Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anspitzen von Elektroden für Schutzgasschweissanlagen mittels einer bewegten Schleiffläche und einer Halterung für die Elektrode sowie ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
Bei den bekannten TIG-Schutzgasschweissverfahren finden zur Erzeugung und Haltung des Lichtbogens nicht abschmelzende Elektroden, zumeist aus Wolfram, Verwendung. Das mit dem Lichtbogen in Verbindung stehende Ende der Elektrode ist dabei speziell ausgeformt. Die Form der Elektrodenspitze beeinflusst die Ausbildung des Schweissbades am Werkstück und ist abhängig von der Art, Form und Lage der auszuführenden Schweissnaht. Im weiteren werden die Spitzen unterschiedlich ausgebildet, und zwar abhängig davon, ob die Elektrode für eine Handschweissung oder eine Schweissung mit einem Automaten verwendet wird. Die Elektrodenspitzen müssen genau zentrisch zur Längsachse der Elektrode ausgebildet sein, ansonsten der Schweissvorgang nachteilig beeinflusst wird. Die Formgebung an der Elektrodenspitze erfolgt zumeist durch Schleifvorgänge mittels geeigneter Schleifeinrichtungen.
Das Anschleifen der Spitze kann manuell erfolgen, wobei die Elektrode zumeist durch den Schweisser selbst angeschliffen wird. Das Ergebnis ist in vielen Fällen nicht wunschgemäss, da es grosses handwerkliches Können erfordert, z.B. eine absolut runde und zentrische Spitze an eine Elektrode anzuschleifen. Andernfalls leidet die Qualität des nachfolgenden Schweissvorganges. Es sind auch Hilfsvorrichtungen bekannt, welche an Topf- oder Flachschleifscheiben angebaut werden können und in welchen die Elektrode in einem genauen Winkel zur Schleiffläche gehalten wird. Diese Hilfsvorrichtungen gewährleisten eine Verbesserung des Anschleifvorganges, haben jedoch den Nachteil, dass gerundete Formen überhaupt nicht oder nur mit grossen Schwierigkeiten angeschliffen werden können.
Zudem ist das Einstellen der Einrichtungen zeitaufwendig, und Elektroden mit zwei unterschiedlichen Spitzwinkeln erfordern für deren Bearbeitung einen hohen Zeitaufwand und entsprechende Kosten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher Elektroden für das Schutzgasschweissverfahren an den Spitzen mit Formen beliebiger Art versehen werden können, welche einfach und auch für ungeübte Personen handhabbar ist, eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit zulässt und sowohl das Anschleifen dünner wie auch dicker Elektroden ermöglicht.
Diese Aufgabe wird vorrichtungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 definierten Merkmale und die im Patentanspruch 7 definierten Verfahrensschritte zum Betrieb der Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich nach den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung wird die Elektrode während des Schleifvorganges relativ rasch um ihre eigene Achse rotiert, und die Schleiffläche hat relativ zur Elektrodenspitze eine Oberflächengeschwindigkeit, welche in einem bestimmten Verhältnis zur Umfangsgeschwindigkeit der Elektrode steht. Dabei bewegt sich die Schleiffläche in bekannter Weise vom Handwerkzeug in Richtung der Elektrodenspitze. Das Handwerkzeug ist mit seinem hohlen Gehäuse und der darin angeordneten Antriebswelle, welche über eine biegsame Welle mit einer davon getrennten Antriebseinheit verbunden ist, sehr leicht und deshalb leicht handhabbar und in beliebige Positionen bringbar. Die mit der Antriebswelle im Handwerkzeug verbundene Spanneinrichtung ist in bekannter Weise ausgebildet und ermöglicht das Festspannen von Elektroden im üblichen Durchmesserbereich.
Dünne Elektroden können dabei sehr kurz eingespannt werden, da das Handwerkzeug infolge der einfachen Konstruktion einen dünnen Durchmesser aufweist und nahe an der Schleifscheibenoberfläche gearbeitet werden kann. Das vom Handwerkzeug abgewendete Ende der biegsamen Welle ist mit einer beliebigen bekannten Antriebseinheit verbunden, welche zweckmässigerweise einen stufenlos regelbaren Drehzahlwandler aufweist, oder es wird zwischen Antriebseinheit und biegsamer Welle ein derartiger Wandler eingeschaltet. Im Bereiche der Schweissplätze, wo Schutzgasschweissanlagen Einsatz finden, sind zumeist auch drehzahlregelbare Handbohrmaschinen vorhanden, welche geeignete Antriebseinheiten darstellen. Die Bohrmaschine wird dabei zweckmässigerweise mit bekannten Spannmitteln an einer Werkbank oder einem ähnlichen Objekt befestigt und das Ende der biegsamen Welle im Bohrfutter eingespannt.
Der Schleifer oder Schweisser, welcher mit dem erfindungsgemässen Handwerkzeug Elektroden anspitzen möchte, hat nun beide Hände frei, um das Handwerkzeug zu betätigen und die gewünschten Elektrodenspitzen anzuschleifen. Da die Elektrode nicht in einer festen Einrichtung eingespannt ist, kann die Form der Elektrodenspitze laufend mit Hilfe von Schablonen oder anderen Hilfsmitteln überprüft und an die gewünschte optimale Form angepasst werden. Im Gegensatz zu den bereits bekannten manuellen Anschleifverfahren, bei welchen die Elektrode in der Hand gehalten wird, ist das Resultat mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wesentlich besser, und die Spitzen sind immer konzentrisch. Dadurch entsteht beim jeweiligen Anschleifen ein wesentlich geringerer Materialverlust, und zusätzlich brennt der Lichtbogen beim Schweissvorgang stabiler.
Es wird aber auch möglich, kurze Elektroden weiter zu verwenden. Dies hat zur Folge, dass eine wesentlich höhere Materialausbeute der Elektroden erreicht wird, welche ca. 30% höher ist als bei den üblichen bekannten Schleifverfahren. Zudem ist die Arbeitsgeschwindigkeit höher, da die Vorrichtung sehr leicht handhabbar ist und keiner komplizierten Ein- und Umstellvorgänge bedarf. Dies ist gerade bei manuellen Schweissvorgängen oder bei der Anfangseinstellung von automatischen Anlagen von grosser Wichtigkeit, da in vielen Fällen die Elektrodenspitze optimal an die Schweissnaht angepasst werden muss. Dies ist häufig nur durch mehrmaliges Versuchen möglich, wobei die Erfahrung des Schleifers oder Schweissers eine grosse Rolle spielt.
Im Gegensatz zu stationären Einrichtungen kann der Schleifer oder Schweisser bei der erfindungsgemässen Vorrichtung die spitzen Winkel und die Form der angeschliffenen Flächen stufenlos an seine Wünsche angleichen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist sehr kostengünstig und wirtschaftlich, da vorhandene Schleifscheiben und Antriebseinheiten verwendet werden können. Das für den Schweisser oder Schleifer notwendige Zusatzgerät beschränkt sich auf das frei bewegliche Handwerkzeug mit der angebauten Spanneinrichtung und der biegsamen Antriebswelle.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das erfindungsgemässe Handwerkzeug mit Antriebseinheit und Schleifscheibe in schematischer Darstellung.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemässe Handwerkzeug.
In Figur 1 ist in einem erfindungsgemässen Handwerkzeug 1 mit einer Spanneinrichtung 5 eine Wolfram-Elektrode 2 eingespannt. Diese Wolfram-Elektrode 2 rotiert um ihre Längsachse. Die Spitze der Wolfram-Elektrode 2 ist an die Schleiffläche 4 einer Schleifscheibe 3 angelegt und wird an dieser Schleiffläche 4 bearbeitet. Bei der Schleifscheibe 3 handelt es sich um eine diamantbestückte Schleifscheibe, welche um die Achse 15 in Richtung des Pfeiles 16 rotiert. Das Handwerkzeug 1 ist über eine biegsame Welle 7 mit einer Antriebseinrichtung 8 verbunden, welche im vorliegenden Beispiel durch eine Handbohrmaschine gebildet ist. Diese Bohrmaschine 8 verfügt über eine elektronische Drehzahlregelung und ist über den Befestigungsflansch 9 an einer ortsfesten Einrichtung befestigt. Das Ein- und Ausschalten der Antriebseinrichtung 8 erfolgt zweckmässig über einen Fussschalter.
Das Ende 18 der biegsamen Welle 7 ist im Bohrerfutter 17 der Bohrmaschine 8 eingespannt, wodurch die Drehbewegung dieses Bohrerfutters 17 auf das Handwerkzeug 1, bzw. die Elektrode 2 übertragen wird.
Wie in Figur 2 dargestellt ist, besteht das Handwerkzeug 1 aus einem Gehäuse 10, welches im vorliegenden Beispiel aus Kunststoff, vorzugsweise Polyamid, hergestellt ist. Im Innern des Gehäuses 10 ist eine Antriebswelle 6 angeordnet, welche an ihrem hinteren Ende 19 kraft- und formschlüssig mit der biegsamen Welle 7 verbunden ist. Die biegsame Welle 7 ist in bekannter Weise von einem Panzermantel 20 umgeben, welcher ebenfalls in das Gehäuse 10 eingeführt und dort befestigt ist. Das vordere Ende 21 der Antriebswelle 6 weist ein Verbindungselement 22 auf, über welches die Spanneinrichtung 5 in bekannter Weise mit der Antriebswelle 6 verbunden wird. Die Spanneinrichtung 5 besteht im dargestellten Beispiel aus einem bekannten Bohrfutter, in welchem über Klemmbacken 23 die Elektrode 2 positioniert und festgeklemmt werden kann.
Zusätzlich ist in der Spanneinrichtung 5 ein Zapfen 25 mit einer Führungsbohrung eingebaut. Die Antriebswelle 6 ist am vorderen Ende 21 über ein Lager 12 im Gehäuse 10 drehbar gelagert. Die Antriebswelle 6 ist mit einem Hohlraum 13 versehen, welcher sich um die Längsachse 24 erstreckt und in axialer Verbindung mit dem Hohlraum 14 der Spanneinrichtung 5 steht. Der Hohlraum 14 der Spanneinrichtung 5 und der Hohlraum 13 der Antriebswelle 6 bilden gemeinsam den Aufnahmeraum für die Elektrode 2.
Diese kann damit soweit in das Handwerkzeug 1 eingeschoben werden, dass der aus der Spanneinrichtung 5 herausstehende Teil der gewünschten und zweckmässigen Arbeitslänge entspricht.
Da das Handwerkzeug 1 sehr leicht und ohne Behinderung durch Feststelleinrichtungen im Verhältnis zur Schleiffläche 4 der Schleifscheibe 3 bewegt werden kann, lassen sich an der Elektrode 2 Spitzen mit beliebigem Winkel oder mit Rundungen oder mit mehrfachen Konusflächen oder mit Kombinationen davon anschleifen. Durch die Rotation der Elektrode 2 mit Hilfe der Antriebswelle 6 um die Längsachse 24 wird die absolut konzentrische Ausbildung der Spitze gewährleistet. Die aufeinander abgestimmte Umfangsgeschwindigkeit der rotierten Elektrode 2 und die Oberflächengeschwindigkeit der Schleiffläche 4 sind so gewählt, dass optimale Bearbeitungsverhältnisse bestehen. Im dargestellten Beispiel wird die Elektrode 2 mit tausend Umdrehungen pro Minute rotiert und weist einen Durchmesser von 6 mm auf, und die Oberflächengeschwindigkeit der Schleiffläche 4 beträgt ca. 880 m/min.
Je nach Art und Zusammensetzung der Schleifscheibe 3 und der Art der Elektrode 2 bzw. der Elektrodenspitze, sind Anpassungen der Geschwindigkeitsverhältnisse notwendig, wobei diese leicht durch stufenloses Verändern der Drehzahl der Antriebseinheit 8 bewerkstelligt werden können. Die erfindungsgemässe Vorrichtung mit dem Handwerkzeug 1 und der zugehörigen biegsamen Welle 7 ist nicht nur in Werkstatt und stationärem Betrieb einsetzbar, sondern auch bei mobilen Schweissanlagen, da diese Vorrichtung keiner speziell ausgebildeten und ausgerüsteten Schleifeinrichtungen 3 oder Antriebseinheiten 8 bedarf. Alle Schleifscheiben und Schleifbänder, welche für das Schleifen von Wolfram geeignet sind, und alle Antriebseinheiten, welche über einen geeigneten regelbaren Drehzahlbereich und eine Spanneinrichtung verfügen, sind verwendbar und mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kombinierbar.
The invention relates to a device for sharpening electrodes for inert gas welding systems by means of a moving grinding surface and a holder for the electrode, and a method for operating the device.
In the known TIG gas-shielded arc welding processes, non-melting electrodes, mostly made of tungsten, are used to generate and maintain the arc. The end of the electrode connected to the arc is specially shaped. The shape of the electrode tip influences the formation of the weld pool on the workpiece and is dependent on the type, shape and position of the weld seam to be carried out. Furthermore, the tips are designed differently, depending on whether the electrode is used for manual welding or for welding with an automatic machine. The electrode tips must be exactly centered to the longitudinal axis of the electrode, otherwise the welding process is adversely affected. The shape of the electrode tip is usually carried out by grinding processes using suitable grinding devices.
The tip can be ground manually, whereby the electrode is usually ground by the welder himself. In many cases, the result is not as desired because it requires great manual skills, e.g. to grind an absolutely round and centric tip to an electrode. Otherwise the quality of the subsequent welding process suffers. Auxiliary devices are also known which can be attached to cup or flat grinding wheels and in which the electrode is held at an exact angle to the grinding surface. These auxiliary devices ensure an improvement in the grinding process, but have the disadvantage that rounded shapes cannot be ground at all or only with great difficulty.
In addition, the adjustment of the devices is time-consuming, and electrodes with two different acute angles require a lot of time and corresponding costs for their processing.
It is an object of the present invention to provide a device by means of which electrodes for the gas-shielded arc welding process can be provided with shapes of any type at the tips, which is simple and also manageable for inexperienced persons, which allows a high working speed and which can be ground both thinner and allows thicker electrodes.
This object is achieved according to the device by the features defined in the characterizing part of claim 1 and the method steps defined in claim 7 for operating the device. Advantageous developments of the invention result from the features of the dependent claims.
In the device according to the invention, the electrode is rotated relatively quickly about its own axis during the grinding process, and the grinding surface has a surface speed relative to the electrode tip which is in a certain ratio to the peripheral speed of the electrode. The grinding surface moves in a known manner from the hand tool in the direction of the electrode tip. With its hollow housing and the drive shaft arranged therein, which is connected via a flexible shaft to a drive unit separate therefrom, the hand tool is very light and therefore easy to handle and can be brought into any position. The clamping device connected to the drive shaft in the hand tool is designed in a known manner and enables electrodes to be clamped in the usual diameter range.
Thin electrodes can be clamped very short because the hand tool has a thin diameter due to the simple construction and can be worked close to the grinding wheel surface. The end of the flexible shaft facing away from the hand tool is connected to any known drive unit which expediently has a continuously variable speed converter, or such a converter is switched on between the drive unit and the flexible shaft. In the area of the welding stations, where gas-shielded arc welding systems are used, there are usually also speed-adjustable hand drills, which represent suitable drive units. The drilling machine is expediently fastened to a workbench or a similar object using known clamping means and the end of the flexible shaft is clamped in the drill chuck.
The grinder or welder who wants to sharpen the electrodes with the hand tool according to the invention now has both hands free to operate the hand tool and grind the desired electrode tips. Since the electrode is not clamped in a fixed device, the shape of the electrode tip can be checked continuously using templates or other aids and adapted to the desired optimal shape. In contrast to the already known manual grinding methods, in which the electrode is held in the hand, the result is much better with the device according to the invention, and the tips are always concentric. This results in a significantly lower loss of material when grinding, and the arc burns more stably during the welding process.
However, it will also be possible to continue using short electrodes. The result of this is that a significantly higher material yield of the electrodes is achieved, which is approximately 30% higher than in the conventional known grinding processes. In addition, the working speed is higher because the device is very easy to handle and does not require any complicated adjustment and changeover processes. This is particularly important for manual welding processes or when starting automatic systems, since in many cases the tip of the electrode must be optimally adapted to the weld seam. This is often only possible by trying several times, with the experience of the grinder or welder playing a major role.
In contrast to stationary devices, the grinder or welder in the device according to the invention can continuously adapt the acute angles and the shape of the ground surfaces to his wishes. The device according to the invention is very inexpensive and economical, since existing grinding wheels and drive units can be used. The additional equipment required for the welder or grinder is limited to the freely movable hand tool with the attached clamping device and the flexible drive shaft.
The invention is explained in more detail with reference to advantageous exemplary embodiments shown in the drawings.
Fig. 1 shows the hand tool according to the invention with drive unit and grinding wheel in a schematic representation.
2 shows a longitudinal section through the hand tool according to the invention.
In FIG. 1, a tungsten electrode 2 is clamped in a hand tool 1 according to the invention with a clamping device 5. This tungsten electrode 2 rotates about its longitudinal axis. The tip of the tungsten electrode 2 is placed on the grinding surface 4 of a grinding wheel 3 and is machined on this grinding surface 4. The grinding wheel 3 is a diamond-tipped grinding wheel which rotates about the axis 15 in the direction of the arrow 16. The hand tool 1 is connected via a flexible shaft 7 to a drive device 8, which in the present example is formed by a hand drill. This drilling machine 8 has an electronic speed control and is fastened to a stationary device via the fastening flange 9. The drive device 8 is expediently switched on and off via a foot switch.
The end 18 of the flexible shaft 7 is clamped in the drill chuck 17 of the drilling machine 8, whereby the rotary movement of this drill chuck 17 is transmitted to the hand tool 1 or the electrode 2.
As shown in FIG. 2, the hand tool 1 consists of a housing 10, which in the present example is made of plastic, preferably polyamide. Arranged in the interior of the housing 10 is a drive shaft 6, which is non-positively and positively connected to the flexible shaft 7 at its rear end 19. The flexible shaft 7 is surrounded in a known manner by an armored jacket 20, which is also inserted into the housing 10 and fastened there. The front end 21 of the drive shaft 6 has a connecting element 22, via which the tensioning device 5 is connected to the drive shaft 6 in a known manner. In the example shown, the clamping device 5 consists of a known drill chuck, in which the electrode 2 can be positioned and clamped via clamping jaws 23.
In addition, a pin 25 with a guide bore is installed in the clamping device 5. The drive shaft 6 is rotatably mounted at the front end 21 via a bearing 12 in the housing 10. The drive shaft 6 is provided with a cavity 13 which extends around the longitudinal axis 24 and is in axial connection with the cavity 14 of the clamping device 5. The cavity 14 of the clamping device 5 and the cavity 13 of the drive shaft 6 together form the receiving space for the electrode 2.
This can thus be inserted into the hand tool 1 to such an extent that the part protruding from the clamping device 5 corresponds to the desired and practical working length.
Since the hand tool 1 can be moved very easily and without hindrance by locking devices in relation to the grinding surface 4 of the grinding wheel 3, tips can be ground on the electrode 2 with any angle or with curves or with multiple cone surfaces or with combinations thereof. The absolutely concentric design of the tip is ensured by the rotation of the electrode 2 with the aid of the drive shaft 6 about the longitudinal axis 24. The coordinated circumferential speed of the rotated electrode 2 and the surface speed of the grinding surface 4 are selected so that optimal machining conditions exist. In the example shown, the electrode 2 is rotated at a thousand revolutions per minute and has a diameter of 6 mm, and the surface speed of the grinding surface 4 is approximately 880 m / min.
Depending on the type and composition of the grinding wheel 3 and the type of the electrode 2 or the electrode tip, adjustments of the speed ratios are necessary, which can be easily accomplished by continuously changing the speed of the drive unit 8. The device according to the invention with the hand tool 1 and the associated flexible shaft 7 can be used not only in the workshop and stationary operation, but also in mobile welding systems, since this device does not require any specially designed and equipped grinding devices 3 or drive units 8. All grinding wheels and grinding belts which are suitable for grinding tungsten and all drive units which have a suitable controllable speed range and a clamping device can be used and combined with the device according to the invention.