DE102011113403B3

DE102011113403B3 - Nachführeinrichtung zum Nachführen einer Schweißelektrode und Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken

Info

Publication number: DE102011113403B3
Application number: DE102011113403A
Authority: DE
Inventors: Dirk Stahlsmeier
Original assignee: TasQ Automatisierung GmbH
Current assignee: TasQ Automatisierung GmbH
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2031-09-17

Abstract

Nachführeinrichtung zum Nachführen einer Schweißelektrode aufweisend ein äußeres, nach oben mit einer Abschlussplatte (17) verschlossenes Führungsgehäuse (1), eine vertikal bewegliche, isolierte Kolbenstange (2), die mit einer vertikal wirkenden Druckkraft beaufschlagt wird, einen verdrehgesichert und vertikal beweglichen Elektrodenhalter (4) mit einer Aufnahme für die Elektrode (10), der am unteren Ende auf der Kolbenstange (2) angebracht ist, eine Pneumatikeinheit (6) mit einem Pneumatikgehäuse (7), einem darin angeordneten vertikal beweglichen doppelstufigen Pneumatikkolben (8) und einem Druckluftanschluss (15), eine Verbindungshülse (11), eine die Verbindungshülse (11) im Durchmesser locker umschließende Feder (9), die sich mit ihrem oberen freien Ende an der Unterseite des Pneumatikkolbens (8) und mit ihrem unteren freien Ende an dem Anschlag (16) abstützt, wobei die Feder (9) durch die Verbindungshülse (11) geführt und über den Pneumatikkolben (8) mit einer vertikal wirkenden Druckkraft beaufschlagt wird, wobei das Führungsgehäuse (1) eine innenliegende Führung aufweist, in der die Kolbenstange (2) durch ein erstes Gleitlager (3) geführt wird, der Elektrodenhalter (4) durch ein zweites Gleitlager (5) auf der Kolbenstange (2) geführt wird, das Pneumatikgehäuse (7) innerhalb der Kolbenstange (2) an deren unterem Ende angeordnet ist und mit der Kolbenstange (2) formschlüssig verbunden ist, die Verbindungshülse (11) innerhalb des Pneumatikgehäuses (7) an dessen unterem Ende angebracht ist und an ihrem oberen Ende mit dem Pneumatikkolben (8) verbunden ist, die Anschlussplatte (17) eine Öffnung (18) aufweist, die Kolbenstange (2) an ihrem oberen Ende eine Anschlussvorrichtung (21) für eine außerhalb der Nachführeinrichtung liegende Kraftquelle aufweist, über die die Kolbenstange (2) mit einer ersten vertikal wirkenden Druckkraft (F1) beaufschlagbar ist, die Feder (9) am unteren Ende der Kolbenstange (2) angeordnet ist und mit ihrem unteren freien Ende aus der Kolbenstange (2) herausragt, wobei die Feder (9) mit einer zweiten vertikal wirkenden Druckkraft (F2) beaufschlagbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nachführeinrichtung zum Nachführen einer Elektrode sowie ein Verfahren zum Verschweißen von miteinander zur verbindenden Werkstücken. Die erfindungsgemäße Nachführeinrichtung wird vorwiegend beim Buckelschweißverfahren eingesetzt und ist dazu geeignet, das mittels dieses Verfahrens erzielte Schweißergebnis wesentlich zu verbessern.
Beim Buckelschweißverfahren werden üblicherweise zwei flächige Werkstücke miteinander verbunden, wobei vor dem Schweißvorgang in eines, vorzugsweise in das oben liegende oder aber in beide Werkstücke Materialerhöhungen (Schweißbuckel) eingebracht wurden. An den Berührungspunkten der Schweißbuckel mit dem zweiten Werkstück erfolgt die Widerstandserwärmung, wodurch ein Schmelzen des Buckelmaterials und damit ein Verschweißen der beiden Werkstücke miteinander erreicht wird. Dabei werden flächenhafte Elektroden verwendet.
Zur Erzielung eines optimalen Schweißergebnisses ist es erforderlich, die Elektrode während des Abschmelzens der Schweißbuckel, wenn das obere Werkstück durch die Verflüssigung des Buckelmaterials nachgibt, zeitnah und stetig nachzuführen, um so sicherzustellen, dass die beiden Werkstücke während des gesamten Schweißvorgangs ohne Unterbrechung mit einer bestimmten Kraft aufeinander gedrückt werden.
Ohne ein Nachführen der Elektrode kann die Kraftübertragung beim Abschmelzen der Schweißbuckel unterbrochen oder zumindest nicht in voller Höhe gewährleistet sein, was zur Folge haben kann, dass die beiden Werkstücke gar keine Verbindung oder aber eine Verbindung, die den Qualitätsanforderungen nicht genügt, eingehen. Der Versuch, das Nachgeben des Werkstücks beim Abschmelzen der Schweißbuckel durch eine von vornherein höher eingestellte Druckkraft zu kompensieren, scheitert daran, dass dadurch ein unerwünschtes Durchdrücken der Schweißbuckel in das unten liegende Werkstück bewirkt wird.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zum Verschweißen von zwei flächigen Werkstücken bekannt, bei denen das Nachführen der Elektrode durch den Einsatz von elastischen Elementen wie zum Beispiel elastisch verformbare Kunststoffe oder Druckfedern gelost wird. Diese elastischen Elemente werden vor dem Schweißvorgang mit einer gewissen Kraft vorgespannt, die sie während des Abschmelzens der Schweißbuckel durch Entspannung auf die Werkstücke aufbringen.
In der WO 2011/088866 A1 wird eine Schweißelektrodeneinheit mit einer Nachsetzeinrichtung beschrieben, die ein vorspannbares Kraftspeichermittel aufweist, das mit einer Kraftquelle verbunden ist und von dieser kraftbeaufschlagt wird, wobei das Kraftspeichermittel im vorgespannten Zustand von der Kraftquelle entkoppelbar und damit nicht mehr kraftbeaufschlagt ist. Bei den in den 3–11 dargestellten Ausführungsformen ist das Kraftspeichermittel als Schraubenfeder ausgelegt, die durch den Kolben eines Pneumatikzylinders druckbeaufschlagt und so in einem gewissen Maße vorgespannt wird. Die Vorspannung der Feder erfolgt bei dieser Vorrichtung ausschließlich vor dem eigentlichen Schweißvorgang, denn der Pneumatikkolben wird nach dem Erreichen der gewünschten Vorspannung von der Druckluftzufuhr getrennt. Erst danach erfolgt die Bestromung der Elektrode.
Als nachteilig erweist sich bei einer derartigen Vorrichtung, dass die durch die Vorspannung der Feder voreingestellte Druckkraft zwei Aufgaben erfüllen muss, nämlich zum einen die zu verschweißenden Werkstücke mit einem gewissen Druck aufeinander zu pressen und zum anderen das Nachsetzen der Elektrode während des Schweißvorgangs zu gewährleisten. Während des Nachsetzens der Elektrode entspannt sich die Feder, wodurch die voreingestellte Kraft abnimmt, was zur Folge hat, dass dann weder das Aufeinanderdrücken der Werkstücke mit der erforderlichen Kraft noch das Nachsetzen der Elektrode in dem gewünschten Maße erfolgt. Dies kann sich negativ auf die Qualität des Schweißergebnisses auswirken. Ferner können sich die Kraftverhältnisse durch zunehmenden Verschleiß oder aber bei unterschiedlichen Schweißaufgaben verändern, was zu einem unkontrollierbaren Nachsetzverhalten und somit zu einem ungleichmäßigen Schweißergebnis führen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Nachführeinrichtung zum Nachführen einer Schweißelektrode bzw. ein Verfahren zum Verschweißen von miteinander zur verbindenden Werkstücken zur Verfügung zu stellen, wodurch ein wesentlich verbessertes Schweißergebnis und eine vereinfachte Handhabung erzielt wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Nachführeinrichtung zum Nachführen einer Elektrode aufweisend

– ein äußeres, nach oben mit einer Abschlussplatte verschlossenes Führungsgehäuse,
– eine vertikal bewegliche, isolierte Kolbenstange, die mit einer vertikal wirkenden Druckkraft beaufschlagt wird,
– einen verdrehgesichert und vertikal beweglichen Elektrodenhalter mit einer Aufnahme für die Elektrode, der am unteren Ende auf der Kolbenstange angebracht ist,
– eine Pneumatikeinheit mit einem Pneumatikgehäuse, einem darin angeordneten vertikal beweglichen doppelstufigen Pneumatikkolben und einem Druckluftanschluss,
– eine Verbindungshülse,
– eine die Verbindungshülse im Durchmesser locker umschließende Feder, die sich mit ihrem oberen freien Ende an der Unterseite des Pneumatikkolbens und mit ihrem unteren freien Ende an dem Anschlag abstützt, wobei die Feder durch die Verbindungshülse geführt und über den Pneumatikkolben mit einer vertikal wirkenden Druckkraft beaufschlagt wird,

– das Führungsgehäuse eine innenliegende Führung aufweist, in der die Kolbenstange durch ein erstes Gleitlager geführt wird,
– der Elektrodenhalter durch ein zweites Gleitlager auf der Kolbenstange geführt wird,
– das Pneumatikgehäuse innerhalb der Kolbenstange an deren unterem Ende angeordnet ist und mit der Kolbenstange formschlüssig verbunden ist,
– die Verbindungshülse innerhalb des Pneumatikgehäuses an dessen unterem Ende angebracht ist und an ihrem oberen Ende mit dem Pneumatikkolben verbunden ist,
– die Anschlussplatte eine Öffnung aufweist,
– die Kolbenstange an ihrem oberen Ende eine Anschlussvorrichtung für eine außerhalb der Nachführeinrichtung liegende Kraftquelle aufweist, über die die Kolbenstange mit einer ersten vertikal wirkenden Druckkraft beaufschlagbar ist,
– die Feder am unteren Ende der Kolbenstange angeordnet ist und mit ihrem unteren freien Ende aus der Kolbenstange herausragt, wobei die Feder mit einer zweiten vertikal wirkenden Druckkraft beaufschlagbar ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt zum einen darin, dass die Feder und der darauf mit einer Druckkraft einwirkende Pneumatikkolben innerhalb der Kolbenstange angebracht sind, wodurch ein exakt mittiges Nachsetzen der Elektrode auf den Schweißbuckel erreicht wird. Ein Verkanten der Elektrode ist damit praktisch unmöglich, was zu einer erheblich verlängerten Haltbarkeit (Standzeit) der Elektrode führt.
Weiterhin ist es von erheblichem Vorteil, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kolbenstange und die Feder getrennt und unabhängig voneinander mit Druckkräften beaufschlagbar sind, die zum einen von unterschiedlichen Kraftquellen erzeugt werden und zum anderen individuell einstellbar sind. Dabei entstehen zwei getrennte Systeme, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf vorteilhafte Weise miteinander vereint werden, wobei jedes dieser Systeme eine fest vorgegebene Aufgabe erfüllt. Die Kolbenstange dient dazu, die darauf aufgebrachte erste Druckkraft über die Elektrode auf die zu verschweißenden Werkstücke aufzubringen, um diese mit dieser Kraft aufeinander zu pressen. Dabei kann die erste Druckkraft so dimensioniert werden, dass ein Durchdrücken der Schweißbuckel in das untere Werkstück vermieden wird. Die Aufgabe der Feder ist es, die zweite Druckkraft ebenfalls über die Elektrode auf die Werkstücke aufzubringen, nicht jedoch um diese aufeinander zu pressen, sondern um das Abschmelzen des Schweißbuckels zu kompensieren. Dadurch wird das erwünschte Nachsetzverhalten der Elektrode erzeugt, mit dessen Hilfe dem durch die Verflüssigung des Buckelmaterials verursachte Nachgeben des Werkstücks entgegengewirkt wird.
Als vorteilhaft erweist sieh bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner, dass keine Entkoppelung der Feder von der diese beaufschlagenden Kraftquelle weder vor Beginn noch während des gesamten Schweißvorgangs erfolgt. Die Zufuhr von Druckluft in die Pneumatikeinheit wird während des gesamten Schweißvorgangs bis zur Beendigung desselben nicht unterbrochen, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, die Vorspannung der Feder über die Dauer des Schweißvorgangs konstant zu halten.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner möglich, die Vorspannung der Feder bei einer Veränderung der Schweißbedingungen bzw. der Schweißaufgabe in einfacher Weise durch Veränderung der zweiten Druckkraft, mit der die Pneumatikeinheit beaufschlagt wird, anzupassen. Ein manuelles Anpassen der Federvorspannung erübrigt sich somit.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Verbindungshülse mittels eines Zugankers mit dem Pneumatikkolben verbunden ist. Dabei wird der Zuganker mit seinem am unteren Ende aufgebrachten Gewinde in das innerhalb der Verbindungshülse liegende Gewinde eingeschraubt. Dadurch entsteht eine kraftschlüssige Verbindung, die den Anforderungen an die Kraftübertragung zwischen Zuganker und Verbindungshülse genügt, gleichzeitig aber auch eine einfache Montage und Demontage gewährleistet. Eine formschlüssige Verbindung zwischen Verbindungshülse und Zuganker ist jedoch auch denkbar.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass das erste Gleitlager, wodurch die Kolbenstange geführt wird, und das zweite Gleitlager, wodurch der Elektrodenhalter geführt wird, schmiermittelfrei sind. Dadurch wird eine zusätzliche Vorrichtung für das Aufbringen von Schmiermittel überflüssig und ein wartungsfreies Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die schmiermittelfreien Gleitlager als Kunststoff-Gleitbuchsen ausgeführt sind. Kunststoff-Gleitbuchsen sind nicht nur schmierungs- und wartungsfrei, sondern weisen zudem einen besonders geringen Reibungskoeffizienten gegen andere Stoffe wie z. B. Stahl auf. Im Gegensatz zu anderen Materialien ist bei Kunststoff-Gleitbuchsen die Gefahr des ”Festfressens” äußerst gering.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Feder mittels einer Schraube, die in das untere freie Ende der Verbindungshülse eingreift, vorgespannt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die auf die Kolbenstange vertikal wirkende erste Druckkraft durch einen beliebig wählbaren, genormten Pneumatikzylinder erzeugt wird. In zwei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pneumatikzylinder mit der Abschlussplatte kraftschlüssig verbunden ist, wobei der Pneumatikkolben des Pneumatikzylinders durch die Öffnung der Abschlussplatte hindurch in die Anschlussvorrichtung der Kolbenstange eingreift. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, die erfindungsgemäße Nachsetzeinrichtung in Zusammenbau mit verschiedenen unterschiedlichen Pneumatikzylindern für unterschiedliche Druckbereiche und damit auch für unterschiedliche Schweißaufgaben und Schweißvorrichtungen zur Verfügung zu stellen. Die Einsatzbereiche und -möglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind daher vielfältig, was besonders vorteilhaft für Nachrüstungen beliebiger, bereits bestehender Schweißanlagen ist. Auf diese Weise kann die Vermarktung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines eigenständigen Adapters zur Erzeugung eines optimalen Nachsetzverhaltens für Schweißanlagen verschiedener Typen und Hersteller erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass der Pneumatikeinheit eine Einstellvorrichtung vorgeschaltet ist, mittels derer die auf die Feder vertikal wirkende zweite Druckkraft individuell eingestellt wird. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Einstellvorrichtung als Proportionaldruckregelventil ausgeführt ist. Dadurch wird die auf die Feder vertikal wirkende zweite Druckkraft und damit auch die Spannung der Feder während des gesamten Schweißvorgangs konstant gehalten. Einem Nachlassen der Federkraft, während die Elektrode dem Abschmelzen des Schweißbuckels folgt, wird auf diese Weise entgegengewirkt, wodurch ein unkontrollierbares Nachsetzverhalten vermieden wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe außerdem durch ein Verfahren zum Verschweißen von miteinander zu verbindenden Werkstücken nach dem Buckelschweißverfahren mittels der Verfahrensschritte:

a. Bereitstellen eines Schweißkopfes mit einer erfindungsgemäßen Nachführeinrichtung wie oben beschrieben.
b. Zusammenpressen der Werkstücke mit einer auf die Kolbenstange (2) aufgebrachtem, vertikal wirkenden ersten Druckkraft (F1).
c1. Bestromung der Elektrode und Beginn des Schweißvorgangs.
c2. gleichzeitige Beaufschlagung des Pneumatikkolbens (8) und Spannung der Feder (9) mit einer zweiten Druckkraft (F2).
d. Abschmelzen der in mindestens ein Werkstück eingeprägten Schweißbuckel und teilweises Eindrücken in das andere Werkstück.
e. Nachsetzen der Elektrode durch Entlastung der Feder während des fortschreitenden Abschmelzens der Schweißbuckel und Verschweißen der Werkstücke.
f. Entlastung sämtlicher Kraftquellen.

In Ausgestaltungen des Verfahrens dient die auf die Kolbenstange vertikal wirkende erste Druckkraft ausschließlich zur Aufbringung des Anpressdrucks auf die zu verschweißenden Werkstücke und die auf die Feder vertikal wirkende zweite Druckkraft ausschließlich zur Vorspannung der Feder und somit zur Erzeugung des Nachsetzverhaltens.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Nachführeinrichtung und ein damit verbundener genormter Pneumatikzylinder im Längsschnitt.
2 zeigt eine Detailansicht der Nachführeinrichtung gemäß 1 mit entlasteter Feder.
3 zeigt eine Detailansicht der Nachführeinrichtung gemäß 1 mit gespannter Feder.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Nachführeinrichtung und eines damit verbundenen genormten Pneumatikzylinders.
In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nachführeinrichtung und ein damit verbundener genormter Pneumatikzylinder im Längsschnitt dargestellt. Die Nachführeinrichtung besteht aus einem äußeren Führungsgehäuse 1, das nach oben mit einer Abschlussplatte 17 verschlossen und nach unten offen ausgeführt ist. Im Inneren des nach unten offenen Endes des Führungsgehäuses 1 liegt eine Führung. In dieser Führung wird eine vertikal bewegliche, isolierte Kolbenstange 2 an ihrem oberen Ende durch ein erstes schmiermittelfreies Gleitlager 3 geführt. Die Kolbenstange 2 weist an ihrem oberen Ende eine Anschlussvorrichtung 21 auf.
Die Abschlussplatte 17 weist eine Öffnung 18 auf. Auf der Abschlussplatte 17 ist ein genormter Pneumatikzylinder 19 montiert, dessen Pneumatikkolben 20 durch die Öffnung 18 der Abschlussplatte 17 hindurch in die Anschlussvorrichtung 21 der Kolbenstange 2 eingreift.
Der vertikal bewegliche Elektrodenhalter 4 mit einer Aufnahme für die Elektrode 10 ist am unteren Ende auf der Kolbenstange 2 verdrehgesichert angebracht und wird durch ein zweites schmiermittelfreies Gleitlager 5 auf der Kolbenstange 2 geführt.
Am unteren Ende der Kolbenstange 2 und innerhalb derselben sind die Pneumatikeinheit 6, die Verbindungshülse 11 und die Feder 9 angeordnet.
Der Aufbau der Pneumatikeinheit 6 und deren Zusammenwirken mit der Verbindungshülse 11 und der Feder 9 wird nachfolgend anhand der 2 und 3, die jeweils eine Detailansicht der Nachführeinrichtung gemäß 1 mit entlasteter und vorgespannter Feder zeigen, erläutert.
Die Pneumatikeinheit 6 besteht aus einem formschlüssig mit der Kolbenstange verbundenen Pneumatikgehäuse 7, einem darin angeordneten, vertikal wirkenden doppelstufigen Pneumatikkolben 8 und einem Druckluftanschluss 15. Die Verbindungshülse 11 ist innerhalb des Pneumatikgehäuses 7 an dessen unterem Ende angebracht. An ihrem oberen Ende ist die Verbindungshülse 11 mittels eines Zugankers 12 kraftschlüssig mit dem Pneumatikkolben 8 verbunden. In das untere freie Ende der Verbindungshülse 11 greift die Schraube 13 ein.
Die Feder 9 umschließt die Verbindungshülse 11 locker im Durchmesser und wird durch diese geführt. Mit ihrem oberen freien Ende stützt sich die Feder 9 an der Unterseite des Pneumatikkolbens 8 und mit ihrem unteren freien Ende, das aus der Kolbenstange 2 herausragt, an dem Anschlag 16 ab.
Durch das Einschrauben der Schraube 13 in die Verbindungshülse 11 wird die Feder 9 zusammengedrückt, wodurch eine erste Vorspannung der Feder 9 bewirkt wird. Diese Vorspannung wird bei der Montage der Nachführeinrichtung voreingestellt und kann während des Schweißbetriebs nicht mehr verändert werden.
Der genormte Pneumatikzylinder 19 wird nun mit Druckluft beaufschlagt, wodurch die Kolbenstange 2, der Elektrodenhalter 4 und die Elektrode 10 eine vertikale Bewegung nach unten durchführen, bis die Elektrode das obere der zu verschweißenden Werkstücke berührt. Durch die weiter anhaltende Kraftbeaufschlagung der Kolbenstange werden die zu verschweißenden Werkstücke nun mit einer ersten Druckkraft F1 zusammengepresst. Der Elektrode 10 wird dann Strom über das Stromband 14 zugeführt. Zeitgleich wird der Pneumatikkolben 8 über den Druckluftanschluss 15 mit Druckluft beaufschlagt, wodurch dieser zusammen mit der Verbindungshülse 11 eine vertikale Bewegung nach unten ausführt und dabei auf das obere Ende der Feder 9 drückt. Da ein Entspannen der Feder 9 nach unten durch den Anschlag 16 verhindert wird, wird diese zusammengedrückt und auf diese Weise weiter gespannt. Dadurch wird eine zweite Druckkraft F2 auf die Elektrode aufgebracht. Durch das zunehmende Abschmelzen des Schweißbuckels, das mit der Bestromung der Elektrode begonnen hat, gibt das Werkstück immer weiter nach. In dem Maße wie das Werkstück nachgibt, entspannt sich die Feder 9 und bewirkt somit ein Nachsetzen der Elektrode.
Nach Beendigung des Schweißvorgangs werden sämtliche Kraftquellen entlastet. Die Kolbenstange 2 und der Pneumatikkolben 8 kehren in ihre ursprüngliche, in 2 dargestellte Position zurück und die Feder 9 ist wieder entspannt.
Bezugszeichenliste

1: äußeres Führungsgehäuse
2: Kolbenstange
3: erstes Gleitlager
4: Elektrodenhalter
5: zweites Gleitlager
6: Pneumatikeinheit
7: Pneumatikgehäuse
8: Pneumatikkolben
9: Feder
10: Elektrode
11: Verbindungshülse
12: Zuganker
13: Schraube
14: Stromband
15: Druckluftanschluss
16: Anschlag
17: Abschlussplatte
18: Öffnung
19: genormter Pneumatikzylinder
20: Pneumatikkolben des genormten Pneumatikzylinders
21: Anschlussvorrichtung

Claims

Nachführeinrichtung zum Nachführen einer Schweißelektrode aufweisend – ein äußeres, nach oben mit einer Abschlussplatte (17) verschlossenes Führungsgehäuse (1), – eine vertikal bewegliche, isolierte Kolbenstange (2), die mit einer vertikal wirkenden Druckkraft beaufschlagt wird, – einen verdrehgesichert und vertikal beweglichen Elektrodenhalter (4) mit einer Aufnahme für die Elektrode (10), der am unteren Ende auf der Kolbenstange (2) angebracht ist, – eine Pneumatikeinheit (6) mit einem Pneumatikgehäuse (7), einem darin angeordneten vertikal beweglichen doppelstufigen Pneumatikkolben (8) und einem Druckluftanschluss (15), – eine Verbindungshülse (11), – eine die Verbindungshülse (11) im Durchmesser locker umschließende Feder (9), die sich mit ihrem oberen freien Ende an der Unterseite des Pneumatikkolbens (8) und mit ihrem unteren freien Ende an dem Anschlag (16) abstützt, wobei die Feder (9) durch die Verbindungshülse (11) geführt und über den Pneumatikkolben (8) mit einer vertikal wirkenden Druckkraft beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – das Führungsgehäuse (1) eine innenliegende Führung aufweist, in der die Kolbenstange (2) durch ein erstes Gleitlager (3) geführt wird, – der Elektrodenhalter (4) durch ein zweites Gleitlager (5) auf der Kolbenstange (2) geführt wird, – das Pneumatikgehäuse (7) innerhalb der Kolbenstange (2) an deren unterem Ende angeordnet ist und mit der Kolbenstange (2) formschlüssig verbunden ist, – die Verbindungshülse (11) innerhalb des Pneumatikgehäuses (7) an dessen unterem Ende angebracht ist und an ihrem oberen Ende mit dem Pneumatikkolben (8) verbunden ist, – die Anschlussplatte (17) eine Öffnung (18) aufweist, – die Kolbenstange (2) an ihrem oberen Ende eine Anschlussvorrichtung (21) für eine außerhalb der Nachführeinrichtung liegende Kraftquelle aufweist, über die die Kolbenstange (2) mit einer ersten vertikal wirkenden Druckkraft (F1) beaufschlagbar ist, – die Feder (9) am unteren Ende der Kolbenstange (2) angeordnet ist und mit ihrem unteren freien Ende aus der Kolbenstange (2) herausragt, wobei die Feder (9) mit einer zweiten vertikal wirkenden Druckkraft (F2) beaufschlagbar ist.
Nachführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülse (11) mittels eines Zugankers (12) mit dem Pneumatikkolben (8) verbunden ist.
Nachführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gleitlager (3) und das zweite Gleitlager (5) schmiermittelfrei sind.
Nachführeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schmiermittelfreien Gleitlager (3, 5) als Kunststoff-Gleitbuchsen ausgeführt sind.
Nachführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Kolbenstange (2) vertikal wirkende erste Druckkraft (F1) durch einen beliebig wählbaren, genormten Pneumatikzylinder (19) erzeugt wird.
Nachführeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pneumatikzylinder (19) mit der Abschlussplatte (17) kraftschlüssig verbunden ist.
Nachführeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pneumatikkolben (20) des Pneumatikzylinders (19) durch die Öffnung (18) der Abschlussplatte (17) hindurch in die Anschlussvorrichtung (21) der Kolbenstange (2) eingreift.
Nachführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pneumatikeinheit (6) eine Einstellvorrichtung vorgeschaltet ist, mittels derer die auf die Feder (9) vertikal wirkende zweite Druckkraft (F2) individuell eingestellt wird.
Nachführeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung als Proportionaldruckregelventil ausgeführt ist.
Verfahren zum Verschweißen von miteinander zu verbindenden Werkstücken nach dem Buckelschweißverfahren mittels der Verfahrensschritte: a. Bereitstellen eines Schweißkopfes mit einer Nachführeinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche. b. Zusammenpressen der Werkstücke mit einer auf die Kolbenstange (2) aufgebrachtem, vertikal wirkenden ersten Druckkraft (F1). c1. Bestromung der Elektrode und Beginn des Schweißvorgangs. c2. gleichzeitige Beaufschlagung des Pneumatikkolbens (8) und Spannung der Feder (9) mit einer zweiten Druckkraft (F2). d. Abschmelzen der in mindestens ein Werkstück eingeprägten Schweißbuckel und teilweises Eindrücken in das andere Werkstück. e. Nachsetzen der Elektrode durch Entlastung der Feder während des fortschreitenden Abschmelzens der Schweißbuckel und Verschweißen der Werkstücke. f. Entlastung sämtlicher Kraftquellen.
Verfahren zum Verschweißen von miteinander zu verbindenden Werkstücken nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Kolbenstange (2) vertikal wirkende erste Druckkraft (F1) ausschließlich zur Aufbringung des Anpressdrucks auf die zu verschweißenden Werkstücke dient.
Verfahren zum Verschweißen von miteinander zu verbindenden Werkstücken nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Feder (9) vertikal wirkende zweite Druckkraft (F2) ausschließlich zur Vorspannung der Feder und somit zur Erzeugung des Nachsetzverhaltens verwendet wird.
Verfahren zum Verschweißen von miteinander zu verbindenden Werkstücken nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Feder (9) vertikal wirkende zweite Druckkraft (F2) während des gesamten Schweißvorgangs mittels eines Proportionaldruckregelventils konstant gehalten wird.