、非導電性の液体又は光ケーブルでもよいが、いずれにしても導電体ではない。空隙区間（Ｌｕｆｔｓｔｒｅｃｋｅｎ）及び漏れ電流経路（Ｋｒｉｅｃｈｓｔｒｅｃｋｅｎ）が維持され得る限り、無線伝送可能な送信信号Ｋは、例えば、電磁波（光）として、又は（音響伝送のための）音波として、又は交番磁場（電磁誘導性伝送）として存在し得る。

【0030】

それぞれの結合要素２１ａ，２１ｂは、電気絶縁装置３５内にこの電気絶縁装置３５に実装された、データ線２０上の電気信号Ｄを無線伝送可能な送信信号Ｋに変換するための変換器用の固有の給電部２２ａ，２２ｂを有する。結合要素２１ａ，２１ｂ内の当該変換器は、コンバータ、データ変換器、無線通信器、トランシーバ又は信号変換器として構成され得る。給電部２２ａと給電部２２ｂとの間には、高周波点弧電圧ｕ_Ｚを放出するための導電路がない。これは、例えば対応する構成又は構造によって保障され得る。

【0031】

変換器を有する結合要素２１の可能な実施の形態が、図３に示されている。データ線２０上の電気信号Ｄが、デジタル／デジタル変換器２４内で適切に変換され、送信器Ｓを介して送信信号Ｋとして無線送信される。この実施の形態では、結合区間２３は、光ファイバとして構成されている。反対に、受信器Ｅを介して無線受信された送信信号が、デジタル／デジタル変換器２４によってデータ線２０の電気信号Ｄに変換され得る。送信器Ｓ及び受信器Ｅと同様に、デジタル／デジタル変換器２４が、データ線２０のデータ通信プロトコルと結合区間２３上の無線伝送の方式とに適合されていることが明らかである。給電部２２の供給電圧を結合要素２１の要求仕様に適合させるため、電圧変換器２５、例えば図３に示されているようなＤＣ／ＤＣ変換器が設けられてもよい。このため、当業者は、さらなる構成なしに結合要素２１をその都度の使用状況に適切に適合させることができる。

【0032】

一般に、結合要素２１の個々の構成要素は、電子素子として構成され得る。このため、一般に、当該電子回路は、当該電子回路の複数の部品が密に隣接しているプリント基板上に配置されている。数センチメートルの点弧間隔に打ち勝つように、高周波点弧電圧ｕ_Ｚが設計されている点に留意しなければならない。それ故に、高周波点弧電圧ｕ_Ｚと同程度であり得るデータ線２０又はデータ線２０のシールド上の高周波電圧が、例えば電磁誘導性又は静電容量性のクロストークによって又は形成されている放電経路又は漏れ電流経路によって、配線及び部品同士で狭い間隔を成すこのような電子回路内で簡単に伝送され得る。これは、何故、給電部２２ａと給電部２２ｂとが（特に図２参照）、当該高周波電圧に備えて互いに電気絶縁されて構成されているのかの理由でもある。何故なら、さもなければ、当該高周波電圧は、給電部２２ａと給電部２２ｂとをも介してさらに伝送され得るからである。

【0033】

データ線２０に印加する高周波電圧、例えばデータ線２０のシールドに印加する高周波電圧が、結合要素２１ａ，２１ｂと無線結合区間２３とによって遮断され、第１データ線区間２０ａから第２データ線区間２０ｂに伝送され得ず、又は第２データ線区間２０ｂから第１データ線区間２０ａに伝送され得ない。給電部２２ａと給電部２２ｂとが分離されているので、高周波漏れ電流経路が、これらの給電部２２ａ，２２ｂを介しても形成され得ず、高周波電流が通電し得ない。これにより、データ線２０上の伝送すべき電気信号Ｄが悪影響を受けない。

【0034】

給電部２２ａ，２２ｂの好適な構成を、図４を参照して説明する。この図４では、結合要素２１ａ，２１ｂの構成が、上記のように、ここでは例えば結合区間２３として光ファイバを有する。

【0035】

この場合、データ線２０に加えて、給電線２６も配置されている。電力が、溶接装置２から給電線２６を介して所定の構成要素、例えば溶接ワイヤ送給装置１５又は溶接トーチ３にある操作要素１４に供給される。高周波を取り除くため、チョークコイル２７が、公知のように給電線２６に配置されている。チョークコイル２７を構成するため、給電線２６の心線が、公知のようにフェライトコア上に巻き付けられている。例えば減衰量を適合するため、インダクタンス、キャパシタンス及び／又は抵抗を有する別の配線が、チョークコイル２７にさらに設けられてもよい。チョークコイル２７は、高周波電圧が給電線２６を介して伝送されることを回避する。したがって、高周波が、チョークコイル２７の両側の給電線２６で取り除かれている。これは、電力を結合要素２１ａ，２１ｂに供給するために利用され得る。両結合要素２１ａ，２１ｂのそれぞれの結合要素が、必要な電力をチョークコイル２７の両側のうちの片側にある給電線２６から電力を受け取る。これにより、高周波点弧電圧ｕ_Ｚ用のこれらの給電部２２ａ，２２は互いに分離して構成されている。

【0036】

さらに、データネットワークの特別な実施の形態では、データ線２０ａが、第１デジタル／デジタル変換器２４に給電するために使用され得て、データ線２０ｂが、第２デジタル／デジタル変換器２４に給電するために使用され得る。この場合、両給電は、適切に別々に実行される。

【0037】

給電部２２ａ，２２ｂは、図６のように別個のバッテリ２８として構成されてもよく、図５のように追加のバッテリ２８が設けられてもよい。さらに、バッテリ２８が、簡単な手段によって交換され得ることもが提唱されてもよい。例えばリチウムイオンセルのような市販の再充電可能な蓄電池等も、バッテリ２８として使用され得る。給電部２２ａ，２２ｂの再充電可能な複数のセルを、例えばＵＳＢアダプタのような適切なアダプタを介してそれぞれ別々に充電することも考えられる。この場合、電気絶縁を維持しつつ、光電池モジュールが、当該電力を供給することも考えられる。光電池モジュールとしては、例えば光電効果に起因して光を電流に直接に変換する様々な素子、例えば光起電力素子が考えられる。純粋に受信器として機能する結合要素２１内のバッテリの充電容量よりも大きい充電容量を有するバッテリ２８が、送信器として機能する結合要素２１に組み込むことも、当業者によって想到される。

【0038】

さらに、光技術、特にレーザ技術による結合要素２１ａ，２１ｂへの電力供給も、給電２２として可能である。何故なら、当該技術は、同様に完全な電気絶縁を伴うからである。当該電極供給の実施の形態が、図７に例示されている。例えば、ここでは、光、例えばレーザ光が、光源３１、例えばレーザから、例えば光ファイバ３２を介して光電池モジュール３２に集束され得る。電力が、（図７のように）給電線２６から、又はバッテリ２８から供給され得る。この給電線２６又はバッテリ２８は、第１結合要素２１ａの給電部２２ａとしても使用され得る。光電池モジュール３２は、第２結合要素２１ｂ用の給電部２２ｂとして使用される。しかし、光電池モジュール３２は、（例えば、図５のように）内部バッテリ２８も充電できる。図４のように、給電線２６は、チョークコイル２７を介して電気絶縁装置３５を通るように敷設され得る。

【0039】

結合要素２１に電圧を供給するために給電線２６又は光電池モジュール３２を使用する場合、図５に示されているように、さらにバッテリ２８が設けられ得る。給電線２６が不通電であるときでも、データ線２０を介したデータ通信が、（図５に破線で示されているように）オプションとして給電線２６を介しても充電され得るバッテリ２８によって維持され得る。

【0040】

電気絶縁装置３５の結合要素２１ａ，２１ｂ、必要に応じて給電部２２ａ，２２ｂ及びオプションのバッテリ２８が、共通のハウジング内の特に電気絶縁ボックス３０内に配置されている。これは、本発明によるデータ線２０の高周波電気絶縁を、溶接設備のあらゆる任意の地点で提供することを可能にする。データ線２０と給電線２６のような別の配線とを対応するコネクタに接続するため、当該対応するコネクタが、電気絶縁ボックス３０に設けられ得る。図１による溶接設備では、電気絶縁ボックス３０は、例えば溶接装置２にある制御ケーブルコネクタ１３の前方に配置され得るか、又は溶接装置２と溶接ワイヤ送給装置１５との間のワイヤ制御ケーブル１８に配置され得る。当然に、電気絶縁ボックス３０は、必要に応じて溶接設備１の複数の地点に配置されてもよく、例えば上記の２つの地点に配置されてもよい。

【0041】

当然に、本発明の電気絶縁装置３５は、高周波点弧が実行されないか又は使用されない溶接設備１でも使用され得る。

【0042】

同様に、データ線２０上で発生し得る高周波電圧に備える電気絶縁装置３５は、別の設備の機器と別の構成要素とを有する当該別の設備にも設けられ得る。データ線２０が、当該機器と当該別の構成要素との間に設けられていて、当該機器と当該別の構成要素との間のデータ通信が、データ線２０を介して実行される。例えば、当該設備は、機器としての制御装置と別の構成要素としての、電力を給電網に供給するための光電池インバータとを有する光電池システムでもよく、又は機器としての、電力を給電網に供給するための光電池インバータと別の構成要素としての光電池モジュールとを有する光電池システムでもよい。当該設備は、機器としての充電装置と別の構成要素としてのバッテリ又はバッテリ監視装置とを有するバッテリ充電システムでもよい。

【符号の説明】

【0043】

１ 溶接設備
２ 溶接装置
３ 溶接トーチ
４ 溶接電極
５ 電極ケーブル
６ 接地ケーブル
７ ワーク
８ 電極電源コネクタ
９ 接地電源コネクタ
１０ 電源部
１１ 溶接制御部
１２ 溶接制御ケーブル
１３ 制御ケーブルコネクタ
１４ 操作要素
１５ 溶接ワイヤ送給装置
１６ 溶接ワイヤ
１７ 高周波点弧部
１８ ワイヤ制御ケーブル
１９ 電圧源
２０ データ線
２０ａ 第１データ線区間
２０ｂ 第２データ線区間
２１ 結合要素
２１ａ 第１結合要素
２１ｂ 第２結合要素
２２ 給電部、給電
２２ａ 給電部、給電
２２ｂ 給電部、給電
２３ 電気絶縁区間、無線結合区間
２４ デジタル／デジタル変換器
２５ 電圧変換器、ホースパケット
２６ 給電線
２７ チョークコイル
２８ バッテリ、内部バッテリ
２９ ワイヤ制御ケーブルコネクタ
３０ 電気絶縁ボックス
３１ 光源
３２ 光電池モジュール
３３ 光ファイバ
３５ 高周波電気絶縁装置
Ｄ 電気信号
Ｋ 無線伝送可能な送信信号
Ｓ 無線送信器
Ｅ 無線受信器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】