DE1515075B2

DE1515075B2 - Vorrichtung zur Ausfuhrung gerad hniger Schweißnahte

Info

Publication number: DE1515075B2
Application number: DE1515075A
Authority: DE
Inventors: Jean Antony Denis; Gaston Albert Fontaine; Charles Molin
Original assignee: NORD-AVIATION NATIONALE DE CONSTRUCTIONS AERONAUTIQUES PARIS Ste
Current assignee: NORD-AVIATION NATIONALE DE CONSTRUCTIONS AERONAUTIQUES PARIS Ste
Priority date: 1964-03-25
Filing date: 1964-11-02
Publication date: 1973-12-13
Also published as: DE1515075A1; DE1515075C3; FR1398068A; NL6503831A; US3359400A; GB1101271A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausführung geradliniger Längsnähte bei der Herstellung zylinderartiger Körper durch Zusammenschweißen der Plattenkanten, bestehend aus einem langgestreckten, rechteckigen, von einem Sockel getragenen Rahmen, dessen Längsseiten sich beiderseits der Schweißfuge erstrecken und dessen eine kurze Seite zum Einführen des zylinderartigen Körpers offenbar ist, während die andere kurze Seite am Sockel befestigt ist, ferner aus zwei einander fluchtend gegenüberstehenden, gemeinsam und synchron motorisch angetriebenen Schweißelektroden, die jeweils in einem Schlitten gehalten sind, welcher mittels eines parallel zur Längsnaht gerichteten Zahntriebes unter Ausübung eines veränderbaren Elektroden-Anpreßdrukkes innerhalb der jeweiligen Rahmen-Längsseite in einer Führungsbahn verschiebbar ist, und aus einer mit dem Rahmen zusammenwirkenden Halteeinrichtung zum Tragen und Einspannen der miteinander zu verschweißenden Platten.

Eine derartige Schweißvorrichtung ist grundsätzlich aus den USA.-Patentschriften 3 102189 und 743 692 bekannt.

Außerdem ist aus der USA.-Patentschrift 3 077 532 bekannt, alle einzelnen Teile einer aus Sandwichplatten zu verschweißenden Konstruktion während des Weiterrückens der gesamten Anordnung von einer Schweißnaht zur nächsten Schweißnaht relativ zueinander durch eine Halteeinrichtung zu fixieren.
Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 465 616 eine Schweißvorrichtung bekannt, welche an einem Schweißmaschinenständer zwei Kragarme aufweist, zwischen die das Werkstück eingeschoben werden kann. Die freien Enden der Kragarme können

bei dieser bekannten Vorrichtung durch ein mittels Zapfen am Arm angelenktes Schlußstück verbunden werden. Weiterhin sind bei dieser bekannten Vorrichtung Klemmstücke vorgesehen, welche zum Festhalten des Werkstückes am Kragarm dienen.

Den bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam der Nachteil eigen, daß sie zum Verschweißen von im wesentlichen rohrförmigen Konstruktionsteilen mit verhältnismäßig geringer Wandstärke und erheblichen Abmessungen kaum geeignet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ausführung geradliniger Schweißnähte der eingangs genannten Art derart zu bilden, daß auch im wesentlichen rohrförmige kegelstumpfförmige Körper mit außerordentlich großen Abmessungen und geringer Eigenfestigkeit aus einzelnen Sandwichplatten unter Einhaltung enger Toleranzen verschweißt werden können.

Aus der USA.-Patentschrift 3 275 794 ist zwar das Längsnahtschweißen kegelstumpf- und kalottenförmiger Körper aus Blechen bekannt, jedoch liegen hier die Bleche auf einem offenen Bock auf und werden nur längs der Schweißnaht gehalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung folgende Konstruktionsmaßnahmen vor:

1. der rechteckige Rahmen ist parallel zu seinen Längsseiten in zwei U-förmige Rahmenhälften geteilt, von denen die eine Rahmenhälfte, mittels einer Verschwenkeinrichtung um eine waagerechte Achse kippbar und feststellbar, am unteren Längsende im Sockel gelagert und die andere Rahmenhälfte mit ihrem einen U-Schenkel am zugeordneten U-Schenkel der kippbaren Rahmenhälfte in einer zur Kippachse parallelen Öffnungsachse angelenkt ist;

2. die Trageinheit der Halteeinrichtung weist zwei untereinander und zum kegelstumpfförmigen Körper koaxiale, parallel zueinander in unterschiedlichen Höhen angeordnete Kränze mit dem unteren und dem oberen Durchmesser des Körpers entsprechenden Durchmesser auf, die jeweils auf Führungsrollen um die gemeinsame senkrechte Achse drehbar und zwischen denen die zusammenzuschweißenden Sandwichplatten anzuordnen sind.

Die in der erwähnten deutschen Patentschrift 465 616 beschriebene Schweißvorrichtung weist zwar auch einen aufklappbaren Rahmen auf, jedoch wird eine Querseite des Rechteckrahmens aufgeklappt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Anordnung hingegen so getroffen, daß zwei U-förmige Rahmenhälften gebildet sind, die nun im Mittelpunkt der einen Querseite des Rechteckrahmens aufklappbar sind, so daß eine wesentlich bessere Zugänglichkeit zum Rahmeninneren und Hantierbarkeit des Werkstückes gegeben ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung erweist sich als besonders vorteilhaft zur Herstellung komplizierter Konstruktionen aus Werkstoffen, wie sie in der Raumfahrttechnik häufig verwendet werden, wobei Bauteile von außerordentlich großen Abmessungen bei einer Wandstärke in der Größenordnung von 0,1 mm ohne Schwierigkeit - verarbeitet werden können. Sie eignet sich auch sehr gut für Schutzgasschweißungen.

Die zu verschweißenden Konstruktionen können bei entsprechenden Rahmenabmessungen in sehr großen Abmessungen und dank der Öffnungsmöglichkeit des Rahmens in geschlossener Bauart hergestellt werden.

Im folgenden wird zum besseren Verständnis der Erfindung eine bevorzugte Ausführungsform an Hand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine zur Aufnahme einer vorgeformten

ίο Konstruktion benutzte Vorrichtung, wobei die Sandwichplatten nach dem Verfahren gemäß F i g. 2 miteinander verbunden werden,

Fig. 2 eine bei einer zu verschweißenden Konstruktion benützte Art der gegenseitigen Verbindung zweier Sandwichplatten,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Rahmens mit Schweißeinrichtung und in einem Teilausschnitt eine Stromschiene zur Zuführung des Schweißstromes sowie einen Spindeltrieb,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Antriebseinrichtung der Spindeltriebe und der Halteeinrichtung zum Einspannen der Teile der zu verschweißenden Konstruktion relativ zum Rahmen,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen eine Schweißausrüstung tragenden Schlitten.

Für den Aufbau eines kegelstumpfförmigen Hohlkörpers bestimmte Sandwichplatten I₁, I₂, I₃, /₄ usw. werden so, wie sie miteinander verbunden werden, in eine Trageinheit m (Fig. 1) eingesetzt, die im wesentlichen aus zwei waagerechten Kränzen ml, m2 gebildet wird, die beide auf Führungsrollen m 3 laufen, die im Beispiel an sechs Ständern ml angebracht sind. Ein Beispiel sind die kegelstumpfförmigen Verbindungsstücke zwischen den einzelnen Stufen einer Rakete. Die Länge dieser Platten kann in der Größenordnung von 2 m und die Durchmesser der Grundseiten des herzustellenden Kegelstumpfes können in der Größenordnung von 3 m für die große Grundseite und 2 m für die kleine Grundseite liegen. Die vorgefertigten einzelnen Sandwichplatten besitzen einen gewellten Kern, der durch gegenseitige Verschweißung zweier gleich gewellter Bleche längs ihrer Rückenlinien hergestellt wird. Dieser gewellte Kern ist auf beiden Seiten von einem glatten Blech bedeckt. Die Dicke aller dieser Bleche liegt in der Größenordnung von 0,1mm. Man verwendet die elektrische Rollenpunkt-Schweißung.

Vor dem Verschweißen müssen die Platten zusammengefügt werden. Hierzu werden die einander gegenüberliegenden Plattenkanten auf besondere Art zugerichtet. Die Kante der einen Platte endet mit einer offenen Halbwellung und zwei vorstehenden Deckblechen, die Kante der anderen mit einer unvollständig geschlossenen Halbwellung, die wie die zwei darauffolgenden Wellungen noch nicht mit den Deckblechen verschweißt ist. Diese zwejte Plattenkante bildet ein Federelement, das sich in die erste Plattenkante fügen läßt, die ein Nutelement bildet (Fig. 2).
Dorne mS werden in die den auszuführenden Schweißungen benachbarten Wellungen eingeführt, um das Eindrücken dieser Wellungen während des Schweißens zu verhindern (Fig. 2).

Die Platten Z₁, I₂, I₂... mit ihren Dornen mS werden auf am unteren Kranz m 2 angebrachte Stifte m4,

z. B. zwei Stifte je Platte, aufgesteckt. Andererseits stoßen die Platten gegen den oberen Kranz m 1 mittels der Dorne m5, die über die Platten hinausragen und die zueinander durch eingeschobene Distanzstücke

m6 in eine feste Lage gebracht werden. Spannwerkzeuge m 8 befestigen die Platten an dem oberen Kranz ml.

Ein von einem Ständer ml getragener Motor m9 treibt unmittelbar den unteren, innenverzahnten Kranz m2 und dreht die zu verschweißende Anordnung derart, daß die Arbeitslinie (X-(X₁ der Schweißvorrichtung sich in aufeinanderfolgenden Schritten in gleichem Abstand zwischen den beiden Schweißrollen el und e2 oder, anders gesagt, zwischen den Gruppen von zwei auszuführenden Schweißnähten befindet.

In Fig. 3 ist der in Fig. 1 erkennbare rechteckige, längliche Rahmen a, der in einer Schwenkachse y-y 1 in einem am Boden befestigten Sockel b schwenkbar gelagert ist, vergrößert herausgezeichnet.

Der Rahmen α ist aus zwei Rahmenhälften al, al gebildet, die jeweils U-förmig sind. Die Z-Basis bildet eine Langseite des Rahmens a, und die U-Schenkel nach ihrer gegenseitigen Verbindung bilden die Schmalseiten des Rahmens. Die beiden Rahmenhälften a 1, a 2 sind beide auf einer zur Schwenkachse y-y 1 parallelen Rahmenöffnungsachse x-xl gelagert. Die Rahmenhälfte al läßt sich dadurch in die strichpunktierte Stellung α 3 bringen. Beide Hälften können durch Schließen der Verbindungen α 4, α 5 fest miteinander verbunden werden. Eine Stütze c ist an ihrem einen Ende an der von der Schwenkachse y-yl am weitesten entfernten Ecke der Rahmenhälfte al gelagert und an ihrem anderen Ende an einem wählbaren Punkt am Boden befestigt. Diese Stütze gestattet die Abstützung der Rahmenhälfte al und damit des Rahmens, wenn dieser geschlossen ist, in einer beliebigen Stellung zwischen »senkrecht« und »genau waagerecht«.

Zwei gleiche, Schweißelektroden e tragende Schlitten d sind einander gegenüber und parallel zu den Schmalseiten des Rahmens α angeordnet. Sie können sich gleichzeitig längs der zu den Langseiten des Rahmens α parallelen Spindeltriebe g bewegen. Ihre Bewegungen parallel zu den Schmalseiten des Rahmens α werden jeweils von einem pneumatischen Druckzylinder / gesteuert.

Die gemeinsame Achse ß-ßl der Schlitten d schneidet die senkrecht zum Rahmen durch die Mitten seiner Schmalseiten gehende Ebene in einem Arbeitspunkt y. Wenn sich die Schlitten mittels ihrer Spindeltriebe bewegen, wandert dieser Arbeitspunkt auf einer Arbeitslinie a-a 1. Diese Arbeitslinie kann entweder die effektiv ausgeführte Schweißnaht darstellen oder im allgemeineren Fall die mittlere Linie zwischen zwei Schweißnähten, wenn die zu verschweißende Anordnung aus zusammengesetzten Bauteilen gewisser Dicke besteht.

Ein Motor-Getriebe-Block A ist im Inneren der Rahmenschmalseite angebracht (Fig. 4). Ein drehzahlgeregelter Motor hl treibt über eine Schnecke ή2 ein Zahnrad A3 an. Dieses Zahnrad läuft lose auf einer Welle, die noch zwei andere Zahnräder fi4, h5 mit unterschiedlichem Durchmesser trägt. Zwei zwischen ihnen angebrachte Magnetkupplungen h6, hl kuppeln das Zahnrad A3 mit einem der beiden Zahnräder Λ 4, h 5. Das jeweils gekuppelte Zahnrad überträgt mittels der Zahnräder AlO, All oder h 12, A13 seine Bewegung auf Schnecken A 8 und h 9. Diese Schnecken treiben ihrerseits die Schneckenräder A14, A15 auf den Vorschubspindeln. Die Magnetkupplungen erlauben die Auswahl einer von zwei Vorschubspindeln d und damit deren Arbeitsgeschwindigkeit zu bestimmen, und zwar einen Schweißgang und einen Schnellgang. Die Vorschubspindeln sind am Rahmen in Lagern α6, al, α8 gelagert.

Eine besondere mechanische Anordnung gestattet das öffnen der Rahmenhälfte α2 ohne ein Entkuppeln der Vorschubspindeln, und zwar dadurch, daß die Öffnungsachse x-xl mit der Achse der Schnecke A 9 zusammenfällt. Das zur Rahmenhälfte α 2 gehörige Zahnrad A15 kann sich konzentrisch um diese Schnecke drehen, ohne außer Eingriff zu geraten. Der Rahmen wird durch Schrauben all an den Verbindungsflächen α4, a5 geschlossen.

Der in Fig. 5 im Schnitt dargestellte Schlitten d ist beispielsweise mit einer Rollenschweißelektrode

!5 el ausgestattet. Er besitzt im wesentlichen einen Tragkörper dl, einen Halter dl, einen pneumatischen Druckzylinder / und elektrische Schleifkontakte d5. Führungsrollen d6, dl und d8 führen den Schlitten längs zum Rahmen gehöriger Führungsbahnen α 10. Vom Tragkörper dl getragene und zu beiden Seiten der Vorschubspindel angeordnete Führungsrollen dlO und dll führen den Halter dl in seiner Bewegung quer zum Tragkörper d 1. Durch den Tragkörper geht die Vorschubspindel g hindurch;.sie ist im unteren Teil des Tragkörpers in einer Kugelgewindemutter i/4 gelagert, die durch einen Dichtungsring dl2 geschützt wird. Ein weiterer Dichtungsring d9 ist am oberen Teil vorgesehen. Der Tragkörper nimmt in seiner Mitte den für den Durchgang der Vorschubspindel ausgesparten Halter dl auf. Dieser bei seiner Querbewegung durch die Führungsrollen dlO, dll geführte Halter wird einerseits durch Federn d 13 nach links und andererseits durch den pneumatischen Druckzylinder / nach rechts geschoben. Der Druckzylinder wird durch eine mittels einer Hutmanschette d 14 abgedichtete Kammer gebildet. Eine Leitung d 15 führt dieser Kammer Druckluft zu. Bei fehlender Druckluft wird der Halter nach links geschoben; das entspricht seiner Rücklaufstellung.

Die elektrischen Schleifkontakte j (Fi g. 3), die den Schweißstrom für die Schweißelektroden el, e2 abnehmen, werden durch die zwei die Stromschiene ι umschließenden Kontaktklötze d5 gebildet, die auf einem isolierten Halter dl6 angebracht sind. Leiterstäbe dl9, an deren Enden sich ein Leiterkabel d21 befindet, führen zur Schweißelektrode el.

Fig. 5 zeigt ferner jeweils eine Elektrode e3 für Schutzgas-(T.I.G.-)Schweißung und eine Elektrode e4für Widerstandspunktschweißung, die alle auf dem Halter dl angebracht werden können. Eine Schwalbenschwanzaufnahme dlO gestattet die schnelle Auswechselung dieser verschiedenen Schweißelektroden. Man erkennt ohne weiteres, daß die Schlitten d während ihrer Verschiebung längs der Führungen α 10 mittels der Druckzylinder / auf die Schweißelektroden Anpreßzyklen ausüben können, die abhängig vom gewählten Schweißverfahren -eingestellt werden, daß diese Druckzyklen infolge der großen Ansprechempfindlichkeit dieser Druckzylinder sehr schnell ablaufen können und daß schließlich der große Rücklaufweg der Schweißausrüstungen den Durchgang von Hindernissen gestattet, die sich auf der Bahn einer Schweißung befinden können.

Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung kann verschiedene Vorrichtungen zum Spannen der zu verschweißenden Teile erhalten, und zwar einerseits zum Festhalten der Teile relativ zum Rahmen während der eigentlichen Schweißvorgänge und andererseits zum

Festhalten der Teile relativ zueinander.

Handelt es sich um das Verschweißen der zwei in Fig. 2 dargestellten Sandwichplatten Z₁ und Z₂, so kann die in F i g. 4 dargestellte Anordnung für das Festhalten der Platten relativ zum Rahmen verwendet werden.

Die Platte Z₂ wird zwischen zwei Gummistreifen nl gespannt. Jeder Streifen ist auf einer steifen Spannplatte «2 angebracht, die mit einem gewissen Freiheitsgrad an den Enden der Arme η 3 sitzt. Diese Arme gehen von der zu den Langseiten des Rahmens parallelen Achse v-vl aus, die in Lagerböcken α 9 an der Rahmenhälfte al schwenkbar gelagert ist. In den Lagern der Lagerböcke wird die Spannvorrichtung durch einen an der Rahmenhälfte al befestigten Druckzylinder π 4 bewegt.

Der zweite Gummistreifen η 1 gehört zu einer zweiten, gleichen Spannvorrichtung, die jedoch an der Rahmenhälfte al befestigt ist.

Man erkennt, daß die beiden zusammengehörigen Spannvorrichtungen nur eine Platte /1 halten können und daß andere Gruppen von zusammengehörigen Spannvorrichtungen zur Festhaltung der anderen Platten oder, wie im vorliegenden Fall, nur eines Teiles von ihnen vorgesehen werden müssen.

Die Beschreibung hat eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung herausgestellt, insbesondere Neigung des Rahmens in beliebigem Winkel, öffnung des Rahmens a, Festhaltung der zu verschweißenden Bauteile relativ zum Rahmen, Möglichkeit der Zuordnung verschiedener Montageeinrichtungen zu diesem Rahmen, was das Verschweißen vorher ineinandergefügter Bauteile gestattet, die eine geschlossene Konstruktion bilden können, deren Abmessungen sich während der Schweißung nicht verändern, Möglichkeit des Verschweißens von Bauteilen gewisser Dicke und mit zwei zur Arbeitslinie parallelen gleichzeitig ausgeführten Schweißnähten, Möglichkeit, nicht nur Sandwichplatten miteinander zu verschweißen, sondern diese Platten selbst herzustellen. Die miteinander

ao zu verbindenden oder herzustellenden Bauteile können eben oder gekrümmt sein, die erhaltenen Schweißnähte sind jedoch immer geradlinig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ausführung geradliniger Längsnähte bei der Herstellung zylinderartiger Körper durch Zusammenschweißen der Plattenkanten, bestehend aus einem langgestreckten, rechteckigen, von einem Sockel getragenen Rahmen, dessen Längsseiten sich beiderseits der Schweißfuge erstrecken und dessen eine kurze Seite zum Einführen des zylinderartigen Körpers offenbar ist, während die andere kurze Seite am Sockel befestigt ist, ferner aus zwei einander fluchtend gegenüberstehenden, gemeinsam und synchron motorisch angetriebenen Schweißelektroden, die jeweils in einem Schlitten gehalten sind, welcher mittels eines parallel zur Längsnaht gerichteten Zahntriebes unter Ausübung eines veränderbaren Elektroden-Anpreßdruckes innerhalb der jeweiligen Rahmen-Längsseite in einer Führungsbahn verschiebbar ist, und aus einer . mit dem Rahmen zusammenwirkenden Halteeinrichtung zum Tragen und Einspannen der miteinander zu verschweißenden Platten, gekennzeichnet durch folgende der Herstellung kegelstumpfförmiger Körper aus einzelnen Sandwichplatten (I₁, I₂ ■ ■.) dienende Konstruktionsmaßnahmen:

1. der rechteckige Rahmen (α) ist parallel zu seinen Längsseiten in zwei U-förmige Rahmehälften (al, al) geteilt, von denen die eine Rahmenhälfte (al), mittels einer Verschwenkeinrichtung (c) um eine waagerechte Achse (y-yl) kippbar und feststellbar, am unteren Längsende im Sockel (b) gelagert und die andere Rahmenhälfte (a2) mit ihrem einen U-Schenkel am zugeordneten U-Schenkel der kippbaren Rahmenhälfte (al) in einer zur Kippachse (y-yl) parallelen Öffnungsachse (x-xl) angelenkt ist;

2. die Trageinheit (m) der Halteeinrichtung weist zwei untereinander und zum kegelstumpfförmigen Körper (1) koaxiale, parallel zueinander in unterschiedlichen Höhen angeordnete Kränze (ml, ml) mit dem unteren und dem oberen Durchmesser des Körpers entsprechenden Durchmesser auf, die jeweils auf Führungsrollen (m3) um die gemeinsame senkrechte Achse drehbar und zwischen denen die zusammenzuschweißenden Sandwichplatten (/1, 11...) anzuordnen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkeinrichtung der einen Rahmenhälfte (al) aus einer biegesteifen Stützte (c) besteht, die mit ihrem einen Ende im Bereich des oberen Längsendes dieser Rahmenhälfte (al) gelagert ist, während das andere Stützenende entlang dem Boden verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für zwei Zahntriebe der Schlitten (d) jeweils eine über eine Schnecke (hS, h.9) angetriebene Gewindespindel (g) verwendet ist und die Achse derjenigen Schnecke (h9), welche die der angelenkten Rahmenhälfte (al) zugehörige Gewindespindel (g) antreibt, mit der Öffnungsachse (xl, xl) dieser Rahmenhälfte (al) zusammenfällt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinheit (n) der Halteeinrichtung ein Paar sich gegenüberstehender, gleicher, mit Gummistreifen (nl) gepolsterter Spannplatten (nl) aufweist, die jeweils an übereinander angeordneten Armen (at3) befestigt sind, die ihrerseits jeweils an einer zur Längsseite des Rahmens (α) parallelen, in am Rahmen (α) befestigten Lagerböcken (α9) gelagerten und von der Kolbenstange eines am Rahmen (α) befestigten, pneumatischen Druckzylinders («4) verschwenkbaren Welle (v-vl) angebracht sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrollen (m3) der Kränze (ml, ml) auf einer über den Umfang verteilten Anzahl am Boden befestigter Ständer (ml) angebracht sind, wobei der untere Kranz (ml) in Wellungen der Sandwichplatte eindringende Stifte (m4) hat und der obere Kranz (ml) als Anschlag für Dorne (mS) dient, die in zu den Schweißnähten parallele Wellungen einführbar sind und deren gegenseitiger Abstand durch eingeschobene Distanzstücke (m6) gesichert ist, die von am oberen Kranz (ml), in Abständen angeordneten Spannwerkzeugen (m8) gehalten sind, und daß der untere Kranz (ml) von einem Elektromotor (m9) über eine Innenverzahnung in Drehung versetzbar ist.