DE1615451C3 - Vorrichtung zur automatischen Nahtschweißung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen Nahtschweißung eines Werkstücks, mit einem Schweißbrennerhalter, der nach Höhe und Seite auslenkbar ist, in einem entlang der Schweißstelle stetig fortbewegten, über einen Motor betriebenen und zwangläufig geführten Schlitten gelagert ist und um eine quer zur Schweißnahtrichtung gerichtete, axial verschiebbare und nicht drehbar gelagerte Trägerachse drehbar, jedoch gegenüber dieser axial festgelegt ist, und mit einem an der Trägerachse angeordneten, sich an dem Werkstück abstützenden und an diesem entlang rollend verfahrbaren Abtastmittel.

Beim automatischen Nahtschweißen ergibt sich das Problem der Führung des Schweißbrenners entlang der Schweißkante mit mechanischen Mitteln, wobei der Schweißbrenner nach der Höhe und Seite soweit verschiebbar ist, daß er den gegebenenfalls kleine Unregelmäßigkeiten aufweisenden Konturen der zu schweißenden Naht zu folgen vermag. Hierzu ist es beispielsweise bekannt (US-PS 30 72 779), eine Verstellmöglichkeit für den Schweißbrenner in zwei zueinander senkrechten Achsen, also durch zwei Translationsbewegungen vorzusehen. Das Abtastmittel und die Schweißstelle haben jedoch einen mehr oder weniger großen Abstand voneinander, so daß kleine Nahtunebenheiten zu Lagekorrekturen des Schweißbrenners an der falschen Stelle führen. Dies kann bei Nähten an dünnen sich überlappenden Blechen zu schwachen Stellen der Schweißnaht führen, die beispielsweise bei Druckgas-Gefäßen Undichtigkeiten zur Folge haben.

Zur Verkleinerung dieses Nachteils ist es bekannt (US-PS 30 80 472), den Abstand zwischen dem Abtastmittel und der Schweißstelle möglichst klein zu machen und einen Führungsstift des Abtastmittels zu kühlen, oder durch elektronische Speicher die Führungsbewegung des Abtastmittels verzögert auf den Schweißbrennerhalter zu übertragen. Solche Besonderheiten führen jedoch zu einer erheblichen Komplizierung der Vorrichtung.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe eines einfachen Mechanismus zu erreichen, daß die Schweißnaht unabhängig von geometrischen Nahtunebenheiten über ihre gesamte Länge gleich wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei der Überlappungskehlnahtschweißung von zwei Blechen die Träger- bzw. Drehachse des

Schweißbrennerhalters elastisch über eine Rückstellfeder und gegen diese axial verschiebbar unmittelbar mit ihrem einen, ein Abtastmittel bildenden Ende senkrecht auf die der Schweißstelle benachbarte Oberfläche des überlappenden Bleches gedrückt wird, und daß der Halter fest mit einer parallel zur Drehachse im Abstand von derselben verlaufenden Stange verbunden ist, welche mit ihrem das verfahrbare Abtastmittel bildenden freien Ende durch elastische Rückstellmittel einerseits senkrecht gegen die der Schweißstelle benachbarte Oberfläche des überlappten Bleches und andererseits gegen den die Schweißstelle begrenzenden, einen senkrecht zur Oberfläche stehenden und eine Seitenkantfläche bildenden Rand des überlappenden Bleches gedrückt gehalten wird. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß der Lichtbogen sehr genau der Schweißkehle folgt und auch kleine Nahtunebenheiten auch der Seite nach erfaßt. Die Führungsbewegung um die Trägerachse ist hierbei eine Rotationsbewegung, wobei der Sinus des Radiusvektors den jeweiligen seitlichen Abstand von der Schweißführungslinie darstellt, während in Längsrichtung der Trägerachse eine Geradführung vorliegt. Die Führungsmittel sind mit dem Schweißbrennerhalter unter einem gewissen Winkel fest verbunden, so daß er durch die ihm erteilte Schwenkbewegung Anweichungen im Abstand ausgleicht. Zusätzlich können die sich überlappenden Bleche durch das Abtastmittel fest aneinandergepreßt werden. Die Erfahrung hat gezeigt, daß mit dieser Vorrichtung einwandfrei dichte Nähte an sehr dünnen, sich überlappenden Blechen geschweißt werden können.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden differenzierten Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigt

F i g. 1 eine allgemeine Draufsicht der in der erfindungsgemäßen Apparatur vorgesehenen Nahtschweißvorrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II der F i g. 1 dieser Nahtschweißvorrichtung.

Wie in F i g. 1 dargestellt, wird die automatische Nahtschweißvorrichtung in der erfindungsgemäßen Apparatur im wesentlichen durch ein festes Gestell 1 gebildet, dessen Stellung vorher durch Ausrichtung längs einer schematisch bei 2 auf der Figur dargestellten Verbindungstelle bestimmt wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird so die^e Verbindungsstelle 2, welche praktisch linear ist und eine Überlappung zwischen zwei Blechen, nämlich einem überlappenden und einem überlappten Blech, bildet, vorher durch Punktschweißung während eines besonderen Arbeitsgangs vorbereitet. Eine so vorbereitete Verbindung besitzt keine großen lotrechten Wellungen, und die vorherige Punktschweißung verhindert ein Klaffen zwischen dem überlappenden Blech und dem überlappten Blech.

In dem Gestell 1 ist ein Schlitten 3 angebracht, welchem durch einen Motor 4 eine zu der Verbindungsstelle 2 paralle Translationsbewegung erteilt wird. Der Schlitten 3 trägt einen sich über der Verbindungsstelle 2 verschiebenden Halter 5 für ein Schweißorgan.

Dieses Schweißorgan weist z. B. die bei Lichtbogenschweißverfahren benutzte Bauart auf und ist z. B. ein mit einem Plasma arbeitendes Schweißorgan oder ein Schweißorgan mit durch eine Schutzgasatmosphäre geschützten Wolframelektroden.

Die dargestellte Vorrichtung ist ganz allgemein zur Vereinigung von Blechen oder Folien aus einem durch Wärme verschweißbaren Werkstoff bestimmt, deren Dicke z. B. von 0,3 bis 2 mm (dünnes Blech) und von etwa 2 bis 4 mm (mittleres Blech) gehen kann. Die Länge des Gestells 1 ist natürlich etwas größer als die Länge der mittels der Vorrichtung herzustellenden Schweißnähte.

Bei dem dargestellten Beispiel besitzt das Gestell 1 an den Enden zwei Platten oder Ständer 6 und 7, welche durch mit ihnen verbolzten Längsstäbe 8 und 9 verbunden sind. Der Schlitten 3 gleitet auf diesen Stäben mit Hilfe von Muffen 10 und 11, an welchen er mit Anschlagringen 12 befestigt ist. Eine Zahnstange 13 ist ebenfalls in der Längsrichtung zwischen den beiden Ständern 6 und 7 angeordnet. Diese Zahnstange ist an ihren Enden in Muffen 14 und 15 verkeilt, welche auf den Ständern 6 und 7 drehbar sind. Diese Muffen 14 und 15 können sich um eine (in F i g. 2 bei 16 dargestellte) zu der Zahnstange 13 parallele Achse drehen. Es sind Einrichtungen zur Verdrehung der Zahnstange mittels eines Werkzeugs vorgesehen, z. B. ein in der Muffe 14 vorgesehenes Vieleckloch 17, sowie Verriegelungseinrichtungen, z. B. eine Klinke 18, um die Zahnstange 13 entweder in der ausgekuppelten Stellung oder in der in F i g. 1 dargestellten eingekuppelten Stellung zu verriegeln.

Schließlich sind bei 19, 20, 21 und 22 Stützsockel dargestellt, welche an den Enden der Füße der Ständer 7 und 8 angebracht sind. Das Gestell 1 ruht wenigstens mittels der Sockel 20 und 22 auf dem zu verschweißenden überlappten Blech, wobei sie gleichzeitig mit ihren Flächen 23 und 24 Anschläge zur Anlage an dem überlappenden Blech der herzustellenden Verbindung bilden. Die beiden Anlegeanschläge bildenden Sockel 20 und 22 sind vorzugsweise an dem Gestell 1 einstellbar, so daß ihr Abstand auf die Länge der vorzunehmenden Verbindung eingestellt werden kann.

Wie deutlich aus F i g. 2 hervorgeht, ist der Schlitten 3 mit einem Antriebsaggregat 4 ausgerüstet, welches ein mit der Zahnstange 13 in Eingriff stehendes Zahnrad 25 in Umdrehung versetzt. Das Antriebsaggregat 4 wird z. B. durch einen kleinen Elektromotor gebildet, welcher mit einem Untersetzungsgetriebe gekuppelt ist, welches dem Schlitten eine gleichförmige Vorschubsgeschwindigkeit erteilt. Der Schlitten 3 weist ferner einen an ihm beweglichen Halter 5 für ein Schweißorgan auf. Wie aus der Schnittansicht der F i g. 2 hervorgeht, wird dieser Halter 5 durch einen U-förmigen Teil gebildet, dessen Schenkel sich parallel zu der Ebene der bei 26 und 27 dargestellten Bleche erstrecken. Der Halter 5 ist um eine Muffe 30 verdrehbar, welche auf der Schulter 29 einer Achse 28 ruht. Diese Achse 28 liegt senkrecht zu der Ebene der Bleche 26 und 27 und gleitet in einem in dem Schlitten 3 ausgebildeten Durchlaß 31.

Wie aus der Draufsicht der F i g. 1 hervorgeht, besitzt die Achse 28 zwei Abflachungen 32 und 33, welche sich über ihre zwischen der Schulter 29 und dem in den Durchlaß 31 eingeführten Ende 34 liegende Länge erstrecken. Da der Durchlaß und die Muffe 30 ebenfalls in ihrem Querschnitt Abflachungen aufweisen, ist die Achse 28 in der Längsrichtung verschieblich, aber undrehbar.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ruht das Ende 35 der Achse 28 über ein Glied mit Rollkontakt 36 auf der freien Oberfläche 37 des überlappenden Blechs 26 neben der Verbindungsstelle 2. Alle Wellungen dieser Fläche 37 werden daher beim Vorschub des Schlittens auf

der Zahnstange auf den Halter 5 in Form von zu der Ebene der Bleche 26 und 27 senkrechten Schwingungen übertragen. Zur Herstellung einer ständigen Berührung zwischen dem Teil 36 und der Oberfläche 37 ist ein Rückholmittel vorgesehen, z. B. eine Schraubenfeder 38, welche in einer Erweiterung 39 des Durchlasses 31 angeordnet ist und sich an dem Halter 5 über das schalenförmige Ende 40 der Muffe 30 abstützt.

Die mit ihrem Rollkontaktglied 36, ihrem Rückholmittel 39 und einer Anschlagmutter 34a an dem Ende 34 versehene Achse 28 bildet somit ein erstes Tastglied oder einen Detektor zur Feststellung der Unregelmäßigkeiten, weiche die Verbindungsstelle 2 in einer zu der Ebene der Bleche 26 und 27 senkrechten Richtung aufweist.

Parallel zu der Achse 28 ist eine Achse 41 in den der Verbindungsstelle 2 am nächsten liegenden Schenkel des Halters 5 eingeschraubt. Diese Achse trägt an ihrem freien Ende einen Finger 42, welcher sich seitlich gegen den Rand 43 des überlappenden Blechs 26 legt. Aus der Figur geht ferner hervor, daß der Finger 42 in einer am Ende der Achse 41 ausgebildeten Ausnehmung 44 gleiten kann, so daß er sich an der Oberfläche 45 des überlappten Blechs 27 abstützen kann. Ein Rückholglied, z. B. eine Schraubenfeder 46a, ist in der Ausnehmung 44 angeordnet, und hält den Finger 42 in ständiger Berührung mit der Oberfläche 45. Wenn der Finger 42 während der Verschiebung des Schlittens mit einer an dem Rand 43 des Blechs 26 vorspringenden Unregelmäßigkeit in Berührung kommt, sucht er offenbar den Halter 5 um die geometrische Achse der Achse 28 zu verdrehen. Der Finger 42 besitzt vorzugsweise einen abgerundeten Querschnitt, um eine Blockierung an einem zu weit vorspringenden Grat zu verhindern. Ferner ist das freie Ende des Fingers 42 zweckmäßig abgeschrägt, um die Reibung an der Oberfläche 45 des Blechs 27 möglichst weitgehend zu verringern. Ein Rückholmittel, z. B. eine Feder 46b welche an einem Ende an der Achse 41 und an dem anderen Ende an einem an dem Schlitten exzentrisch in bezug auf die Muffe 30 angeordneten Befestigungsglied 47 befestigt ist, hält den Finger 42 ständig an dem Rand 43 der Verbindungsstelle 2.

Die mit ihrem Finger 42 und ihren beiden Rückholeinrichtungen 46a, 46b versehene Achse 41 bildet also ein zweites Tastglied zur Feststellung der Unregelmäßigkeiten, welche die Verbindungsstelle 2 in einer zu der Ebene der Bleche parallelen Richtung besitzen kann.

Dank dieser beiden Tastglieder beschreibt ein nicht dargestelltes Schweißorgan, welches in einem an dem Halter 5 befestigten Befestigungsring 48 gehalten wird, beim Vorschub des Schlittens längs der Verbindungsstelle 2 Verschiebungen, welche genau allen Unregelmäßigkeiten der Verbindungsstelle entsprechen. Der das Schweißorgan tragende Ring 48 ist zweckmäßig an dem Halter 5 so angebracht, daß seine Lage und seine Entfernung leicht eingestellt werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Ring 48 an einem Arm 49 befestigt, welcher ein Langloch 50 aufweist, durch welches eine Klemmschraube 51 tritt, welche in einem Langloch 52 eines teilweise schaubildlich in F i g. 2 dargestellten Winkels 53 gleiten kann. Der andere Schenkel dieses Winkels besitzt ebenfalls ein Langloch 54, durch welches eine Schraube 55 zur Befestigung an dem Halter 5 tritt.

Die Arbeitsweise der obigen Vorrichtung sowie der Ablauf der Arbeitsgänge des erfindungsgemäßen Verfahrens sind äußerst einfach. Nachdem die Bleche 26 und 27 vorher durch Punktschweißung so miteinander vereinigt wurden, daß eine etwa lineare Verbindungsstelle entsteht, wie sie bei 2 in F i g. 1 und 2 dargestellt ist, wird das Gestell 1 so festgelegt, daß es sich wenigstens mit seinen Sockeln 20 und 22 an dem Blech 27 abstützt, und daß die Anschlagflächen 23 und 24 an den beiden Enden der Verbindungsstelle 2 auf den Rand 43 des überlappenden Blechs 26 kommen. Nach Anbringung des Schweißorgans in seinem Ring 48 wird dann eine vorherige Einstellung des Schweißorgans nach Lage und Entfernung gegenüber der Verbindungsstelle 2 so vorgenommen, daß das Eindringen der Wärme gemäß der vorzunehmenden Schweißung erfolgt.

Nach Vornahme dieser Regelung und Festzug der Schrauben 51 und 55 wird der Schlitten an ein Ende des ' Gestells gebracht, z. B. auf der Seite des Ständers 6. In dieser Stellung stützt sich der Finger 42 an dem Rand 43 des Blechs 26 und an der Oberfläche 45 des Blechs 27 ab. Man vergewissert sich, daß das Rollglied 36 sich richtig auf der Fläche 37 des Blechs 26 abstützt (bei dem dargestellten Beispiel wird das Rollglied 36 z. B. durch eine zu der Verbindungsstelle 2 parallele Platte gebildet, an welcher drei ausgerichtete Paare von kleinen Rollen 56 gelagert sind). Dank der kräftigen Wirkung der Feder 38, welche genügend stark sein muß, werden die beiden Bleche mittels des Rollgliedes 36 unmittelbar an der Stelle des Schweißbogens kräftig gegeneinander gedrückt.

Nach Inbetriebsetzung des Schweißorgans und Einschaltung des Motors bewirkt das mit der Zahnstange 13 in Eingriff stehende Zahnrad 25 den kontinuierlichen Vorschub des Schlittens 3, und die Schweißung erfolgt längs der ganzen Verbindungsstelle 2. Wenn der Schlitten an das andere Ende des Gestells auf der Seite des Ständers 7 gekommen ist, wird der Strom abgeschaltet, und die Zahnstange wird bei 18 entriegelt, so daß sie f um ihre Achse 16 mittels eines in das Loch 17 eingeführten Werkzeugs verdreht werden kann.

Die Verzahnungen des Zahnrades 25 und der Zahnstange 13 besitzen ein so großes Kopfspiel, daß sie voneinander freikommen und die Zahnstange ausgekuppelt ist. Der Schlitten 3 wird dann von Hand in seine Ausgangsstellung zurückgeführt.

Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. So kann das Gestell 1 zur Vornahme einer Nahtschweißung von Wellblechen ausgebildet werden, indem in eine Welle des Blechs eintretende Sockel 20 und 22 vorgesehen werden. Für den Teil 36 kann ein Reibungskontakt vorgesehen werden, die Zahnstange 13 kann mit einer automatischen Auskupplung am Hubende versehen werden, usw.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur automatischen Nahtschweißung eines Werkstücks, mit einem Schweißbrennerhalter, der nach Höhe und Seite auslenkbar ist, in einem entlang der Schweißstelle stetig fortbewegten, über einen Motor betriebenen und zwangläufig geführten Schlitten gelagert ist und um eine quer zur Schweißnahtrichtung gerichtete, axial verschiebbare und nicht drehbar gelagerte Trägerachse drehbar, jedoch gegenüber dieser axial festgelegt ist, und mit einem an der Trägerachse angeordneten, sich an dem Werkstück abstützenden und an diesem entlang rollend verfahrbaren Abtastmittel, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Überlappungskehlnahtschweißung von zwei Blechen (26, 27) die Träger- bzw. Drehachse (28) des Schweißbrennerhalters (5) elastisch über eine Rückstellfeder (38) und gegen diese axial verschiebbar unmittelbar mit ihrem einen, ein Abtastmittel (36, 56) bildenden Ende (35) senkrecht auf die der Schweißstelle (2) benachbarte Oberfläche (37) des überlappenden Bleches (26) gedruckt wird, und daß der Halter (5) fest mit einer parallel zur Drehachse (28) im Abstand von derselben verlaufenden Stange (41) verbunden ist, welche mit ihrem das verfahrbare Abtastmittel bildenden freien Ende (42) durch elastische Rückstellmittel (46a, 46b) einerseits senkrecht gegen die der Schweißstelle (2) benachbarte Oberfläche (45) des überlappten Bleches (27) und andererseits gegen den die Schweißstelle begrenzenden, einen senkrecht zur Oberfläche (37) stehenden und eine Seitenkantfläche bildenden Rand (43) des überlappenden Bleches (26) gedrückt gehalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stange (41) über einen gefederten Stift (42) endweise an der Oberfläche (45) des überlappten Bleches (27) abstützt, wobei der Stift (42) vorzugsweise einen runden Querschnitt und eine abgeschrägte freie Spitze aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit am Schweißbrennerhalter angebrachtem Schweißbrennerträger und regelbaren Verstellmitteln für den letzteren, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbrennerträger (48, 49) in drei zueinander senkrechten Richtungen vorzugsweise jeweils über geradlinige Führungsnuten bzw. -schlitze (50,52,54) und mit diesen zusammenwirkende Führungszapfen so (51,55) verstellbar ist.

4. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, mit einem, auf zwei gleichgerichteten, im wesentlichen parallel zur Schweißstelle verlaufenden, an einem ortsfesten Gestell befestigten Führungsschienen verfahrbaren Schlitten, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge von den die Schienen bildenden Führungsstangen (8, 9) etwa gleich derjenigen der Schweißstelle (2) ist, wobei das Gestell (1) vorzugsweise mindestens teilweise auf dem überläppten Blech (27) aufliegt und mit zwei am Gestell (1) verstellbar angebrachten, jeweils an den beiden entgegengesetzten Enden der Schweißstelle (2) gegen den Rand (43) des überlappenden Bleches (26) anlegbaren Anschlägen (20,23; 22,24) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, mit einer parallel zu den Führungsschienen verlaufenden, am Gestell angeordneten und mit einem durch einen Motor angetriebenen und zusammen mit demselben von dem Schlitten getragenen Zahnrad kämmenden Zahnstange, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (13) um eine zu ihrer Längsrichtung parallelen Achse (16) drehbar und vorzugsweise fest mit dem Gestell (1) über Feststellmittel (18) verbindbar ist, wobei die Zahnstange (13) durch Verdrehung wechselweise in und außer Eingriff mit dem mit Spiel mit der Zahnstange kämmenden Zahnrad (25) gebracht werden kann.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (38) für die den Schweißbrennerhalter (5) tragende Tastachse (28) genügend stark ist, um das überlappende Blech (26) im Bereich der zu bildenden Schweißnaht mit Gewalt gegen das überlappte Blech (27) zu drücken.