Beim Verschweissen von zylinderförmigen Werkstücken haben die Verbindungsflächen in der Regel zwei Arten von Formen. Bei quer zur Längsachse durchgetrennten zylinderförmigen Werkstücken treffen die Enden der Gerade aufeinander und die Stossfläche bildet einen Kreis. Bei dieser Art der Schweissverbindung handelt es sich um eine Rotationsschweissverbindung, die leicht zu mechanisieren ist. Treffen die Zylinder in einem bestimmten Winkel aufeinander, wird an der Stossfläche eine geometrische Figur gebildet, deren Form von den Durchmessern der Zylinder und dem Winkel, in dem die Mittellinien der Zylinder aufeinandertreffen, abhängt.
Gibt es mehrere solcher verzweigter Zylinder, sprich Rohrabzweigungen an einem Grundzylinder, die ausserdem noch nahe beieinander liegen, ist ein herkömmliches Verschweissen von aussen schwierig. Bei derartigen Konstruktionen kann es sich z.B. um die Gehäuse von Mehrwegeventilen, Filterkörpern, Rohrabzweigungen und entsprechende Konstruktionsteile handeln. Beim Schweissen von Rohrabzweigungen und insbesondere von T-Abzweigungen stellen die geringe Höhe der Aushalsung am Grundzylinder und die Grösse herkömmlicher Schweissdüsen Probleme dar.
Die o.a. Probleme können eliminiert werden, indem man sich der Schweissstelle des Zweigzylinders von innen nähert. Dabei bilden die geringe Höhe der Aushalsung oder eine zweite, in der Nähe, aussen befindliche Abzweigung kein Hindernis. Die Schweissdüse ist auf Höhe der Naht, während sich das Werkstück (oder die Schweissdüse) um die eigene Achse dreht.
Ein zweiter Problembereich sind lange Werkstücke, deren Rotation nicht einfach zu bewerkstelligen ist. Ein typisches Beispiel dafür ist, wenn aus einem Rohr Verteilerkammern gemacht werden sollen, wobei an ein langes Rohr mehrere Rohrabzweigungen angebracht werden.
Die koaxiale Ausrichtung der Zylinder gegeneinander ist von äusserst grosser Bedeutung. Um die Qualität der Schweissnaht zu gewährleisten, müssen die zu verschweissenden Werkstücke vor dem Sauerstoff in der Luft geschützt werden, indem die Werkstücke in eine mit Schutzgas gefüllte Kammer geschlossen werden. Um die Menge des Schutzgases und die Füllzeit zu minimieren, muss die Kammer möglichst klein sein. Die geringe Grösse der Kammer aber verursacht wiederum Probleme beim Einsetzen des Werkstücks in die in der Kammer befindliche Halterung. Wegen der geringen Grösse der Kammer kann man nicht gleichzeitig mit den Händen in der Kammer arbeiten und in die Kammer hineinschauen. Oben angeführte Probleme konnten mit der hier zu beschreibenden Erfindung gelöst werden.
In der Beschreibung wird auf beiliegende Zeichnungen verwiesen, von denen Fig. 1 die Antriebsspindel und Fig. 2 die Gegenspindel darstellen.
Die Antriebsspindel besteht aus einem axial, mit den Lagern 0.1 starr an den Grundkörper 0 befestigten Flansch 1.1 und einer rohrförmigen Achse 1.2. Im Inneren der rohrförmigen Achse 1.2. befinden sich zwei rohrförmige Achsen 2.4 und 3.1 sowie eine durch beide Achsen durchgehende zylinderförmige längliche Achse 2.1. Die Achse 3.1 kann axial unabhängig in Bezug auf die anderen Achsen bewegt werden. Die Achsen 1.2 und 3.1 drehen sich gleichzeitig. Die Achse 3.1 ist durch eine separate Rohrachsenverlängerung, sprich Führungshülse, 3.2 verlängert. Die Führungshülse 3.2 wird je nach Durchmesser der zu verschweissenden Rohrabzweigung so bemessen, dass es sich locker innerhalb der Rohrabzweigung bewegen kann. Die Führungshülse ist schweissnahtseitig mit einer Einkerbung 3.3 für den Anfangspunkt der Schweissnaht versehen.
Die Rohrachse 3.1 und deren Verlängerung sprich Führungshülse 3.2 können mit dem Antrieb 3.0 axial über eine bestimmte Strecke 3.4 bewegt werden. Ist die Führungshülse 3.2 ausgefahren, gelangt sie über das Ende des Teils A der zu schweissenden Rohrabzweigung hinaus und die Einkerbung 3.3 kommt auf Höhe der Schweisselektrode 2.2. Das festzuschweissende Teil B wird auf den Aussenradius der Führungshülse 3.2 geführt, der die zu schweissenden Werkstücke gegeneinander zentriert und an Ort und Stelle hält. Wenn, beginnend von der Einkerbung 3.3 der Schweissvorgang vorangeschritten ist, bis die Teile A und B aneinander bleiben, zieht der Antrieb 3.0 die Führungshülse 3.2 so weit ein, dass der gesamte Zylinder unbehindert festgeschweisst werden kann.
Die Rotation des zu schweissenden Teils wird vom Antrieb 1.0 bewerkstelligt. Wird der in einer Bohrung in dem an der Achse 1.2 befestigten Flansch 1.3 befindliche Stift 1.4 teilweise in das Antriebsrad 1.5 geschoben, wird die Antriebskraft des Antriebs 1.0 auf die Achse 1.2 und von dort aus über den Flansch 1.1 und den Rohrhalter 1.8 in Form einer Rotation auf das zu schweissende Teil übertragen. Wenn die Teile 1.4 und 1.5 miteinander verbunden werden, müssen gleichzeitig die Teile 1.5 und 1.6 ausgekuppelt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Stift 1.7 so in der Bohrung verschoben wird, dass er aus der Bohrung 1.5 herauskommt und gleichzeitig in den Teil 1.6 und in die Befestigungsbohrung des Gehäuses gelangt. Diese Kopplung verhindert eine Rotation der Teile 1.6 und 2.1-2.6.
Beim Schweissen einer geometrischen Stossfläche zweier Zylinder muss die Schweisselektrode den Formen der Stossfläche folgen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Antrieb 2.0 eingeschaltet wird, der gleichzeitig mit der Rotationsbewegung den Elektrodenschaft 2.1 axial bewegt. Die Bewegungen sind programmmässig so miteinander verknüpft, dass die Bewegung in Axialrichtung die Elektrode als Funktion der Rotation den Formen der Stossfläche entlangführt.
Die vom Antrieb 2.0 verursachte Bewegung in Axialrichtung ist auf die durch das grösstmögliche, für das Gerät geeignete Werkstück gebildete geometrische Form begrenzt. Die Länge des zu schweissenden Teils A kann aufgrund von konstruktionellen Abmessungen erheblich mehr schwanken. Zur Beseitigung dieses Problems ist der Elektrodenschaft 2.1 so angeordnet, dass er in jede beliebige Axial- oder Radialposition verschoben werden und über Teil 2.3 an den Antrieb 2.0 sowie mit der programmgesteuerten Rotationsbewegung gekoppelt werden kann.
Zum Anlegen des Schweissstroms an die Schweissstelle wird das Stromkabel der Stromversorgung an den an der Verlängerung des Elektrodenschafts befestigten Gleitring und das Erdungskabel an den am Flansch 1.1 befindlichen Gleitring 2.7 angeschlossen, der spannungsleitend mit dem Rohrhalter 1.8 verbunden ist. Ist an Teil 2.1 Spannung angelegt, und die Spannung darf nicht auf andere Konstruktionsteile übergehen, sind zwischen Teil 2.1 und den umgebenden Teilen spannungsisolierende Elemente vorzusehen. Führungshülse 3.1 und Rohrachse 2.4 können aus isolierendem Material sein.
Zur Bearbeitung des Grundzylinders, des Ventilgehäuses, Rumpfs der T-Abzweigung oder Ähnlichem sowie zur Bildung der Schutzkammer ist das Gerät mit einer Gegenspindel versehen, deren Funktion in Fig. 2 dargestellt ist. In diesem Beispiel ist das zu schweissende Teil B der Rumpf einer T-Abzweigung.
Die Gegenspindel hat folgende Funktionen:
- Teil B wird so ausgerichtet und an der Halterung befestigt, dass die Mittellinie der \ffnung des zu schweissenden Teils auf einer Linie mit der Mittellinie der Elektrodenschaft 2.1 liegt und die über die Ränder der \ffnung laufende Fläche senkrecht zu dieser gedachten Linie steht.
- Teil B wird gegen Teil A bewegt, und die Teile werden für den Schweissvorgang gegeneinander gehalten.
- Bildung der Schutzkammer um die zu schweissende Stelle.
Diese Funktionen sind so ausgeführt, dass am Gehäuse 0.1 die Führungen 0.3 befestigt sind, die mit einer flachen, beweglich montierten Unterlegplatte 4.1 versehen sind. Auf der Platte ist eine rohrförmige Achse 4.3 gegenüber Platte unbeweglich und gleichzeitig koaxial zur Mittellinie des Elektrodenschafts 2.1 gelagert. Der Halterkörper 4.4 ist fest am Ende der Achse 4.3 montiert. Am Halterkörper 4.4 wiederum sind die Halterhebel 5.2 mit einem Gelenkmechanismus über die Teile 5.3 und 5.1 mit dem Antrieb 4.6 in Verbindung. Bewegt der Antrieb die Achse 5.1 in Axialrichtung, öffnen sich die Halterhebel 5.2. Eine entgegengesetzte Bewegung schliesst die Halterhebel 5.2.
Teil B wird befestigt, indem es gegen die Stützen 4.5 platziert wird und die Halterhebel 5.2 geschlossen werden. Die Halterhebel 5.2. drücken Teil B so gegen die Stützen 4.5, dass es in der eingestellten Position bleibt. Die Zentrierung des Teils B auf die Mittellinie wird mit der Zentriervorrichtung 6 durchgeführt. Die Zentriervorrichtung 6 ist mit den Teilen 6.1 auf den Führungen 0.3 gelagert. Der Konushalter 6.2 wird an Ort und Stelle gedreht und mit Hebel 6.3 verriegelt, wodurch die Mittellinie des Konus koaxial zur Mittellinie des Elektrodenschafts 2.1 und der rohrförmigen Achse 4.3 ausgerichtet wird. Wird der Konus 6.4 in die \ffnung des Teils B gepresst, zwingt die Aussenhaut des Konus beim Auftreffen auf die Ränder der \ffnung den Teil B sich so zu bewegen, dass dies koaxial mit dem Konus 6.4 und der Mittellinie der Achse gelangt.
Die senkrechte Lage des Teils B zur Achse im aufrechten Teil wird beim Auftreffen auf die Stützen 4.5 erzeugt. Die senkrechte Lage des Teils B zur Mittellinie im waagrechten Teil wird durch ein bewegliches Teil im Inneren des Konus 6.5 gesichert. Dadurch wird die Abzweigungsöffnung so seitlich bewegt, dass beide seitlichen Ränder des Teils B auf Teil 6.5 treffen. Die Befestigungskraft der Hebel 5.2 ist so eingestellt, dass sich Teil B durch die von Konus 6.4 ausgehende Kraft in seinen Halterungen bewegt, ansonsten aber an Ort und Stelle bleibt.
Nachdem Teil B ausgerichtet ist, wird der Konus 6.4, wie durch die gestrichelte Linie verdeutlicht, zur Seite gedreht. Mit dem Antrieb 0.2 wird die Unterlegplatte 4.1 samt darauf montierten Teilen in Richtung Elektrodenschaft 2.1 geschoben. Die Teile A und B treffen aufeinander, und die Bewegung kommt zum Stillstand. Durch die Kraft des Antriebs 0.2 werden die Teile A und B gegeneinander gepresst.
Die Schutzkammer 7 wird mit Antrieb 4.7 entlang der Achse 4.3 in Richtung Gegenspindel bewegt. Dabei bewegt sich die Schutzkammer 7 über die Stütze 4.5 und die zu schweissenden Teile A und B, und die Ränder der Schutzkammer 7 schieben sich in die Nuten des Flansches 1.1 und bilden somit einen geschlossenen Raum um die zu schweissenden Teile. Sind die Ränder der Schutzkammer 7 genau in den Nuten des Flansches 1.1, wird die Rotationsbewegung über die Schutzkammer 7 auf die Gegenspindel und auf die Stütze 4.5, wodurch beide zu schweissenden Teile A und B mit gleicher Geschwindigkeit rotiert werden.
When welding cylindrical workpieces, the connecting surfaces usually have two types of shapes. In the case of cylindrical workpieces cut transversely to the longitudinal axis, the ends of the straight line meet and the abutting surface forms a circle. This type of welded joint is a rotary welded joint that is easy to mechanize. If the cylinders meet at a certain angle, a geometric figure is formed on the abutting surface, the shape of which depends on the diameters of the cylinders and the angle at which the center lines of the cylinders meet.
If there are several such branched cylinders, i.e. pipe branches on a basic cylinder, which are also still close to each other, conventional welding from the outside is difficult. Such constructions can e.g. deal with the housings of multi-way valves, filter bodies, pipe branches and corresponding structural parts. When welding pipe branches and especially T-branches, the low height of the neck on the base cylinder and the size of conventional welding nozzles pose problems.
The above Problems can be eliminated by approaching the welding point of the branch cylinder from the inside. The low height of the neckline or a second branch located nearby is no obstacle. The welding nozzle is at the level of the seam, while the workpiece (or welding nozzle) rotates around its own axis.
A second problem area is long workpieces, the rotation of which is not easy to accomplish. A typical example of this is when distribution chambers are to be made from a pipe, with several pipe branches being attached to a long pipe.
The coaxial alignment of the cylinders against each other is extremely important. To ensure the quality of the weld seam, the workpieces to be welded must be protected from the oxygen in the air by closing the workpieces in a chamber filled with protective gas. In order to minimize the amount of protective gas and the filling time, the chamber must be as small as possible. However, the small size of the chamber in turn causes problems when inserting the workpiece into the holder located in the chamber. Because of the small size of the chamber, you cannot work with your hands in the chamber and look inside the chamber at the same time. Problems mentioned above could be solved with the invention to be described here.
In the description, reference is made to the accompanying drawings, of which FIG. 1 represents the drive spindle and FIG. 2 the counter spindle.
The drive spindle consists of an axially, with the bearings 0.1 rigidly attached to the base body 0 flange 1.1 and a tubular axis 1.2. Inside the tubular axis 1.2. there are two tubular axes 2.4 and 3.1 and a cylindrical elongate axis 2.1 running through both axes. The axis 3.1 can be moved axially independently with respect to the other axes. The axes 1.2 and 3.1 rotate at the same time. The axis 3.1 is extended by a separate tube axis extension, i.e. guide sleeve 3.2. Depending on the diameter of the pipe branch to be welded, the guide sleeve 3.2 is dimensioned such that it can move freely within the pipe branch. The guide sleeve is provided on the weld seam side with a notch 3.3 for the starting point of the weld seam.
The tube axis 3.1 and its extension, ie the guide sleeve 3.2, can be moved axially over a certain distance 3.4 with the drive 3.0. If the guide sleeve 3.2 is extended, it passes beyond the end of part A of the pipe branch to be welded and the notch 3.3 comes at the level of the welding electrode 2.2. Part B to be welded is guided to the outer radius of the guide sleeve 3.2, which centers the workpieces to be welded against one another and holds them in place. If, starting from the notch 3.3, the welding process has progressed until the parts A and B remain against one another, the drive 3.0 pulls the guide sleeve 3.2 so far that the entire cylinder can be welded on without hindrance.
The drive 1.0 rotates the part to be welded. If the pin 1.4 located in a bore in the flange 1.3 fastened to the axis 1.2 is partially pushed into the drive wheel 1.5, the driving force of the drive 1.0 is on the axis 1.2 and from there via the flange 1.1 and the tube holder 1.8 in the form of a rotation transferred to the part to be welded. If parts 1.4 and 1.5 are connected to each other, parts 1.5 and 1.6 must be disengaged at the same time. This is achieved in that the pin 1.7 is displaced in the bore in such a way that it comes out of the bore 1.5 and at the same time reaches the part 1.6 and the fastening bore of the housing. This coupling prevents rotation of parts 1.6 and 2.1-2.6.
When welding a geometrical butt surface of two cylinders, the welding electrode must follow the shapes of the butt surface. This is achieved in that the drive 2.0 is switched on, which simultaneously moves the electrode shaft 2.1 axially with the rotational movement. According to the program, the movements are linked to one another in such a way that the movement in the axial direction guides the electrode as a function of the rotation along the shapes of the abutting surface.
The movement in the axial direction caused by the drive 2.0 is limited to the geometric shape formed by the largest possible workpiece suitable for the device. The length of the part A to be welded can vary considerably more due to the structural dimensions. To eliminate this problem, the electrode shaft 2.1 is arranged in such a way that it can be moved into any axial or radial position and can be coupled to the drive 2.0 and to the program-controlled rotational movement via part 2.3.
To apply the welding current to the welding point, the power cable of the power supply is connected to the slide ring attached to the extension of the electrode shaft and the grounding cable is connected to the slide ring 2.7 located on the flange 1.1, which is connected to the pipe holder 1.8 in a voltage-conducting manner. If voltage is applied to part 2.1 and the voltage must not pass to other structural parts, voltage-isolating elements must be provided between part 2.1 and the surrounding parts. Guide sleeve 3.1 and pipe axis 2.4 can be made of insulating material.
For machining the basic cylinder, the valve housing, the fuselage of the T-branch or the like and for forming the protective chamber, the device is provided with a counter spindle, the function of which is shown in FIG. 2. In this example, part B to be welded is the fuselage of a T-junction.
The counter spindle has the following functions:
- Part B is aligned and attached to the holder so that the center line of the opening of the part to be welded is in line with the center line of the electrode shaft 2.1 and the surface running over the edges of the opening is perpendicular to this imaginary line.
- Part B is moved against part A, and the parts are held against each other for the welding process.
- Formation of the protective chamber around the point to be welded.
These functions are designed in such a way that the guides 0.3 are fastened to the housing 0.1 and are provided with a flat, movably mounted base plate 4.1. On the plate, a tubular axis 4.3 is immovable relative to the plate and at the same time is mounted coaxially to the center line of the electrode shaft 2.1. The holder body 4.4 is fixed at the end of the axis 4.3. On the holder body 4.4, in turn, the holder levers 5.2 are connected to the drive 4.6 with an articulated mechanism via the parts 5.3 and 5.1. If the drive moves the axis 5.1 in the axial direction, the holder levers 5.2 open. An opposite movement closes the holder lever 5.2.
Part B is attached by placing it against the supports 4.5 and closing the holder levers 5.2. The holder lever 5.2. press part B against supports 4.5 so that it remains in the set position. The centering of part B on the center line is carried out with the centering device 6. The centering device 6 is mounted with the parts 6.1 on the guides 0.3. The cone holder 6.2 is rotated in place and locked with lever 6.3, whereby the center line of the cone is aligned coaxially with the center line of the electrode shaft 2.1 and the tubular axis 4.3. If the cone 6.4 is pressed into the opening of part B, the outer skin of the cone forces the part B to move when it hits the edges of the opening in such a way that it comes coaxially with the cone 6.4 and the center line of the axis.
The vertical position of part B to the axis in the upright part is generated when hitting the supports 4.5. The vertical position of part B to the center line in the horizontal part is secured by a movable part inside the cone 6.5. As a result, the branch opening is moved laterally such that both lateral edges of part B meet part 6.5. The fastening force of the lever 5.2 is set so that part B moves in its holders due to the force exerted by the cone 6.4, but otherwise remains in place.
After part B is aligned, the cone 6.4 is turned to the side, as shown by the dashed line. With the drive 0.2, the base plate 4.1 together with the parts mounted thereon is pushed in the direction of the electrode shaft 2.1. Parts A and B meet and the movement stops. Parts A and B are pressed against each other by the force of drive 0.2.
The protective chamber 7 is moved with the drive 4.7 along the axis 4.3 in the direction of the counter spindle. The protective chamber 7 moves over the support 4.5 and the parts A and B to be welded, and the edges of the protective chamber 7 slide into the grooves of the flange 1.1 and thus form a closed space around the parts to be welded. Are the edges of the protective chamber 7 exactly in the grooves of the flange 1.1, the rotational movement via the protective chamber 7 on the counter spindle and on the support 4.5, whereby both parts A and B to be welded are rotated at the same speed.