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Die Erfindung betrifft eine Schweißbadsicherung zum Verschweißen von rohrförmigen Teilen, insbesondere Guss- oder Schmiedeteilen bzw. Rohren, wobei die Schweißbadsicherung als Ring ausgeführt ist, dessen Außendurchmesser an den Innendurchmesser wenigstens eines der zu verschweißenden rohrförmigen Teile angepasst ist, .
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Im Maschinenbau werden unterschiedliche Werkstückteile mittels Fügeverfahren fest miteinander verbunden. Je nach Bauteileart kommen hier unterschiedliche Schweißverfahren zur Anwendung. Beispielsweise können Werkteile an ihren Stirnseiten über Stumpfnähte miteinander verschweißt werden. Hierbei wird die Fuge zwischen den Bauteilen mit Schweißgut aufgefüllt, um beide Bauteile miteinander zu verschweißen. Gerade im Kranbau sind qualitativ hochwertige Schweißverbindungen erforderlich. Beispielhaft sei hier auf das Anschweißen sogenannter Finger- oder Gabelelemente an einem Gitterstück für den Kranbau verwiesen. Die Finger- und Gabelelemente weisen rohrförmige Anschlussteile auf, die stirnseitig mit der Stirnkante eines Gurtrohres des Gitterstückes verschweißt werden.
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Vor dem Schweißvorgang werden die Rohrteile mit ihren Stirnkanten so zu einander positioniert, dass zwischen den Stirnkanten ein ausreichend großer Spalt gebildet wird, der dann während des Schweißvorgangs mit Schweißgut aufgefüllt wird. Um den Eintritt von Schweißgut in den Rohrhohlraum zu vermeiden, wird üblicherweise eine Schweißbadsicherung eingesetzt, die bekanntermaßen als Ring ausgestaltet ist und an der Rohrinnenwand im Bereich der Verbindungsstelle zur Abdeckung des Spaltes anliegt. Wichtig ist hier die genaue Anpassung des Außendurchmessers der Schweißbadsicherung an den Innendurchmesser der Rohrteile.
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Erschwert wird die Abstimmung der Schweißbadsicherung auf die Rohrteile jedoch durch das Auftreten fertigungsbedingter Toleranzen (Toleranzen im Halbzeug = Rohmaterial Rohr - Durchmesser-, Wandstärken- und Unrundheitstoleranzen - durch die Fertigung wird nur die Rohrlänge und der Schnittwinkel beeinflusst, was hier aber eine untergeordnete Rolle spielt) der Rohrteile, so dass es hier zu Abweichungen kommen kann, die dann händisch durch den Schweißer während des Schweißvorgangs ausgeglichen werden müssen. Im Zuge der voranschreitenden Automatisierung ist jedoch ein vollautomatischer Schweißvorgang wünschenswert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine geeignete Schweißbadsicherung aufzuzeigen, mittels der die zuvor genannte Problematik nicht auftritt oder aber überwunden werden kann, um damit die Grundlage für einen vollautomatischen Schweißvorgang zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einer Schweißbadsicherung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schweißbadsicherung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
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Ausgehend von einer gattungsgemäßen Schweißbadsicherung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, diese um wenigstens eine auf ihrer Umfangsfläche umlaufende Profilerhebung zu ergänzen. Vor dem eigentlichen Schweißvorgang wird die Schweißbadsicherung in die jeweiligen Öffnungen der zu verschweißenden Rohrteile eingesetzt, bis die jeweiligen Stirnkanten an der Profilerhebung anstoßen. Die Spaltbreite wird demzufolge durch die im Spalt liegende Profilerhebung definiert. Mit der erfindungsgemäßen Profilerhebung lassen sich demzufolge Toleranzabweichungen beim Rohrdurchmesser der zu verschweißenden Bauteile ausgleichen, denn zu große Durchmesserabweichungen werden durch die Profilerhebung abgedeckt. Eine manuelle Nachjustierung der Profilteile zueinander während des Schweißvorgangs ist nun nicht mehr notwendig und der Schweißvorgang kann vollautomatisiert ablaufen.
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Die Schweißbadsicherung dient bspw. zum Verschweißen von Rohren bzw. zum stirnseitigeb Anschweißen von Guß- oder Schmiedeteilen an Rohren. Nachfolgend wird allgemein von Rohrteilen bzw. rohrförmigen Teilen gesprochen.
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Ein weiterer Vorteil der Schweißbadsicherung liegt darin, dass die vorgesehene Erhebung zugleich als Positioniermittel beim Zusammenführen der Bauteile dient. Hierbei kann die Erhebung bspw. einen Abstandshalter zwischen den Stirnkanten der Rohrteile bilden. Die Erhebung muss aber nicht zwingend ein Abstandshalter sein, denn die beiden Teile (bspw. Gurtrohr und Schmiede-/Gussteil) müssen nicht so weit zusammengeführt werden bis beide zu fügenden Teile an der Nocke anliegen. Bevorzugt wird nur ein Rohrteil, insbesondere die ungenauere Rohrseite soweit an bzw. auf die Erhebung geschoben, bis annähernd kein Spalt mehr vorliegt.
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Von Vorteil ist eine mit Bezug zur Ringbreite mittige Anordnung der Erhebung, sodass die Schweißbadsicherung flächenmäßig zu etwa gleichen Teilen innerhalb der beiden Rohrteile anliegt. Die exakte mittige Anordnung der Erhebung ist jedoch nicht zwingend notwendig.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Erhebung nicht durch eine sprungartige Außendurchmesservergrößerung gebildet ist, sondern stattdessen ein gemäßigter, insbesondere stetiger Anstieg des Außendurchmessers vorliegt. Bspw. ist die Erhebung konusförmig ausgestaltet. Dadurch können die Rohrteile auf die Steigung der Erhebung soweit aufgeschoben werden, bis der Außendurchmesser der Erhebung an der Innenwand des jeweiligen Rohrteils anliegt. Bevorzugt wird wenigstens ein Rohrteil, insbesondere die ungenauere Rohrseite, soweit auf die Erhebung geschoben, bis annähernd kein Spalt mehr zwischen Erhebung und Rohrinnenwand vorliegt.
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Der Schweißspalt zwischen den Rohrteilen wird beispielsweise bestmöglich auf 4mm umgesetzt, somit ist die eine Seite der Nocke immer freiliegend. Ein Vorteil ist jedoch, dass über den Einbau/Fügung des Rohrs auf der schrägen Fläche/Konus der Nocke dieses Rohrteil zentriert wird und somit ein unerwünschter Kantenversatz weitgehend minimiert bzw. verhindert wird.
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Beispielsweise kann die Erhebung zumindest einseitig eine direkt proportionale Steigung aufweisen. Möglich ist eine symmetrische Ausgestaltung der Erhebung, d.h. mit beidseitig identischer Steigung. Alternativ kann auch eine asymmetrische Ausgestaltung vorgesehen sein. In diesem Fall kann eine Seite eine proportionale Steigung vorsehen, während die gegenüberliegende Steigung eine geringere oder größere Steigung aufweist, idealerweise mit einem Betrag im Bereich von 0,4 und 0,6 oder etwa 0,5.
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Bei asymmetrischer Gestaltung der Erhebung kann das Maximum der Erhebung außermittig liegen, der Übergang zur ebenen Ringfläche zur Steigung kann jedoch im gleichen Abstand zur jeweiligen Ringkante der Schweißbadsicherung liegen.
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Gemäß einer alternativen Ausführung kann die Profilerhebung auch rund mit runden Flanken sein. Insbesondere bildet diese im Querschnitt eine Halbkugel. Möglich ist auch eine trapezförmige Ausführung bei dieser die ansteigenden Flanken nicht spitz zusammen laufen, sondern über eine flache Ebene verbunden sind. Die Trapezform kann gebrochene Kanten aufweisen. Möglich ist auch eine Kombination aus den vorgenannten Profilformen. Generell ist jede Profilerhebung mit konischen Flächen sinnvoll, deren Flanken rund oder geradlinig sein können.
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Gemäß einer Ausführung kann die Schweißbadsicherung wenigstens zwei, parallele umlaufende Profilerhebungen vorsehen. Eine solche Ausführung ist insbesondere für das Verschweißen von Rohr-Rohr-Verbindungen sinnvoll. Dies gilt ebenfalls für eine trapezförmige Ausführung der Profilerhebung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Schweißbadsicherung ist diese zum Schweißen an Gitterteilen einer Baumaschine geeignet, insbesondere eines Krans. Idealerweise ist die Schweißbadsicherung dafür ausgelegt, wenigstens ein Finger- oder Gabelelemente an einem Gurtrohr des Gitterstückes anzuschweißen.
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Neben der erfindungsgemäßen Schweißbadsicherung betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein geschweißtes Guss- oder Schmiedeteile, insbesondere ein Gitterstück für einen Kran, welches wenigstens eine Schweißverbindung umfasst, die mittels der erfindungsgemäßen Schweißbadsicherung erstellt wurde. Erkennbar ist dies insbesondere daran, dass die Schweißbadsicherung nach dem Verschweißen an der Innenwandung der verschweißten Rohrteile verbleibt. Es ist auch möglich, dass am bearbeiteten Schmiedeteil die Schweißbadsicherung enthalten ist, d.h. kein separates Bauteil ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Schweißen von rohrförmigen Guss- oder Schmiedeteilen mit wenigstens einer Schweißbadsicherung gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung. Für den Schweißvorgang wird eine solche Schweißbadsicherung in die jeweiligen Rohröffnungen der zu verschweißenden Rohrenden eingesetzt. Dadurch wird die Schweißfuge, d.h. das Schweißbad nach innen zum Rohrinnenraum verschlossen. Unerwünschte Durchmesserabweichungen der Rohrteile innerhalb von Normwerten oder gar Abweichungen von der Norm, auf diese die Schweißbadsicherung ausgelegt ist, lassen sich durch die Profilerhebung der Schweißbadsicherung ausgleichen, indem die Rohrteile soweit wie möglich auf die Profilerhebung aufgeschoben werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird als Schweißverfahren ein sogenanntes CMT-Schweißverfahren („cold metal transfer“) eingesetzt, das eine Weiterentwicklung des bekannten MIG/MAG-Schweißens darstellt.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgen anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Schweißbadsicherung,
- 2: eine Schnittdarstellung der Schweißbadsicherung in einer radialen Schnittebene,
- 3: eine Detailansicht eines Ausschnitts aus 2,
- 4: eine Schnittdarstellung durch eine verschweißte Verbindung zwischen Gitterstück und Gabelelement,
- 5a, 5b: die Schnittdarstellung aus 4 in perspektivischer Ansicht und einer Seitenansicht,
- 6a-6d: unterschiedliche Formvarianten der Erhebung und
- 7: eine Schnittdarstellung durch eine verschweißte Verbindung zwischen Gitterstück und Gabelelement gemäß einer alternativen Ausführung.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Schweißbadsicherung 10 in Form eines Metallrings. Auf der Umfangsfläche befindet sich eine umlaufende Erhebung 11, die den Außenumfang des Ringes 10 in zwei Teilflächen 12, 13 aufteilt, deren Außendurchmesser 12a, 13a an den jeweiligen Innendurchmesser der zu verschweißenden Rohrelemente 21, 22, 23 angepasst sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 4 dient die Schweißbadsicherung 10 zum Anschweißen der Gabel 21 bzw. des Fingers 23 an das Gurtrohr 22 des Gitterstückes 20 für einen Kran. Der Einfachheit wird nachfolgend nunmehr Bezug auf das Anschweißen des Gabelelementes 21 Bezug genommen, die Ausführungen gelten jedoch genauso für die Verbindung des Fingers 23 mit dem Gurtrohr 22.
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Die Teilfläche 12 wird in die Rohröffnung des Gabelelementes 21 eingeschoben, d.h. der Durchmesser 12a ist an den Innendurchmesser des Gabelelements 21 angepasst. Die Teilfläche 13 wird in die Öffnung des Gurtrohres 22 eingeschoben. Der an den Innendurchmesser des Gurtrohres 22 angepasste Durchmesser 13a ist zudem geringfügig kleiner.
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Die gebildete Erhebung 11 weist die in der Detaildarstellung „I“ gemäß 3 verdeutlichte Profilform auf, die sich ausgehend von der Teilfläche 12 konusartig mit stetigem, nahezu proportionalen Anstieg erhebt und den Außendurchmesser der Schweißbadsicherung bis zum Maximum 11a vergrößert. Die von der Teilfläche 13 ausgehende Steigung ist betragsmäßig kleiner, ungefähr halb so groß. Die beiden Steigungen laufen zudem im Maximum 11a spitz zusammen. Die Stirnkanten der Schweißbadsicherung 10 sind um den Winkel α gegenüber der Umfangsfläche abgewinkelt, dieser im Wertebereich zwischen 10° bis 20°, idealerweise bei 15° liegen kann.
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Den Einsatz der erfindungsgemäßen Schweißbadsicherung 10 kann man in den Darstellungen der 4, 5 erkennen. In 4 ist ein Gitterstück 20 für einen Kranausleger gezeigt. Endseitig an den vier Gurtrohren 22 wird jeweils ein Gabelals auch Fingerelement 21, 23 mit Hilfe der Schweißbadsicherung 10 angeschweißt. Die Schnittdarstellung der 5a, 5b zeigen die innen anliegende Schweißbadsicherung 10 im Verbindungsbereich.
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Die Erhebung 11 dient nicht nur als Positionierhilfe beim Zusammensetzen der beiden Gussteile 21(23), 22, sondern auch als Ausgleichsmittel, um etwa Abweichungen der Durchmesser 12a, 13a vom Innendurchmesser des Gabelelementes 21 bzw. des Fingerelementes 23 oder der Gurtrohre 22 auszugleichen.
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Die Erhebung 11 muss nicht die in den 1 bis 5 dargestellte Profilform aufweisen. Die Erhebung 11 kann auch mit Halbkreisprofil (s. 6a), d.h. mit runder Profilform oder auch trapezförmig (s. 6d) ausgeführt sein. Letztere zeigt im Querschnitt bspw. zwei geradlinige, stetig ansteigende Flanken, die über eine flache Ebene miteinander verbunden sind. Denkbar ist auch eine Kombination der beiden Varianten gemäß 6a und 6d, wie in 6b gezeigt. Die dort abgebildete Erhebung 11 zeigt eine linke geradlinig ansteigende Flanke, die mit einer runden rechten Erhebungsflanke verbunden ist.
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Auch kann die Schweißbadsicherung 10 mehr als eine Erhebung 11 aufweisen. 6c zeigt exemplarisch eine Ausführung mit zwei parallel verlaufenden Erhebungen 11, 11', deren jeweilige Profilform entweder gemäß den 1 bis 5 oder aber gemäß einer der Varianten gemäß 6a, 6b oder 6d ausgestaltet sein kann. Erkennbar in der Version gemäß 6c ist, dass die voneinander abgewandten Flanken der der Erhebungen eine geringer Steigung vorsehen als die unmittelbar benachbarten Flanken der Erhebungen 11, 11'. Eine solche Ausführung gemäß 6c eignet sich insbesondere zum Schweißen einer Rohr-RohrVerbindung. Auch die Ausführung gemäß 6d ist hierfür besonders geeignet.
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Wie bereits vorstehend bereits angedeutet wurde, muss die Schweißbadsicherung nicht zwingend ein separates Bauteil sein, sondern könnte stattdessen auch Bestandteil eines der rohrförmigen Guss- oder Schmiedeteile 21, 22, 23 sein, d.h. am Guss- oder Schmiedeteil könnte direkt eine solche Erhebung 11 angedreht sein, wie dies exemplarisch für das Gabelelement 23 der 7 gezeigt ist.
