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Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung für Rohrrundnähte mit
einem längs des Rohrumfanges mit konstanter Geschwindigkeit antreibbaren Schweißkopf,
der quer zur Schweißfuge bewegbar gelagert ist und mittels eines in seiner Hubhöhe
einstellbaren Exzenters oszillierend von einer Seite der Schweißfuge zur anderen
geführt wird.
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Bei derartigen Schweißvorrichtungen ist es erwünscht, die Hubhöhe
der Oszillationsbewegung des Schweißkopfes an unterschiedliche Arbeitsbedingungen,
insbesondere unterschiedliche Schweißfugenbreiten anzupassen. Außerdem hat sich
gezeigt, daß bei diesem sogenannten Pendelschweißen ein Verweilen des Schweißkopfes
in den Endlagen des Bewegungshubes erwünscht sein kann, um die Güte der Schweißnaht
vorteilhaft zu beeinflussen.
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Bei einer bekannten Schweißvorrichtung (USA.-Patentschrift 2 960 597)
erfolgt die Einstellung der Hubhöhe des Exzenters für die Querbewegung durch das
Verstellen einer Platte, die in verschiedene Nuten eingerastet werden kann. Eine
Verstellung der Exzentrizität ist daher aufwendig und nur bei Abschaltung der Maschine
möglich. Außerdem kann mit diesem Exzenter nur eine sinusförmige Bewegungsbahn des
Schweißkopfes erreicht werden; Verweilstrecken an den Enden der Hubbewegung sind
nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schweißvorrichtung für Rohrrundnähte
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Verstellung der Hubhöhe in einfacher
Weise auch während des Betriebs der Schweißvorrichtung erfolgen kann, wobei eine
Bewegungsbahn des Schweißkopfes mit Verweilstrekken am Ende eines jeden Hubes ermöglicht
werden soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Exzenter
als axial auf seiner Antriebswelle verschiebbarer Nockenkörper ausgebildet ist,
der zwei einander diametral gegenüberliegende, zur Nockendrehachse konzentrische
Nockenflächenabschnitte mit gleich großen Umfangswinkeln aufweist mit dazwischenliegenden
Übergangsabschnitten, und daß sich die Nockenform axial von einem Abschnitt geringer
Oszillationsamplitude, in dem die einander gegenüberliegenden konzentrischen Nockenflächenabschnitte
angenähert gleiche Radien haben, bis zu einem Abschnitt größter Oszillationsamplitude
ändert, in dem die einander gegenüberliegenden konzentrischen Nockenflächenabschnitte
unterschiedliche Radien haben.
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Die konzentrischen Nockenflächenabschnitte bewirken die Verweilzeit
des Schweißkopfes in der jeweiligen Endlage. Die unterschiedlichen Radien dieser
Nockenflächenabschnitte in bezug auf die axiale Länge des Nockenkörpers führen dazu,
daß bei einer Axialverschiebung des Nockenkörpers unterschiedliche Amplituden erreicht
werden; diese axiale Verschiebung kann mit einfachen Mitteln während des Betriebes
durchgeführt werden, so daß es möglich ist, die Schweißvorrichtung während des Betriebes
auf die optimale Amplitude der Pendelbewegung einzustellen.
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Es ist zwar eine Pendelschweißvorrichtung bekannt (deutsche Patentanmeldung
L 21711 VIII d/ 21 h), mittels deren eine mäanderförmige, Verweilstrecken an den
Hubenden aufweisende Schweißnaht hergestellt werden kann. Diese Vorrichtung besitzt
Nockenscheiben zum abwechselnden Antrieb des Schweißkopfes in Querrichtung und Längsrichtung
der Schweißfuge. Eine Hubverstellung ist auch bei dieser Vorrichtung möglich, kann
jedoch ebenfalls nur im Stillstand vorgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens sind die
konzentrischen Nockenflächenabschnitte mit einem Umfangswinkel zwischen 60 und 150°
ausgeführt, um in diesem Bereich die Verweilzeiten einstellen zu können. Um optimale
Schweißergebnisse durch eine Einstellung der Schweißkopfgeschwindigkeit erreichen
zu können, ist erfindungsgemäß ein den Nockenkörper treibender Motor mit einer Einrichtung
zur Regelung der Geschwindigkeit versehen.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles. Es zeigt F
i g. 1 eine Rohrschweißvorrichtung in perspektivischer Darstellung, F i g. 2 einen
vergrößerten Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig.1, F i g. 3 einen Schnitt längs
der Linie 3-3 in F i g. 2, F i g. 4 eine Draufsicht auf die Einrichtung zur Veränderung
der Schweißkopfbewegung der Maschine nach F i g. 1, F i g. 5 einen Schnitt durch
die in F i g. 4 gezeigte Einrichtung längs der Linie 5-5 in F i g. 3, F i g. 6 einen
Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5, F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7
in F ig. 5 und
F i g. $ die Bewegungsbahn des Schweißkopfes, aufgetragen
über dem Drehwinkel des Exzenters.
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Die in F i g. 1 gezeigte Schweißvorrichtung M ist auf einem beim gezeigten
Ausführungsbeispiel horizontal angeordneten Rohr 22 angebracht. Die Schweißvorrichtung
besitzt einen Sattel 24, der auf dem Rohr ruht und von einer Klemmvorrichtung 26
in seiner Stellung gehalten wird. An einem Ende des Sattels 24 ist ein hufeisenförmiges
Führungsteil 28 angeordnet, in dem sich ein Antriebsring 30 von im wesentlichen
gleicher Form dreht. Der Ring 30 wird von einem Motor 32 über eine Kupplung 34,
eine Kette 36 und über Ritzel 38 (F i g. 2) angetrieben.
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An dem Ring 30 ist eine Schweißeinheit 40 für die Lichtbogen-Schutzgasschweißung
angebracht, die mittels einer Einstelleinrichtung 42 radial zum Rohr 22 eingestellt
werden kann; eine später noch näher beschriebene, ebenfalls einstellbare Einrichtung
44 dient dem Pendelantrieb der Schweißeinheit. Diese Einrichtungen sind über einen
Träger 46 und Schrauben 45 mit dem Ring 30 verbunden. Die Pendeleinrichtung 44 wird
von einem Motor 19 angetrieben, dessen Geschwindigkeit einstellbar ist.
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Der Antriebsmotor 32 ist auf einem Steuergehäuse 58 am ortsfesten
Teil der Schweißvorrichtung M angebracht. Das Steuergehäuse ist über ein biegsames
Kabel 60 mit einem Instrumentengehäuse 62 verbunden, das stirnseitig einen Spannungsmesser
64 und einen Strommesser 66 trägt. Die Frontfläche des Steuergehäuses 58 besitzt
einen Druckknopfschalter 68, einen Steuerschalter 70 für die Pendelbewegung,
einen Druckknopfschalter 72 für den Vorschub des Schweißdrahtes, einen Startschalter
74 mit einer zugehörigen Anzeigelampe 76 sowie einen Schalter 78 zur Steuerung der
Drehrichtung der Schweißeinheit 40.
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Die seitliche Einstellung des oberen Teiles der Schweißvorrichtung
M zum Sattel 24 erfolgt mit Hilfe eines Handrades 80, mittels dessen eine
Platte 82
längs des am Rohr angeklemmten Sattels verschoben werden kann.
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Durch einen an der Schweißeinheit 40 angebrachten Schweißkopf 84 wird
während des Schweißvorganges eine Elektrode 86 radial zum Rohr 22 zugeführt; hierzu
dient ein Antriebsmotor 88 (F i g. 2). Die Elektrode wird von einer Haspel
90 abgezogen, die von der Schweißeinheit mittels Rollen 92 getragen wird.
Die drahtförmige Schweißelektrode wird durch ein Führungsrohr 94 im Schweißkopf
84 vorgeschoben und mit Schweißstrom versorgt. Zugleich wird Schutzgas zur Abschirmung
des zwischen dem Elektrodenende und dem Werkstück gezündeten Schweißlichtbogens
durch eine Düse 96 am Schweißkopf 84 zugeführt. Die Schweißeinheit
40 ist mit einem abnehmbaren Deckel 100 versehen, der ein Fenster 102 aufweist
und von einer Schraube 104 gehalten wird.
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Wie sich aus den F i g. 3, 4 und 5 ergibt, kann die Schweißeinheit
mittels eines Schlittens 104 vertikal verschoben werden. Der Schlitten
104 wird mittels einer Spindel 106 verschoben, die über ein Kegelradgetriebe
108 und eine Welle 110 mittels einer Handkurbel 112 bewegt werden
kann. Eine mit der am Schlitten 104 angebrachten Spindelmutter verbundene
Schraube 114 ist durch eine Befestigungsplatte 116 geführt und ermöglicht eine Schwenkung
der Schweißeinheit 40 nach dem Lösen einer federbelasteten Rasteinrichtung
117 aus der Arbeitsstellung des Schweißkopfes, um den Schweißkopf zu überprüfen.
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Die Einstelleinrichtung 42, die die Schweißeinheit 40 trägt,
ist an den Enden paralleler Stangen 118 angebracht, die in Lagern 120 und
121 der Einrichtung 44 für den Pendelantrieb gleiten. Die Schweißeinheit 40 wird
durch Druckfedern 122, die die Stangen 118 zwischen den Lagern 120 und einem
gemeinsamen Joch 124 umgeben, zu dem Träger 46 hin gedrückt. Das Joch 124 ist an
den Stangen 118 befestigt und trägt einen Nockennachläufer 126 mittels eines Stiftes
128 und Kugellagern 130. Der Nockennachläufer 126 berührt einen Nockenkörper 132,
der von einer Querschnittsform gemäß F i g. 6 an seinem einen Ende in axialer Richtung
zu einer Querschnittsform gemäß F i g. 7 an seinem anderen Ende kontinuierlich übergeht.
Wie F i g. 7 zeigt, weist der Nockenkörper 132 zwei einander diametral gegenüberliegende,
zur Nockendrehachse konzentrische Nockenflächenabschnitte mit gleich großen Umfangswinkeln
(in F ig. 7 100°) sowie dazwischenliegende Übergangsabschnitte auf. In dem Abschnitt
geringer Oszillationsamplitude (F i g. 6) haben die einander gegenüberliegenden
konzentrischen Nockenflächenabschnitte angenähert gleiche Radien; in dem Abschnitt
größter Oszillationsamplitude (F i g. 7) haben die einander gegenüberliegenden konzentrischen
Nöckenflächenabschnitte unterschiedliche Radien. Der Nokkenkörper 132 besteht vorzugsweise
aus Kunststoff mit Metallfüllung, er kann aber auch aus anderen Werkstoffen hergestellt
sein.
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Der Nockenkörper 132 besitzt ein Endstück 134 mit einer Ringnut, in
die Finger 136 einer Gabel 138 ragen, deren Schaft über eine Welle 140 an einer
Handkurbel 142 angebracht ist. Die Kurbel 142 kann mittels eines federbelasteten
Zapfens 144 an einer gekrümmten Rastführung 146 am oberen Teil der Pendeleinrichtung
44 einrasten. Die Oszillationsamplitude der Schweißeinheit 40 wird
eingestellt, indem der Nockenkörper 132 mittels der Handkurbel 142 längs seiner
Drehachse verschoben wird, während. der Nokkennachläufer in Richtung parallel zur
Nockendrehachse unbeweglich ist. Der Nockenkörper 132 wird von dem Motor
19 über eine biegsame Welle 48 angetrieben, die die Welle 148 dreht.
Die Welle 148 ist im Bereich des Nockenkörpers 132 als Vielkeilwelle ausgebildet,
so daß eine Längsverstellung des Nokkenkörpers 132 möglich ist, ohne den Nockenantrieb
zu unterbrechen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Nockenkörper 132
so gestaltet, daß er eine Verweilstrecke des Schweißkopfes auf der einen Seite der
Schweißfuge von 60 bis 150°, bezogen auf die Nokkendrehung, ermöglicht. Die Größe
der jeweiligen gewählten Amplitude der Schweißkopfbewegung liegt zwischen der kleinsten
und der- größten Amplitude des Nockenkörpers 132, je nach der Einstellung der Handkurbel
142. F i g. 8 zeigt, daß der Schweißkopf mit der konstant zugeführten Elektrode
und dem Lichtbogen über die Breite W der Schweißfuge längs einer Bahn 150 hin und
her pendelt, wobei auf jeder Seite der Schweißfuge eine Verweilstrecke von 100°
der Nockenkörperdrehung vorgesehen ist.
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Die Antriebsmotore 32 und 19 für die beiden einander überlagernden
Bewegungen des Schweißkopfes sind jeweils mit einer Einrichtung zur Regelung der
Geschwindigkeit versehen, die mittels Bedienungsknöpfen 158 und 160 (F i g. 1) eingestellt
werden
kann. Die elektrische Steuereinrichtung 20 der Schweißvorrichtung
sorgt zusammen mit in den Figuren nicht dargestellten Endlagenschaltern für eine
Abschaltung des Antriebs, wenn der Schweißkopf eine Bewegung rund um das Rohr 22
ausgeführt hat.
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Der mit der Vorrichtung erzielbare, in F i g. 8 beispielsweise dargestellte
Bewegungsablauf des Schweißkopfes ist von erheblicher Bedeutung für die Güte der
Sehweißung. Die Geschwindigkeit und insbesondere die Verweilzeiten können während
des Betriebs der Schweißvorrichtung verändert und daher auch durch nachträgliches
Eingreifen optimal eingestellt werden. Dadurch sind nur wenige Schweißraupen erforderlich,
um die Schweißfuge zu füllen. Die Einstellmöglichkeiten gestatten, das Schweißbad
(50) zu führen, daß sehr hohe Schweißströme angewendet werden können, was zu hoher
Qualität der Schweißung führt. Unzureichende Ablagerungen von Schweißmaterial am
Ende jedes Bewegungshubes, die bei der vorher festzulegenden Einstellung der Verweilzeit
auftreten können, können durch die Möglichkeit der Nachregulierung während des Schweißvorgangs
ausgeschlossen werden. Dies ist insbesondere auch wichtig, weil die Schweißbedingungen
an der Oberseite und der Unterseite des Rohres unterschiedlich sind, so daß eine
Nachregulierung während des Schweißvorgangs erforderlich sein könnte.