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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorschieben eines Drahtes zu einer Schweissstelle gemäß Anspruch 1.
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Stand der Technik
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Hauptanwendungsgebiet von Schweissmaschinen ist das sogenannte Verbindungs- oder Auftragsschweissen. Beim Verbindungsschweissen werden zwei Materialien miteinander verbunden und zwar ohne den Zusatz eines anderen Werkstoffs. Beim Auftragsschweissen dagegen muss Material aufgetragen werden, wobei das Material in der Regel in Form eines Drahtes zugeführt wird.
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Es gibt hauptsächlich zwei Gründe, weshalb Material auf ein Bauteil aufgetragen werden soll. Entweder es ist verschlissen oder es wird eine Materialeigenschaft des Werkstücks soll beeinflusst, z.B. eine höhere Oberflächenhärte erzielt werden. Wenn beispielsweise an einem Presswerkzeug Beschädigungen vorliegen und dadurch beim Produzieren die geforderte Qualität nicht mehr erzielt werden kann, muss entschieden werden, ob eine Reparatur möglich ist oder ein neues Werkzeug benötigt wird. Häufig ist eine komplette Neuanfertigung des Werkzeugs sehr kosten- und zeitaufwändig, weshalb die Reparatur bevorzugt wird. Das fehlende Material kann durch Schweissen wieder aufgetragen werden, wobei dies entweder durch konventionelles Schweissen oder Laserschweissen erfolgt. Der Nachteil bei der Reparatur durch konventionelles Schweissen liegt allerdings darin, dass zum einen die hohe Wärme, die in das Material eingebracht wird, die Härte beeinflusst und zum anderen Verunreinigungen, die beim Schweissen in das Material eingebracht werden, für keine saubere Oberfläche sorgen. Anschliessend ist meist eine Nacharbeit erforderlich, um das Werkzeug wieder in die geforderte Kontur zu bringen. Wird die Reparatur allerdings mit dem Laserschweissverfahren durchgeführt, kann, ohne hohen Wärmeintrag, punktuell an der beschädigten Stelle ausgebessert werden. Gleichzeitig ist durch das im Verhältnis zum konventionellen Schweissverfahren filigrane Verfahren mit dem Laser eine viel geringere Nacharbeit erforderlich, da nur im Bereich der Fehlstelle gearbeitet wird.
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Der zweite Grund, weshalb Material aufgeschweisst werden soll, ist das Erreichen einer härteren Oberfläche. Dadurch kann der Grundkörper des Bauteils aus einem leicht zu bearbeitenden Material bestehen, und nur die entsprechende Stelle wird durch Auftragsschweissen für hohe Beanspruchungen präpariert. So ist ein Bearbeiten des Grundkörpers mit konventionellen Fertigungsmethoden möglich, wodurch auf den Einsatz von Sonderwerkzeugen verzichtet werden kann, was wiederum zur Kostensenkung führt.
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Beim Auftragsschweissen wird, wie oben erwähnt, zusätzliches Material in Form eines meist runden Drahtes als Füllwerkstoff auf einen Grundkörper aufgebracht. Dabei wird zunächst die Stelle, an der das Material aufgetragen werden soll, im Sichtbereit einer Optik angefahren. Als nächstes muss der Fokus des Laserstrahls auf die Oberfläche des Grundkörpers eingestellt und in der Software des Lasers die für den Werkstoff erforderlichen Parameter eingegeben werden. Die genauen Parameter für das jeweilige Material sind in der Regel Erfahrungswerte, die über das langjährige Arbeiten mit dem Laser gesammelt wurden.
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Drähte mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,5 mm sind im Vergleich zu Drähten mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,1 mm oder 0,2 mm sehr stabil und leicht zu führen. Der Draht schmiegt sich beim Anpressen auf das Werkstück sehr gut an der Oberfläche an und kann dadurch leicht positioniert werden. Der Draht muss die Werkstückoberfläche berühren und genau auf den Laserstrahl ausgerichtet sein, ansonsten bildet sich eine Kugel an der Drahtspitze, die ein erneutes Anlegen erschwert und speziell bei automatisierten Schweissprozessen eine grosse Unsicherheit darstellt. Die Drahtzufuhr spielt somit beim Auftragsschweissen eine wichtige Rolle.
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Meist erfolgt die Drahtzufuhr per Hand. Dies ermöglicht zum einen ständige Korrekturen während dem Prozess, und auch komplexe Konturen sind sehr leicht abzubilden. Auch kann bei dem Arbeiten mit der Hand leicht auf die unterschiedlichen Drahtstärken und die damit einhergehenden Änderungen der Drahtstabilität reagiert werden. Für Kleinserien oder Einzelteile ist dies die schnellste Variante, um Material aufzutragen. Sobald allerdings grössere Stückzahlen oder sehr viel Material aufgebracht werden muss, ist das Zuführen per Hand nicht mehr rentabel.
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Aus der
DE 20 2017 101 951 U1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Laserschweissen mit einem Zusatzwerkstoff in Form eines Schweissdrahtes bekannt. Dabei wird der Schweissdraht von einer Vorratsrolle bei Betrieb des Schweissroboters mittels einer vorratsseitigen Vorschubantriebseinheit und einer bearbeitungsseitigen Vorschubantriebseinheit kontinuierliche abgewickelt und in einer in Drahtlängsrichtung verlaufenden Vorschubeinrichtung bewegt und dadurch gegenüber der Schweissstelle und dem an der Schweissstelle auf das Werkstück gerichteten Laserschweissstrahl zugestellt. Die Führung des Schweissdrahtes zwischen den beiden Rollen ist sehr ungenau und es besteht häufig die Gefahr, dass der Schweissdraht aus den Rollen springt. Dies gilt vor allem dann, wenn der Schweissdraht nicht nur zugeführt, sondern auch zurückgezogen wird.
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Aus der
DE 10 2011 054 127 A1 ist ein Verfahren zum Vorschieben von Schweissdraht zu einer Arbeitsstelle bekannt, wobei der Draht durch zwei Rollenpaare geführt wird, die mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit betrieben werden. Hierdurch kann die Geschwindigkeit des Drahtvorschubs auf ein benötigtes Mass eingestellt werden.
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Aus der
US 2014/0263533 A1 , der
US 6 557 742 B1 und der
WO 98/26895 A1 sind jeweils Vorrichtungen zum Vorschieben eines Drahtes zu einer Schweissstelle bekannt, wobei der Draht zwischen zwei Rollen eingeführt ist. Die beiden Rollen drehen zum Bewegen des Drahtes gegenläufig. Ferner ist einer Rolle ein Antrieb zugeordnet.
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Aus der
DE 10 2014 225 991 A1 sind ebenfalls Schweissdrahtförderrollen zum Fördern eines Schweissdrahts bekannt. Diese weisen eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Aufnahmezapfens und eine Lauffläche für den Schweissdraht auf. Zur Erzielung verbesserter Fördereigenschaften auch bei unterschiedlichen Schweissdrähten ist zwischen der Lauffläche und der Aufnahme der Schweissdrahtförderrollen ein in radialer Richtung elastisch verformbarer Bereich angeordnet.
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Aufgabe
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorschubeinrichtung zu schaffen, die ein präzises Fördern von insbesondere dünnen Drähten erlaubt und das Einführen des Drahtes in die Fördereinheit wesentlich erleichtert.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
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D. h., dass in einem einfachen Ausführungsbeispiel der Erfindung nur zwei Rollen zusammenwirken, wobei zumindest eine Rolle so flexibel ausgestaltet ist, dass sie beim Einführen des Drahtes zwischen beide Rollen eine kontrollierte Kippbewegung ausführt. Im Rahmen der Erfindung liegt natürlich auch, dass beide Rollen flexibel ausgestaltet sind und beide Rollen auch eine kontrollierte Kippbewegung ausführen können. Die Kippbewegung geschieht gegen eine Vorspannkraft, die zumindest auf eine Achse einer Rolle einwirkt. Hierzu ist zumindest einer Rolle ein entsprechendes Element zugeordnet, mit dem diese Vorspannkraft hergestellt werden kann. Beispielsweise könnte dieses Element aus einem geeigneten Elastomer bestehen, welches auf die Achse der Rolle einwirkt. Hier sind viele Möglichkeiten denkbar und sollen von der Erfindung umfasst sein.
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Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel soll die Vorspannkraft durch ein metallisches Element erzeugt werden, welches eine gewisse Federkraft auf zumindest eine Rolle überträgt. Hier weisen die Rollen, um diese Kippbewegung zu ermöglichen, eine bestimmte Ausgestaltung auf.
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Jede Rolle besteht aus einem Innen- und einem Aussenring. Verbunden werden diese beiden Ringe durch das Bodenblech bzw. das Deckelblech. Dabei handelt es sich um ein dünnes Blech, welches als Federelement wirkt. Bei der Rolle, die erfindungsgemäss flexibel ausgestaltet ist, wird ein Blech weggelassen und zwar bevorzugt jenes Blech, welches sich nahe der Drahtführung befindet und gemäss der Definition der vorliegenden Erfindung als Deckelscheibe bezeichnet wird. Das von der Drahtführung ferne Blech wird als Bodenscheibe bezeichnet. Wird das Deckelblech weggelassen, so kann der Aussenring eine Kippbewegung ausführen, mit der eine Drahtklemmung hergestellt werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auch daran gedacht, dass zur Erzielung einer besseren Flexibilität der Rolle die Scheibe mit Durchbrüchen versehen ist. Beispielsweise könnten dies speichenartige Durchbrüche sein, was die Federung der Rolle verbessert.
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Das Einsetzen in und das Verbinden der Scheiben mit Innenring und Aussenring erfolgt dadurch, dass in den jeweiligen Stirnkanten der Ringe Vertiefungen bzw. Erhöhungen vorgesehen sind, so dass die Scheibe mit den Stirnkanten von Innenring und Aussenring in etwa in einer Ebene liegt. Dies ist aber nur eine Möglichkeit. Im Rahmen der Erfindung liegen auch andere Möglichkeiten, zum Beispiel können die Scheiben auch plan den Stirnkanten von Innenring und/oder Außenring anliegen oder das Ganze kann auch als ein einziges Teil aus dem Vollen gearbeitet sein.
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Der Draht selbst wird auf zumindest einer, bevorzugt auf zwei sich gegenüberliegenden konkav ausgestalteten Führungsflächen zwischen den zwei Rollen geführt. Dabei besitzt der Radius der konkaven Führungsfläche eine Größe, die einem Mehrfachen des Radius des geförderten Drahtes entspricht. Im Ruhezustand des Drahtvorschubs ohne eingeführten Draht ist die flexible Rolle geringfügig gegenüber der anderen Rolle nach unten versetzt angeordnet. D.h., dass die beiden konkaven Führungsflächen nicht miteinander kongruieren. Wird der Draht dann eingeführt, kippt die flexible Rolle und zwar soweit, bis die beiden konkaven Führungsflächen übereinstimmen und den Draht etwa mittig zwischen sich halten. Durch ihre konkave Ausgestaltung und die Klemmwirkung der flexiblen Rolle wird der Draht auch immer auf die inneren Scheitel der konkaven Führungsfläche zurückgedrückt und so präzise ausgerichtet.
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Durch die flexiblen Rollen ist kein exaktes Einfädeln notwendig. Der Draht muss lediglich in die grobe Richtung gebracht werden, so dass er den Weg zwischen die Rollen findet und beim Verklemmen eingezogen wird. Das Ziel dieser Führung ist es, ohne grossen Platzaufwand ein Modul zu haben, welches leicht zu montieren und demontieren ist, um ein Austauschen der Rollen zu ermöglichen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dem Rollenpaar mit der Antriebsrolle noch nachfolgend oder vorlaufend ein weiteres Rollenpaar zugeordnet, welches zum einen die Führung des Drahtes verbessert, zum anderen kann diesem Passivrollenpaar ein Encoder zugeordnet sein, da gewährleistet sein muss, dass der Draht von den Antriebsrollen wie angesteuert gefördert wird. Bei diesem Messsystem ist eine absolute Position für die Anwendung nicht notwendig, lediglich eine Richtungs- und Wegerkennung sollte an dem Messsystem vorhanden sein.
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Zusätzlich kann auch noch daran gedacht werden, den Draht durch einen Einlass zwischen das Antriebsrollenpaar einzuführen. In diesem Fall ist dann nachfolgend auch ein Auslass in Richtung der Schweissstelle vorhanden.
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Zum Antrieb der Antriebsrolle können im Rahmen der Erfindung beliebige Antriebe vorgesehen sein. Nur beispielhaft ist an einen Schrittmotor gedacht, wobei die Motorwelle auch über eine flache Seite verfügt, die dafür sorgt, dass das Moment des Motors sicher auf den Innenring übertragen werden kann und zwar ohne ein Rutschen. Die übrigen Innenringe, vor allem der Passivrollen sollen dagegen lediglich durch Madenschrauben auf den entsprechenden Wellen festgelegt werden. Die Festlegung kann natürlich auch auf beliebige andere Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch Klemmen oder sogar auch durch ein Aufkleben, wodurch möglicherweise der Rundlauf verbessert wird, da keine Exzentrizität vorhanden ist.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Laserschweissanlage mit vier erfindungsgemässen Vorrichtungen zum Verschieben eines Drahtes zu einer Schweissstelle;
- 2 eine perspektivische Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Verschieben eines Drahtes zu einer Schweissstelle;
- 3 eine weitere perspektivische Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Verschieben eines Drahtes zu einer Schweissstelle;
- 4 einen Querschnitt durch ein Rollenpaar zum Vorschieben eines Drahtes zu einer Schweissstelle;
- 5 einen Querschnitt des Rollenpaars gemäss 4 in einer weiteren Gebrauchslage;
- 6 einen Querschnitt durch eine Rolle entsprechend den 4 und 5;
- 7 eine perspektivische Ansicht von Teilen einer Rolle eines Rollenpaars gemäss den 4 bis 6;
- 8 eine perspektivische Draufsicht auf eine Rolle in Zusammenbaulage;
- 9 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Scheibe.
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Gemäss 1 ist ein Schweisskopf 1 einer Laserschweissmaschine angedeutet, um dessen Optik vier erfindungsgemässe Vorrichtungen 2.1 bis 2.4 zum Verschieben eines Drahtes zu einer Schweissstelle angeordnet sind. Ein entsprechend hier nicht gezeigter Schweissdraht wird durch jeweils einen Schlauch 3, Röhrchen oder dergleichen zu einem Schweisspunkt 4 geführt. Der Schweisskopf 1 wird in eine vorgegebene Richtung bewegt. Da der Draht immer von vorne zugeführt werden muss, ist die Richtungsfreiheit beim Verwenden von nur einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Verschieben des Drahtes zu einer Schweissstelle sehr eingeschränkt. Wenn aber vier derartige Vorrichtungen um die Optik positioniert werden, kann für jede Verfahrrichtung der entsprechende Antrieb aktiviert werden, um den Draht immer von der gewünschten Richtung her der Schweissung zuzuführen. Hierdurch ist beispielsweise das Aufschweissen jeglicher Kontur ermöglicht. Auch die Wahl von vier Vorrichtungen zum Verschieben des Drahtes ist nur beispielhaft, im Minimum erscheinen zumindest zwei Vorrichtungen vorteilhaft, angedacht sind sogar bis zu sechs Vorrichtungen.
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Gemäss den 2 und 3 weist jede erfindungsgemässe Vorrichtung 2 zum Verschieben eines Drahtes zu einer Schweissstelle eine Grundplatte 5 auf, auf der zwei Rollenpaare 6.1, 6.2 bzw. 7.1, 7.2 angeordnet sind. Die Rolle 6.1 wird dabei von einem Antrieb 8.1 andererseits der Grundplatte 5 angetrieben. Die Rolle 6.2 wirkt mit der Rolle 6.1 zusammen und weist ebenfalls einen Antrieb 8.2 (siehe 3) auf. Auch die Anzahl der Rollen und Rollenpaare ist nur beispielhaft.
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Die Rollen 7.1 und 7.2 sind antriebslos und werden durch den Draht bewegt, weshalb sie auch als Passivrollen bezeichnet werden. Der Passivrolle 7.1 ist dabei noch ein Drehgeber bzw. Encoder 9 zugeordnet, der auf einer Welle 10 und an einer Lagerbücke 11 angeordnet ist, welche wiederum die Grundplatte 5 unterfängt. Die Rolle 7.2 ist ebenfalls eine Passivrolle. Der Encoder bzw. Drehgeber gewährleistet, dass der Draht von den Antriebsrollen 6.1 bzw. 6.2, wie angesteuert, gefördert wird. Die absolute Position ist für diese Anwendung nicht notwendig, lediglich eine Richtungs- und Wegerkennung sollte an dem Messsystem vorhanden sein.
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Gemäss den 4 bis 8 besteht zumindest eine der Antriebsrollen 6.1 bzw. 6.2 aus einem Innenring 12 und einem Aussenring 13. Beide Ringe 12 und 13 werden durch Scheiben 14 gemäss den 4, 5 und 8 miteinander verbunden. Diese Scheiben 14 sitzen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils in einer ringförmigen Vertiefung 15 nahe einer oberen oder unteren Randkante 16 des Aussenrings 13 und können dort mit dem Aussenring 13 verschweisst sein. Der Innenring 12 bildet durch einen über eine obere oder untere Randkante 17 überstehenden Flansch 18 ebenfalls ein Auflager für die Scheibe 14 und kann auch dort durch Schweissen mit der Scheibe 14 verbunden werden.
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Nachfolgend werden die Scheiben 14 aufgeteilt in Deckelscheiben 14.1 und Bodenscheiben 14.2. Die Deckelscheiben 14.1 schliessen die jeweilige Rolle nach oben hin ab und befinden sich somit in etwa auf der Höhe einer Umfangsnut 20.1 bzw. 20.2, welche als Führungsfläche für den Draht 19 dient. Die Bodenscheiben 14.2 schliessen die Rollen nach unten hin ab.
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In 4 und 5 ist erkennbar, dass bei der Rolle 6.1 sowohl eine Deckelscheiben 14.1 als auch eine Bodenscheibe 14.2 vorgesehen ist. Damit ist diese Rolle 6.1 nicht flexibel ausgestaltet. Bei der Rolle 6.2 fehlt dagegen die Deckelscheiben 14.1, so dass sich diese Rolle 6.2 entsprechend der Darstellung in 5 bewegen kann. Diese Bewegung oder Auslenkung dient der Führung des Schweissdrahtes 19 und insbesondere seines Antriebs durch entsprechende Friktion.
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Es soll hier nochmals darauf hingewiesen werden, dass natürlich jede andere Herstellungsart der Antriebsrollen 6.1 bzw. 6.2 im Rahmen der Erfindung liegt. Dies geht soweit, dass die Antriebsrollen ganz oder teilweise auch aus dem Vollen gedreht werden. Auch könnten sie im Metallpulver-Spritzgussverfahren (MIM) hergestellt werden. Denkbar ist auch ein topfförmiger Außenring 13, in den der Innenring 12 eingesetzt wird.
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Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird anhand der 4, 5 und 6 näher erläutert:
- In Ausgangslage befinden sich die Rollen 6.1 und 6.2 in der in 4 gezeigten Anordnung, in der die beiden konkav ausgebildeten Umfangsnuten 20.1 und 20.2 nicht übereinstimmen. Jetzt wird der Schweissdraht 19 durch einen gemäss 2 einem Auslass 21 gegenüberliegenden, nicht näher gezeigten Einlass den Rollenpaaren 6.1, 6.2 bzw. 7.1, 7.2 zugeführt. Da der Durchmesser des Schweissdrahtes 19 grösser ist als der in 4 gezeigte Abstand zwischen den beiden konkaven Umfangsnuten 20.1 und 20.2, muss die Rolle 6.2 ausweichen, was dadurch geschieht, dass sich die Bodenscheibe 14.2 verformt. Hierdurch wird aber gleichzeitig eine erhebliche Vorspannung für den Schweissdraht 19 erzeugt und bei Führung des Schweissdrahtes 19 auch aufrechterhalten, wobei die konkaven Umfangsnuten 20.1 und 20.2 jetzt miteinander harmonisieren. Damit die entsprechende Bodenscheibe 14.2 genügend Bewegungsfreiheit hat, ist die Vertiefung 15 so ausgebildet, dass die Bodenscheibe 14.2 einen Abstand a vom Boden der Vertiefung 15 aufweist.
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In 9 ist gezeigt, dass die Scheibe 14.1/14.2 auch speichenartig ausgestaltet werden kann, so dass die Verformbarkeit dieser Scheibe erhöht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schweissko pf
- 2
- Vorrichtung
- 3
- Schlauch Röhrchen
- 4
- Schweisspunkt
- 5
- Grundplatte
- 6
- Rollenpaar
- 7
- Rollenpaar
- 8
- Antrieb
- 9
- Encoder
- 10
- Welle
- 11
- Lagerbrücke
- 12
- Innenring
- 13
- Aussenring
- 14
- Scheibe
- 15
- Vertiefung
- 16
- Randkante
- 17
- Randkante
- 18
- Flansch
- 19
- Schweissdraht
- 20
- Umfangsnut
- 21
- Auslass
- a
- Abstand
