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Die Erfindung betrifft eine Schutzgasmenge-Messanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der Druckschrift
DE 103 36 651 A1 ist eine Schutzgas-Schweißanlage bekannt, die eine Vorrichtung zur Messung des Schutzgasdurchflusses an der Schutzgasdüse eines robotergesteuerten Schweißbrenners enthält. Die Vorrichtung ist im Arbeitsbereich des Schweißroboters angeordnet, der den Schweißbrenner zyklisch rechnergesteuert in die Aufnahme des Durchflussmessers einführt.
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Die Gasdüse des Schweißbrenners ist üblicherweise mit einem konisch zulaufenden Vorderteil versehen. Die Aufnahme des Durchflussmessers ist entsprechend mit einem konisch geöffneten Trichter ausgestattet. Aufgrund der zwischen der Gasdüse und der trichterförmigen Aufnahme des Durchflussmessers bestehenden Abhängigkeit sind das Durchflussmesssystem und der Schweißkopf in jedem Einzelfall aufeinander abzustimmen.
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An den Durchflussmesser ist ein elektronischer Sensor zur Messung der Schutzgas-Durchflussmenge angeschlossen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 036 428 A1 ist ein elektro-magnetisch messender Schwebekörper-Durchflussmesser mit elektrischem Ausgangssignal bekannt.
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Die Messung der Schweißgasmenge ist zur Aufrechterhaltung der Qualität einer erzeugten Schweißnaht wesentlich. Bei zu wenig Schutzgas besteht die Gefahr einer mangelhaften Schweißnaht durch Sauerstoffeinschlüsse. Ein zu hoher Schutzgasdurchfluss ist einerseits teuer und kann ebenfalls aufgrund von ungeregelt eingezogenem Sauerstoff zu mangelhaften Schweißnähten führen.
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Wesentlich für eine genaue Durchflussmengen-Messung ist die luftdichte Anlage der Gasdüse des Schweißbrenners in der trichterförmigen Aufnahme des Durchflussmessers. Um das sicherzustellen wird ein Druck auf den Schweißbrenner ausgeübt, der zu Verbiegungen in der Halterung am Roboterarm führen kann, bzw. zum Ansprechen einer automatischen Brennerabschaltung, welche zwischen Roboterarm und Schweißbrenner montiert ist.
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Beim laufenden Schweißvorgang kann es aufgrund von Schweißspritzern aus dem Schweißprozess zu Verschmutzungen am Schweißbrenner, insbesondere in der Gasdüse und an ihrer Außenfläche kommen. Die anhaftenden Schmutzpartikel führen dann trotz eines ausgeübten Andruckes zu Undichtigkeiten zwischen der trichterförmigen Aufnahme des Durchflussmessers und dem Schweißbrenner, so dass das in den Durchflussmesser einströmende Schutzgas auch Luft aus der Umgebung einzieht. Die Durchflussmessung wird ungenau und kann zu Beanstandungen in der Qualität der Schweißnaht führen.
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Aus der Druckschrift
AT 504 964 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schutzgasmessung bekannt. Die Messvorrichtung enthält zumindest einen Sensor zur Messung einer Gaseigenschaft des Schutzgases. Der Sensor ist in der externen Messvorrichtung in einem Abstand zum Brenner positioniert, der dem Abstand des Brenners zum Werkstück bei einem Schweiß Prozess entspricht.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Schutzgasmenge-Messanordnung zu schaffen, die eine luftdichte Aufnahme in der Durchflussmess-Anordnung auch bei mäßiger Verschmutzung der Gasdüse des Schweißbrenners gewährleistet, die unabhängig von der Form der Gasdüse des Schweißbrenners ist, bzw. in einfacher Weise an wechselnde Formen der Gasdüse des Schweißbrenners anpassbar ist. Die Messanordnung sollte außerdem das Ansprechen einer automatisierten Brennerabschaltung, welche zwischen Roboterarm und Schweißbrenner montiert ist, wie auch eine Beschädigung des Schweißbrenners durch Verbiegen verhindern und in der Automobilherstellung mit nach dem Schweißvorgang folgender Lackierung einsetzbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein federnd gelagerter Aufnahme-Topf mit einem Dichtring in seiner Aufnahme-Öffnung. Die Federung des Aufnahme-Topfes kann innerhalb der Messanordnung separat und/oder gemeinsam mit der Messanordnung erfolgen.
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Der Federweg des Aufnahme-Topfes oder der Messanordnung kann einstellbar sein, um den beim Einführen der Gasdüse des Schweißbrenners auf den Aufnahme-Topf ausgeübten Druck der Biegefestigkeit des Schweißbrenners anpassen zu können. Der eingestellte Federweg kann visuell beobachtbar sein, wodurch die Einstellung durch einen Maschinen-Einrichter erleichtert und eine einfache Kontrolle der Funktionsfähigkeit möglich. Dem Federweg kann auch mindestens ein Abstandssensor zugeordnet sein, über den eine automatische Kontrolle möglich ist, ob die Gasdüse des Schweißbrenners auf Druck im Dichtring des Aufnahme-Topfes steht. Selbstverständlich können auch mehrere Abstandssensoren vorgesehen sein, um die Position des Aufnahme-Topfes innerhalb oder außerhalb des gewünschten Federweges automatisch überwachen zu können.
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Der Federlagerung kann ein Drucksensor mit Überlastsicherung zugeordnet sein, um Verbiegungen des Schweißbrenners unabhängig von einer im Roboterarm eingebauten Sicherung verhindern zu können.
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Die Federlagerung kann ein geringes Spiel seitlich zur Einführrichtung der Gasdüse des Schweißbrenners aufweisen, um geringe Kippbewegungen beim Einführen der Gasdüse des Schweißbrenners abweichend von der Achsenrichtung des Aufnahme-Topfes auffangen zu können.
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Der Dichtring kann in der Einführöffnung des Aufnahme-Topfes für unterschiedliche Gasdüsen auswechselbar gehalten sein. Das ermöglicht einerseits eine einfache Austauschbarkeit bei Abnutzung. Außerdem lässt sich seine Einführöffnung in einfacher Weise an die Formgebung der Gasdüse eines Schweißbrenners anpassen. Aufgrund des durch die federnde Lagerung des Aufnahme-Topfes bestehenden Gegendrucks genügt im Allgemeinen eine ringförmige Umschließung der Gasdüse des Schweißbrenners für eine strömungssichere Abdichtung. Durch ein geeignet temperaturbeständig flexibles Material mit einer Shore-Härte 75 +/– 10% kann dieser Effekt noch gesteigert werden. Für den Einsatz der Messanordnung in der Automobilindustrie ist der Dichtring in besonders vorteilhafter Weise aus einem nicht ausgasenden, insbesondere kein Silikon enthaltendem Material gefertigt.
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Der Durchflussmesser wird zweckmäßigerweise an den Aufnahme-Topf über eine flexible Leitung angeschlossen. Vorteilhafterweise enthält der Durchflussmesser eine durchsichtige Röhre, in der durch Strömungsdruck eine Kugel schwebend angehoben wird. Die nach oben notwendigerweise offene Röhre wird zweckmäßigerweise mit eine Abdeckung gegen Einfall von Schmutz gesichert.
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An der Röhre kann ein Sensor höhenverstellbar angeordnet sein, der die Höhe der Kugel detektiert. Der Strömungsdruck und der Sensor werden auf die für den Schweißvorgang notwendige Durchflussmenge eingestellt. Die Einstellung ist visuell beobachtbar. Selbstverständlich können auch zwei oder mehr Sensoren der Röhre zugeordnet sein, um einen Druckbereich oder unterschiedliche Drucke anzeigen zu können.
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Unterhalb des Anschlusses für den Durchflussmesser wird zweckmäßigerweise ein Schmutzpartikel aufnehmendes Reservoir vorgesehen, das nach Entfernen einer Ablass-Schraube geleert werden kann.
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Bei stärkerer Verschmutzung der Gasdüse des Schweißbrenners ist es vorteilhaft, wenn der Messanordnung ein separater Reinigungs-Topf zugeordnet wird, in dem vorzugsweise langgestreckte, senkrecht stehende Bürsten drehbar angeordnet sind, in deren Zentrum der Schweißbrenner vor der robotergesteuerten Einführung in den Aufnahme-Topf ebenfalls robotergesteuert eingeführt werden kann.
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Aufgrund der Länge der zweckmäßigerweise senkrecht oder in einem entsprechenden Winkel stehenden Bürsten können auch größere Flächen eines schwach konusförmigen, bzw. zylindrischen Außenmantels eines Schweißkopfes gereinigt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messanordnung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
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Die in der Zeichnung dargestellte Schutzgasmenge-Messanordnung zeigt im Bereich einer Montageplatte 1 eines nicht weiter dargestellten Gehäuses einen Schweißbrenner 2, der über einen ebenfalls nicht weiter dargestellten Roboterarm gesteuert bewegt wird. Der Schweißbrenner 2 enthält eine Gasdüse 3 zur Ausströmung von Schutzgas.
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Das nicht dargestellte Gehäuse wird zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass seitlich von der Messanordnung abstehende Anschlussteile gegen Abbrechen durch Stoß gesichert, aber über einen offenen Bereich zugänglich und beobachtbar sind.
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Zur Messung der Schutzgasmenge wird der Schweißbrenner 2 in den Dichtring 4 eingeführt, wobei die konusförmige Spitze der Gasdüse 3 des Schweißbrenners 2 in die daran angepasste Öffnung 5 im Dichtring 4 eingedrückt wird.
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Der Dichtring 4 ist in einem Aufnahme-Topf 6 über einen Schraubring 7 gehalten. Nach Entfernen des Schraubringes 7 kann der Dichtring 4 aus seiner Auflage im Aufnahme-Topf 6 entfernt und ausgetauscht werden. Der Rand der Öffnung 5 kann konisch gebrochen oder zylindrisch sein. Er kann auch an der Ober- und Unterseite unterschiedlich sein, so dass durch einfaches Umdrehen in seiner Auflage eine zweifache Nutzung für unterschiedliche Schweißbrenner-Formen möglich ist.
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Da die Gasdüse 3 des Schweißbrenners 2 während des Schweißvorganges heiß wird und die Schutzgasmenge-Messung unmittelbar nach einem Schweißvorgang zyklisch wiederholt wird, muss der Dichtring 4 aus einem temperaturbeständigen, vorzugsweise nicht gasenden, insbesondere silikonfreiem Material bestehen. Zur luftdichten Anlage in der Öffnung 5 auch bei mäßiger äußerer Verschmutzung der Gasdüse 3 ist es vorteilhaft, wenn das Material des Dichtringes 4 außerdem eine gewisse Flexibilität aufweist. Eine Shore-Härte von 75 +/– 10% hat sich als vorteilhaft erwiesen.
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Zur sicheren luftdichten Anlage der Gasdüse 3 in der Öffnung 5 des Dichtringes 4 wird der Schweißbrenner 2 unter Druck in die Öffnung 5 eingeführt.
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Der Aufnahme-Topf 6 ist über eine Spiralfeder 8 auf der Montageplatte 1 gelagert und erzeugt daher beim Einführen des Schweißbrenners 2 in die Öffnung 5 einen Gegendruck. Die Stärke des Gegendrucks ist über den Federweg zwischen dem unteren Rand 9 des Aufnahme-Topfes 6 und der Montageplatte 1 visuell beobachtbar. Die Vorspannung der Spiralfeder 8 kann über eine Schraubmutter 10 unterhalb der Montageplatte 1 eingestellt werden.
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In die Lagerung der Spiralfeder 8 kann ein nicht weiter dargestellter Drucksensor mit Überlastsicherung eingefügt werden. Neben der visuellen Beobachtung des Federweges kann auch ein Abstandsensor 11 dem unteren Rand 9 des Aufnahme-Topfes 6 zugeordnet werden. Anstelle der dargestellten Spiralfeder 8 können auch andere Federelemente, wie Tellerfedern oder Stoßdämpfer vorgesehen sein. Zum Schutz der Federelemente gegen Verschmutzung können diese von einer Hülse umgeben sein.
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Die einstellbare Lagerung des Aufnahme-Topfes 6 in der Montageplatte 1 erlaubt auch leichte Kippbewegungen des Aufnahme-Topfes 6, über die eine nicht genau senkrechte Einführung des Schweißbrenners 2 in die Öffnung 5 ausgeglichen werden kann. Beim Einführen des Schweißbrenners 2 unter Druck kommt es zu einer Reibung zwischen der Außenumfangsfläche der Gasdüse 3 und der Begrenzung der Öffnung 5. Dabei kann ein Abrieb von Schmutzpartikeln am Außenumfang erfolgen. Beim Aufsetzen des Schweißbrenners 2 am Dichtring 4 kann ein Stoß entstehen, durch den im Innern der Gasdüse 3 anhaftende Schmutzpartikel gelöst werden können. Die gelösten Schmutzpartikel fallen in den Aufnahme-Topf 6 hinein und werden von einem Reservoir 12 aufgenommen. Um zu verhindern, dass sich Schmutzpartikel oberhalb des Reservoirs 12 ablagern, ist die Innenwandfläche des Aufnahme-Topfes 6 konisch zulaufend zum Reservoir 12 ausgeführt. Das Reservoir 12 kann über eine Ablassschraube 13 geleert werden.
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Oberhalb des Reservoirs 12 ist ein Ausgang 14 am Aufnahme-Topf 6 zum Anschluss eines die strömende Schutzgasmenge messenden Messrohres 15 vorhanden. Das Messrohr 15 ist ebenfalls auf der Montageplatte 1 angeordnet und über eine flexible, insbesondere aus einem silikonfreien Material bestehenden Leitung 16 mit dem Ausgang am Aufnahme-Topf 6 verbunden, um Auslenkungen als Folge des Federweges des Aufnahme-Topfes 6 ausgleichen zu können. Bei einer federnden Lagerung der Montageplatte 1 kann auch eine starre Leitung 16 vorgesehen sein.
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Das Messrohr 15 ist durchsichtig und mit einer Skala 17 versehen. Durch die Strömung des Schutzgases wird eine Kugel 18 in dem Messrohr 15 sichtbar angehoben. Eine der Soll-Durchflussmenge des Schutzgases entsprechende Höhe der Kugel 18 kann über eine einstellbare Markierung 19 visuell angezeigt werden. Der Markierung 19 kann auch ein die Kugel 18 detektierender Indikator zugeordnet sein, der ein Signal bei Durchlaufen der Kugel 18 abgibt. Selbstverständlich können auch mehrere solcher Markierungen 19 und/oder ihnen zugeordneter Indikatoren zur Anzeige von oberen und unteren Grenzwerten vorgesehen sein.
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Das Messrohr 15 ist oben offen zum Ausströmen des Schutzgases. Um zu verhindern, dass in das Messrohr 15 Fremdpartikel einfallen können, ist die obere Öffnung überdacht.
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Zur Beseitigung stärkerer Verschmutzungen des Schweißbrenners 2 ist auf der Montageplatte 1 neben dem Aufnahme-Topf 6 noch ein Reinigungs-Topf 20 angeordnet. In dem Reinigungs-Topf 20 sind vorzugsweise langgestreckte, aufrecht stehende Bürsten 21 angeordnet, die über einen Motor 22 um die Längsachse des Reinigungs-Topfes 20 rotieren. Der Schweißbrenner 2 wird dann vor der Einführung in den Aufnahme-Topf 6 wahlweise robotergesteuert zunächst in den Reinigungs-Topf 20 eingeführt.
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Die dargestellte Schutzgasmenge-Messanordnung bildet eine gerätemäßige Einheit, die im Arbeitsbereich eines Roboterarmes angeordnet sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Montageplatte
- 2
- Schweißbrenner
- 3
- Gasdüse
- 4
- Dichtring
- 5
- Öffnung im Dichtring
- 6
- Aufnahme-Topf
- 7
- Schraubring
- 8
- Spiralfeder
- 9
- Unterer Rand Aufnahme-Topf
- 10
- Schraubmutter
- 11
- Abstandssensor
- 12
- Reservoir
- 13
- Ablassschraube
- 14
- Ausgang für Durchflussmesser
- 15
- Messrohr
- 16
- Flexible Leitung
- 17
- Skala
- 18
- Kugel
- 19
- Markierung
- 20
- Reinigungs-Topf
- 21
- Bürsten
- 22
- Motor
