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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen
von Schweißbrennern
in automatisierten Schweißstraßen, an
Schweißrobotern
und bei der Einzelfertigung.
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Es
sind verschiedene Verfahren zum Reinigen von Schweißbrennern
bekannt. Es gibt Verfahren, die beruhen auf der mechanischen Reinigung. Dabei
werden eine oder mehrere Drahtbürsten,
unterschiedliche Fräswerkzeuge
oder Formfräser
eingesetzt.
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Nachteilig
ist dabei, dass nur der äußere Bereich
der Gasdüse
und ein Teil des Kontaktrohres mit diesen Werkzeugen gereinigt werden
kann. Die Spritzer- und Rauchgasablagerungen im Inneren des Brenners
und die eingeblasenen Trennmittel werden nicht vollständig entfernt.
Bei konischen Gasdüsen kann
das Innere der Gasdüse
mit dieser Technologie nicht gereinigt werden. Als ein weiterer
Nachteil hat sich die kreisförmige
Ausbildung des Brenners durch die notwendige Drehbewegung der Werkzeuge
erwiesen, da sie einer Anpassung der Brennerform an den Naht- oder
Punktbereich entgegen steht. Änderungen
in der Form des Brenners erfordern eine Veränderung der Reinigungsvorrichtung.
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Ein
weiterer Nachteil besteht darin, dass die anfänglich glatte, meist vernickelte,
Oberfläche
des Brenners durch die mechanische Bearbeitung abgetragen und aufgeraut
wird. Dieses Aufrauen führt
zu einer schnelleren und stärkeren
Verunreinigung des Brenners.
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Bekannt
ist auch die Reinigung mit Hilfe eines Magneten. Dazu wird der Brenner
in ein spezielles Bad getaucht und die anhaftenden Spritzer mit Hilfe
eines Magneten entfernt. Diese Reinigungstechnologie ist nur für Eisenmetalle
geeignet. Für
die Reinigung von Schweißbrennern
für das
Schweißen von
Al, Edelstahl oder Bronze ist dieses Verfahren nicht geeignet.
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In
WO 02/49794 ist eine Reinigungstechnologie
beschrieben, die den Schweißbrenner
mit Hilfe eines CO
2-Luftgemisches, unter
Nutzung der Thermospannung, die bei Metallen mit unterschiedlicher Temperatur
entsteht, reinigt. Nachteilig bei dieser Technologie ist, dass das
Kontaktrohr nicht vollständig
gereinigt werden kann, da die CO
2-Pellets
nur beim direkten Auftreffen auf die zu reinigende Fläche wirksam
werden. Die rotierende Strahldüse
erhöht die
Reinigungsleistung, kann aber nicht bis zu den Gaseintrittsbohrungen
wirksam werden. Nachteilig ist weiterhin die Dosierung der Pellets
entsprechend der Reinigungsaufgabe und die Mischung mit dem Druckluftstrahl.
Als ein weiterer Nachteil hat sich die Kondensatbildung und die
damit verbundene Vereisung der Dosiereinheit bei längeren Stillständen erwiesen.
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In
JP 07314142 A wird
eine Technologie beschrieben, die das Anhaften der Spritzer verhindern soll.
Dazu wird ein Trennmittel vor dem Schweißvorgang auf den kalten Brenner
gesprüht.
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In
US 2003/0024917 wird
ein Verfahren beschrieben, bei dem CO
2 in
fester Form mit Hilfe von Druckluft auf die Stirnseite des zu reinigenden Schweißbrenners
geblasen wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass nur die
Stirnfläche
der Gasdüse
gereinigt wird. Innerhalb des Schweißbrenners kommt es zu einem
Staudruck, der ein Reinigen des Kontaktrohres erschwert. Durch das
Anlegen eines Vakuums wird versucht die reinigung zu verbessern, wobei
mit dem Evakuieren ein zusätzlicher
Verfahrensschritt und somit ein erhöhter Aufwand verbunden ist.
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Weiterhin
soll auf die
DE 102
43 693 B3 eingegangen werden. Diese DE beschreibt ein Strahlverfahren
zur Reinigung von Oberflächen,
bei dem ein Trägergas
unter Druck durch eine Strahlleitung einer Strahldüse zugeführt wird
und flüssiges
CO
2 über
eine Zuleitung zugeführt,
durch Entspannen in Trockenschnee umgewandelt und in die Strahlleitung eingespeist
wird. Durch geeignete Dimensionierung des Entspannungsraumes entsteht
Trockenschnee mit hoher Reinigungswirksamkeit, wie er für das Reinigen
von Oberflächen
besonders gut geeignet ist. Verfahrens- oder gerätetechnische Hinweise zum Reinigen
von Schweißbrennern
sind der
DE 102 43 693
B3 nicht zu entnehmen.
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Der
in den Patentansprüchen
angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Reinigungsverfahren
und eine Vorrichtung zum berührungslosen
Reinigen von Schweißbrennern,
unabhängig
ob es sich um Ein- oder Mehrdrahtbrenner handelt, zu schaffen.
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Dieses
Problem wird durch die Verfahren der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Bei
diesen Verfahren zum Reinigen von Schweißbrennern, beispielsweise in automatisch
arbeitenden Roboterzellen, wird mit Hilfe eines kalten Strahlmediums,
nämlich
mit CO2-Schnee, wird dieser CO2-Schnee
gleichmäßig oder
in Intervallen auf die zu reinigenden Fläche geblasen und durch eine
Zwangsführung
an der zu reinigenden Fläche
vorbei geführt,
wobei der spezielle Reinigungskopf linear auf der Achse des Kontaktrohres
verfahren wird.
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Das
oben genannte Proplem wird auch durch die Vorrichtungen der Ansprüche 3 bis
6 gelöst.
Die Vorrichtungen zur Durchführung
des Verfahrens bestehen aus einem vom Außendurchmesser des Kontaktrohres
und des Innendurchmessers der Gasdüse abhängigen Reinigungsrohr, das
entweder linear oder unter einem bestimmten Winkel zum Schweißbrenner,
auf der gemeinsamen Achse von Kontaktrohr und Reinigungskopf, verschoben
werden kann. Zum Reinigen der Außenfläche des Kontaktrohres und der
Gasdüse
wird der zur Erhaltung der flüssigen Phase
des CO2 in der Steigrohrflasche oder im
Tank erforderliche Druck von ca. 50 bar direkt genutzt. Das unter
Druck stehende flüssige
CO2 wird über eine oder mehrere Düsen am Grund
des Reinigungsrohres, wobei der Einströmwinkel unterschiedlich sein kann,
gleichmäßig oder
in einem oder mehreren kurzen Intervallen in das Reinigungsrohr
geblasen. Der beim Entspannen des flüssigen CO2 entstehende CO2-Schnee sofort, bei gleichzeitiger geringer
Verdichtung durch die Zwangsführung
in dem Reinigungsrohr, zur Reinigung, d. h. zur Unterkühlung der anhaftenden
Schweißspritzer
genutzt. Die Verdichtung wird durch die Volumenvergrößerung beim
Entspannen und durch die Begrenzung des Ausdehnungsbereiches durch
den Innendurchmesser des Reinigungsrohres erreicht. Damit die Verdichtung des
CO2-Schnees nicht zu einem Zusetzen des
Reinigungsrohres führt,
muss ein bestimmtes Verhältnis vom
Düsenquerschnitt
zu Innendurchmesser des Reinigungsrohres eingehalten werden. Bei
Einsatz von Steigrohrflaschen unter Raumtemperatur hat sich das
Verhältnis
1:13 als günstig
erwiesen. Die großen
Massenunterschiede zwischen Kontaktrohr und Gasdüse im Verhältnis zu den Schweißspritzern bewirken
ein schnelleres Abkühlen
der Spritzer und durch die damit verbundene Schrumpfung, ein Ablösen der
Spritzer. Zum Druckausgleich im Reinigungsrohr beim Entspannen des
flüssigen
CO2 kann das Reinigungsrohr mit am Umfang
angebrachten Ausgleichsbohrungen versehen sein.
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Die
Reinigung des Schweißbrenners
erfolgt in mindestens zwei Etappen. In der ersten Etappe steht der
angepasste Reinigungskopf mit dem Reinigungs rohr in einem vom Außendurchmesser
der Gasdüse
abhängigen
Abstand vor der Gasdüse.
In diesem Abstand erfolgt die Reinigung der Gasaustrittsöffnung der
Gasdüse
durch eine kurzzeitige Beaufschlagung mit CO2-Schnee.
Anschließend
fährt der
Schweißbrenner
mit dem Kontaktrohr in das Reinigungsrohr und mit der Gasdüse über das
Reinigungsrohr. Mit einem weiteren CO2-Impuls
und durch die Reinigungsposition bedingte Zwangsführung wird der
Außenbereich
des Kontaktrohres und der Innenbereich der Gasdüse gereinigt.
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Der
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch den Einsatz der
Kaltstrahltechnik, insbesondere durch die Verwendung von CO2-Schnee und einem, dem Brenner angepassten
Reinigungsrohr, die Reinigung der Brenner berührungslos und ohne zusätzliche
Spannvorgänge,
die ein Verstellen des Brenners bewirken und damit die Ursache für Fehlschweißungen sein
können,
ausgeführt
werden kann. Durch den CO2-Schnee erfolgt
das begrenzte Abkühlen,
Verspröden
und Ablösen
der Verunreinigungen, während
die durch den Phasenübergang hervorgerufene
und durch die Zwangsführung
durch das Reinigungsrohr begünstigte
CO2-Schnee-Luftströmung die gelösten Verunreinigungen
nach außen spült.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch den Einsatz von CO2-Schnee bzw. der Kaltstrahltechnik kein
direkter Kontakt zum Schweißbrenner
besteht und damit die Oberfläche
des Schweißbrenners
nicht beschädigt
oder abgetragen wird.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, dass durch die berührungslose Reinigung die Brennerform
der entsprechenden Schweißaufgabe
wesentlich besser angepasst werden kann und somit das Schweißen in Nuten,
Ecken oder in engen Bereichen vereinfacht oder ermöglicht wird.
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Eine
Weiterführung
der Erfindung besteht darin, dass bei feststehenden Schweißbrennern
die Reinigungsvorrichtung auf einem Schlitten montiert wird und
das Verfahren in die einzelnen Reinigungspositionen durch den Schlitten
realisiert wird.
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In
Fortführung
der erfindungsgemäßen Lösung wird
das flüssige
CO2 innerhalb der Wandung des Reinigungsrohres
direkt bis vor die Gasdüse
geführt
und beim Entspannen sofort auf die Stirnfläche der Gasdüse geblasen.
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In
weiterer Fortführung
der erfindungsgemäßen Lösung wird
die Reinigung mit zwei getrennten Reinigungsrohren ausgeführt. Bei
Mehrdraht- oder Tandembrennern umschließt die Gasdüse ein oder mehrere Kontaktrohre.
In der ersten Stufe der Reinigung wird das flüssige CO2 aus
einem Kranz von kleinen Düsen
direkt, mit unterschiedlichem Anströmwinkel, auf die Stirnfläche der
Gasdüse
gelenkt. Der Kranz ist der Kontur der Gasdüse angepasst. In der zweiten
Stufe wird das oder werden die Kontaktrohre gereinigt, wobei der
Roboter so geführt
wird, dass das Reinigungsrohr gleichmäßig über das zu reinigende Kontaktrohr
geführt
wird.
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Eine
weiterführende
Ausführung
der erfindungsgemäßen Lösung ist
das Reinigen und Ausblasen des Brenners von hinten. Dazu wird das
Reinigungsrohr direkt über
das Kontaktrohr gefahren und das flüssige, unter Druck stehende
CO2 in der Wandung des Kontaktrohres nach
vorn geführt.
Durch den Entspannungsdruck wird der CO2-Schnee
sowohl auf die Gasdüse
als auch auf das Kontaktrohr gelenkt. Bohrungen in dem Reinigungsrohr
ermöglichen
das Ausströmen
des CO2-Schnees und verhindern einen Staudruck.
Diese Variante der Brennerreinigung kann auch, wie bereits beschrieben,
in zwei Etappen ausgeführt
werden. In der ersten Etappe erfolgt die Reinigung der Gasaustrittsöffnung und
in der zweiten Etappe die Reinigung des Innenbereiches des Brenners.
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Es
ist naheliegend, das der Werkstoff, der Zusatzwerkstoff und die
Schweißparameter
einen Einfluss auf die Form und Größe der Schweißspritzer haben.
Dies erfordert auch eine Anpassung der Reinigungsvorrichtung an
die vorgegebenen Arbeitsbedingungen. Diese Anpassung besteht in
einer abgesetzten Ausführung
des Reinigungsrohres.
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Durch
die Kombination der verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungen, ergeben sich weitere
Vorteile der berührungslosen
Reinigung durch die direkte Anpassung der Reinigungsvariante an
den Schweißvorgang.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung soll nachstehend an vier Beispielen näher erläutert werden. Es zeigt
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1:
Aufbau einer Reinigungsvorrichtung für Eindrahtbrenner
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2:
Aufbau einer Reinigungsstation für Mehrdrahtbrenner
(Tandembrenner)
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3:
Auswechselbares Reinigungsrohr mit Innenbohrungen zur gezielten
Führung
des flüssigen CO2
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4:
Abgesetztes Reinigungsrohr
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Beispiel 1
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Aus
einem CO2-Flüssigtank 1 wird flüssiges CO2 über
eine Druckleitung 2 zum Ventil 3 geführt. Vor
dem Ventil 3 befindet sich eine Messvorrichtung 4 zur
Kontrolle des flüssigen
CO2-Standes. Das Ventil 3 ist mit
dem Reinigungskopf 5 direkt verbunden. Der Reinigungskopf 5 wird
durch die Mutter 6 im Gehäuse 7 gehalten. Das
Reinigungsrohr 8 wird durch die Überwurfmutter 9 positioniert.
Zur Reinigung wird der Schweißbrenner 10 aus
der Arbeitsposition in die Ausgangsstellung 11 gefahren
und so ausgerichtet, dass das Kontaktrohr 12 und die Gasdüse 13 gemeinsam
mit dem Reinigungsrohr 8 auf der Mittellinie 14 liegen.
Nach dem Ausrichten fährt
der Schweißbrenner 10 aus
der Ausgangsstellung 11 in die erste Reinigungsposition 18.
Wird von der Messvorrichtung 4, durch das Signal 15 bestätigt, dass
CO2-flüssig
vorhanden ist, wird vom Roboter das Signal 16 zum Öffnen des
Ventils 3 gegeben. Das flüssige CO2 strömt durch
die Düsenöffnungen 17 in
das Reinigungsrohr 8 und entspannt sich unter gleichzeitiger leichter
Verdichtung zu CO2-Schnee, der durch den Druck
in der Flasche 1 auf die Austrittsöffnung der Gasdüse 13 geblasen
wird. Der notwendige Druckausgleich wird durch die Ausgleichsbohrungen 20 erreicht.
Ist die Austrittsöffnung
der Gasdüse 13 gereinigt,
fährt der
Schweißbrenner 10 von
der ersten Reinigungsposition 18 zur zweiten Reinigungsposition 19.
Dabei fährt
das Kontaktrohr 12 in und die Gasdüse 13 über das
Reinigungsrohr 8. Ist die Position 19 erreicht,
wird durch das Signal 16 das Ventil 3 geöffnet und
erneut CO2-Schnee in das Reinigungsrohr 8 geblasen.
Durch das eingefahrene Kontaktrohr 12 wird der entstehende
CO2-Schnee zwangsweise an dem Kontaktrohr 12 und
der Innenfläche
der Gasdüse 13 vorbei
geführt.
Nach erfolgreicher Reinigung fährt
der Schweißbrenner 10 zurück in die
Ausgangsstellung 11 und von dort in die Arbeitsposition.
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Beispiel 2
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Aus
einem CO2-Flüssigtank 1 wird flüssiges CO2 über
eine Druckleitung 2 zum Ventil 3 geführt. Vor
dem Ventil 3 befindet sich eine Messvorrichtung 4 zur
Kontrolle des flüssigen
CO2-Standes. Das Ventil 3 ist mit
dem Reinigungskopf 5 direkt verbunden. Der Reinigungskopf 5 wird
durch die Mutter 6 im Gehäuse gehalten. Das Reinigungsrohr 8 wird
durch die Überwurfmutter 9 positioniert.
Zur Reinigung wird der Tandembrenner 21 aus der Arbeitsposition
in die Ausgangsstellung 22 gefahren und so ausgerichtet, dass
sich die Mittellinie 23 des Tandembrenners 21 mit
der des Reinigungsrohres 8 deckt. Aus dieser Posi-tion
wird der Tandembrenner 21 um den Winkel 24 geschwenkt,
so dass das Kontaktrohr 25 gemeinsam mit dem Reinigungsrohr 8 auf
der Mittellinie 14 liegt. Nach dem Ausrichten fährt der
geschwenkte Tandembrenner 21 aus der Ausgangsstellung 22 in
die erste Reinigungsposition 26. Wird von der Messvorrichtung 4 durch
das Signal 15 bestätigt,
dass CO2-flüssig vorhanden ist, wird vom
Roboter das Signal 16 zum Öffnen des Ventils 3 gegeben.
Das flüssige
CO2 strömt
durch die Düsenöffnungen 17 in
das Reinigungsrohr 8 und entspannt unter gleichzeitiger leichter
Verdichtung zu CO2-Schnee, der durch den Druck
in der Flasche 1 auf die Austrittsöffnung der Gasdüse 27 geblasen
wird. Der notwendige Druckausgleich wird durch die Ausgleichsbohrungen 20 erreicht.
Ist ein Teil der Austrittsöffnung
der Gasdüse 27 gereinigt,
fährt der
Tandembrenner 22 von der ersten Reinigungsposition 26 zur
zweiten Reinigungsposition 28. Dabei fährt das Kontaktrohr 25 in
und die Gasdüse 27 über das
Reinigungsrohr 8. Ist die Position 28 erreicht,
wird durch das Signal 16 das Ventil 3 geöffnet und
erneut CO2-Schnee in das Reinigungsrohr 8 geblasen.
Durch das in das Reinigungsrohr 8 eingefahrene Kontaktrohr 25 wird
der CO2-Schnee zwangsweise an dem Kontaktrohr 25 und
der Innenfläche
der Gasdüse 27 vorbei
geführt.
Nach erfolgreicher Reinigung fährt
der Tandembrenner 21 zurück in die Ausgangsstellung 22.
Der Tandembrenner 21 wird in dieser Position um den Winkel 24 in
die Ausgangslage und weiter um den gleichen Winkel 24 so nach
der anderen Seite geschwenkt, dass sich das Kontaktrohr 29 mit
dem Reinigungsrohr 8 auf der gleichen Mittellinie 14 befindet.
Die Reinigung erfolgt in der gleichen Weise wie beim Kontaktrohr 25. Nachdem
auch das zweite Kontaktrohr gereinigt wurde fährt der Tandembrenner 21 zurück in die
Ausgangsposition 22, schwenkt um den Winkel 24 zurück in die
Ausgangslage und von dort in die Arbeitsposition.
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Beispiel 3:
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Auf
den Reinigungskopf 5 in Beispiel 1 wird das Reinigungsrohr 30 mit
Innenbohrungen 31 aufgesetzt und durch die vergrößerte Überwurfmutter 34 in
der Lage positioniert. Der Schweißbrenner 10 fährt, in
Abhängigkeit
vom Reinigungsprogramm, entweder in die erste Position 18 zum
Reinigen der Gasaustrittsöffnung
der Gasdüse 13,
wobei das flüssige
CO2 direkt vor der Gasdüse 13 aus den Innenbohrungen 31 des
Reinigungsrohres 30 unter Bildung von CO2-Schnee
auf die Gasaustrittsöffnung geblasen
wird oder sofort in die zwei te Reinigungsposition 19, wo,
durch die Zwangsführung
des CO2-Schnees,
die durch die von Werkstoff und Dicke der Wandung des Reinigungsrohres 30 mit
Innenbohrungen 31 abhängige
Wärmekapazität beeinflusst
wird, gleichzeitig das Kontaktrohr 12 und die Innenwand
der Gasdüse 13 gereinigt
wird. Zur Vermeidung eines Staudrucks und zum Transport der durch die
Thermospannung gelösten
Schweißspritzer
sind im Reinigungsrohr 30 mit Innenbohrungen 31 mehrere
Entlüftungsbohrungen 32 angebracht.
Zum Entfernen des gelösten
Spritzerrings der Gasdüse 13 von dem
Reinigungsrohr 30 mit Innenbohrungen 31 sind in
der vergrößerten Überwurfmutter 34 Luftaustrittsöffnungen 33 vorgesehen.
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Beispiel 4:
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Auf
den Reinigungskopf 5 in Beispiel 1 wird das abgesetzte
Reinigungsrohr 35 aufgesetzt und durch die angepasste Überwurfmutter 34 in
der Lage fixiert. Der Schweißbrenner 10 fährt, in
Abhängigkeit vom
Reinigungsprogramm entweder zur Reinigung der Gasaustrittsöffnung der
Gasdüse 13 in
die Position 18 oder mit dem abgesetzten Bereich 37 über das Kontaktrohr 12.
Der Schweißbrenner 10 wird
soweit über
das Kontaktrohr 12 gefahren, bis sich der Düsenkranz 38 in
der Position 19 und der Düsenkranz 39 in der
Position 18 befindet. Die Düsenkränze 38 und 39 werden
durch Betätigung
unterschiedlicher Ventile aktiv. Die Reinigung erfolgt durch wechselweise
oder gleichzeitige Ansteuerung der Ventile. Die Entlastungsbohrung 40 verhindert
einen Staudruck und die Luftbohrung 41 beseitigt die Rückstände vom abgesetzten
Reinigungsrohr 35.
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- 1
- CO2-Flüssigtank
- 2
- Druckleitung
- 3
- Ventil
- 4
- Messvorrichtung
- 5
- Reinigungskopf
- 6
- Mutter
- 7
- Gehäuse
- 8
- Reinigungsrohr
- 9
- Überwurfmutter
- 10
- Schweißbrenner
- 11
- Ausgangsstellung
- 12
- Kontaktrohr
- 13
- Gasdüse
- 14
- Mittellinie
- 15
- Signal
(CO2-flüssig)
- 16
- Signal
(Ventil)
- 17
- Düsenöffnungen
- 18
- erste
Reinigungsposition, Position (Eindrahtbrenner)
- 19
- zweite
Reinigungsposition, Position (Eindrahtbrenner)
- 20
- Ausgleichsbohrung
- 21
- Tandembrenner/Schweißbrenner
- 22
- Ausgangsstellung
- 23
- Mittellinie
- 24
- Winkel
- 25
- Kontaktrohr
- 26
- erste
Reinigungsposition, Position (Tandembrenner)
- 27
- Gasdüse
- 28
- zweite
Reinigungsposition, Position (Tandembrenner)
- 29
- Kontaktrohr
II
- 30
- Reinigungshülse mit
Innenbohrungen
- 31
- Innenbohrung
- 32
- Entlüftungsbohrungen
- 33
- Luftaustrittsöffnungen
- 34
- vergrößerte Überwurfmutter
- 35
- abgesetztes
Reinigungsrohr
- 36
- angepasste Überwurfmutter
- 37
- abgesetzter
Bereich
- 38
- Düsenkranz
- 39
- Düsenkranz
- 40
- Entlastungsbohrung
- 41
- Luftbohrung