DE1907030C3 - Verfahren zum Lichtbogen-AuftragsschweiBen auf eingebauten Maschinenteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogen-Auftragsschweißen auf metallischen Werkst ükken, die mit Schmiermittelkanälen versehen sind und Teile einer Baugruppe bilden.

Es ist seit langem üblich, Hartmetalle durch Schweißen auf den abgenutzten Oberflächen von Maschinenteilen bei deren Überholung aufzubringen. Dabei war es bisher üblich, die Maschinen vollständig auseinanderzunehmen, die einzelnen Teile zu reinigen und zu überholen, hartes Auflagematerial auf abgenutzten Teilen durch Schweißen aufzubringen und die Teile dann vor dem Zusammenbau auf die richtige Größe zu bringen. Die die Raupenketten eines Traktors haltenden Trag- und Laufrollen können zur Erläuterung der Überholungsbehandlung herangezogen werden.

Die Rollen für die Raupenketten haben gewöhnlich einen Außenrand, auf dem die Raupenkette direkt aufliegt, und werden von einer innenseitigen Vorrichtung getragen. Gewöhnlich sind Schmiermittel enthaltende Zwischenräume zwischen der innenseitigen Vorrichtung und dem Außenrand vorgesehen, die nach außen hin abgeschlossen sind, so daß sich zumindest im Inneren der Rollen eine Anordnung hoher Abnutzungsfestigkeit ergibt. Die Außenränder der Rollen benötigen daher eine Überholung, lange bevor an der innenseitigen Vorrichtung irgendwelche Wartungsarbeiten vorgenommen werden müssen. Trotz des guten Zustandes der innenseitigen Vorrichtung war es bisher üblich, die Rollenanordnung vollkommen auseinanderzunehmen, um einen neuen Außenrand anzusetzen. Dazu werden die Rollen erst abgenommen und die Einzelteile gereinigt. Anschließend werden die abgenutzten Oberflächen der Rollenaußenränder zum Aufschweißen nach verschiedenen Schweißverfahren vorbereitet. Während des Auftragsschweißens erreicht der Rollenaußenrand gewöhnlich hohe Temperaturen, die eine gewisse Verzerrung und Schrumpfung jier Walze hinterlassen. Nach Beendigung der Aufbringungsarbeiten werden deshalb die Rollen nachgearbeitet und ausgebohrt, um die ursprünglichen Werte der Bohrung bzw. der Außenmäße zu erhalten und um vollkommene Rundheit der Achsbohrung zu erzielen. Die Walzen werden dann wieder zusammengebaut und mit Schmiermittel gefüllt, ehe sie wieder in den Traktor eingesetzt werden.

Ein beträchtlicher Teil der gesamten Überholkosten einer Maschine, beispielsweise eines Traktors, entfällt auf d? Zerlegen und das WiederzusammenbauerL Dies ist besonders der FaIL wenn

S Einzelteile wieder auf eine gewisse Größe gebracht werden müssen, wie im Falle der Rollen. Netürüch würde eine direkte Aufbringung (z. B. durch Schweißen) von Auffüllmaterial auf eine eingebaute Rolle mit Sicherheit die Temperatur auf Werte bringen, die zu einer Zerstörung der Rolle als Ganzes führen wurden.

In einem dem bisherigen Stand der Technik entsprechenden Verfahren wird die Rolle in ein Wasserbad teilweise eingetaucht, um sie auf einer niedrigen

¹S Temperatur zu halten. Wenn dieses Verfahren wie vorgesehen funktioniert, werden der Rollenaußenrand und andere Teile der Rolle durch die beim Schweißen entstehende Hitze nicht verzerrt, und es ergibt sich deshalb eine wesentliche Zeit- und Arbeitsersparnis. Doch ist dieses Verfahren mit bestimmten Mängeln behaftet. So ist es insbesondere schwierig, ja praktisch unmöglich, das Metall in einem einzigen, ununterbrochenen Arbeitsgang aufzubringen, d.h. der Walzenaußenrand muß Abschnitt für Abschnitt mit querliegenden Schweißraupen aufgefüllt werden. Bei Anwendung dieses Verfahrens ist es deshalb gewöhnlich schwierig, die aufgefüllte Oberfläche so zu halten, daß die Walze als Ganzes zylinderförmig bleibt.

Eine andere Schwierigkeit ergibt sich bei der Verwendung eines Tauchbades insofern, als der Schweißbogen nasse Abschnitte am Werkstück trifft, wobei Wasserstoff entsteht, der zur Ausbildung von feinen Löchern in der Oberfläche führt. Auch können sich bei der Anwendung dieses Verfahrens Temperaturunterschiede in den Walzen einstellen, die dann zu unzulässigen Verbiegungen führen und ein vollständiges Zerlegen und Nacharbeiten des Werkstücks erforderlich machen können.

Ein anderer Mangel dieses Verfahrens ist es, daß Unterpulverschweißen eventuell nicht möglich ist. Wenn eine körnige Schweißpaste verwendet wird, um den Schweißbogen abzuschirmen, steht zu erwarten, daß die Schweißpaste in das Wasserbad fällt, feucht

und damit unbrauchbar wird. Derartige Verluste an Schweißpaste stellen einen beträchtlichen wirtschaftlichen Nachteil der Unterpulververschweißverfahren dar, wenn das Werkstück in einem Wasserbad gekühlt wird.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können drehbare und mit Schmiermittelkanälen versehene Teile einer Maschinenteil-Untergruppe überholt und mit Hartmetall-Oberflächen versehen werden, indem die Schmiermittelkanäle an eine Kühlmittel-Umwälzvorrichtung angeschlossen und während des Schweißens mit Kühlmittel beschickt werden, wobei das Werkstück in der Konstruktionseinheit eingebaut bleibt.
Auf den der Beschreibung beigefügten Zeichnun-

gen ist ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung verschiedener Einzelheiten und Vorteile der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Überholen von Maschinenteilen gemäß

6s vorliegender Erfindung;

F i g. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht längs der Linie 2-2 in Fig₄ 1;

Fig. 3 ist schließlich eine schematische Darstellung

des in Fig. 1 angedeuteten Flüssigkeitsdurchflusses.

Zunächst zeigt Fig. 1 eine Maschinenteil-Untergruppe S eines Traktors, die aus einem Satz Rollen 10 besteht, die einen Abschnitt der Raupenkette eiaes Traktors tragen. Im allgemeinen wird die Untergruppe S während der Reparatur fesi auf einem Träger (nicht dargestellt) montiert, s* daß die einzelnen Rollen 10 leicht zugänglich sind. Die Rollen werden nacheinander unter dem Lichtbogenschweißgerät W aufgeschweißt, während ein flüssiges Kühlmittel durch die gerade bearbeitete Walze vermittels des Kühlsystems C geschickt wird. Dadurch kann jede Rolle R überholt werden, ohne daß sie dabei von der Maschinenteil-Untergruppe S abgenommen werden muß. Die Überholungskosten werden dadurch beträchtlich ¹S verringert.

In Fig. 1 ist die Überholung einer mit 10 bezeichneten Rolle dargestellt Die Aufschweißung erfolgt GBt Schweißdraht 12 (ganz rechts dargestellt), der von der Drahtrolle 14 mittels des Motors 16 abgewickelt ^a° wird. Der Motor treibt die Rolle 18, über die der Schweißdraht durch das Rohrstück 20 und weiter zum Werkstück läuft.

Das Rohrstück 20 endigt am Universalgelenk 22, das seinerseits an das biegbare Endstück 24 angesetzt *5 ist, so daß der Schweißdraht 12 bis an die Rolle 10 herangeführt wird. Ander Rolle 10 wird der Schweißdraht durch eine Führung 26 einem Lichtbogen zugeführt; die Führung dient gleichzeitig zur Zuführung elektrischer Energie, die von einem Generator 28 3» kommen kann. In Fig. 1 ist der Generator 23 und sein Anschluß an die Maschinenteil-Untergruppe 5 vermittels des Leiters 30 einerseits und der Führung 26 mit dem Leiter 21 andererseits nur schematisch dargestellt.

Der Schweißbogen wird in pulverförmigem oder körnigem Flußmittel (Schweißpaste) eingetaucht gehalten, das seinerseits über die konische Düsenöffnung 34 über die Bogenzone verteilt wird. Auch kann der Elektrobogen unabgedeckt oder mit einer Schutzgas-Atmosphäre umgeben sein oder in anderer Weise erzeugt werden.

Während die Rolle 10 durch das Schweißgerät W mit Metall beschichtet wird, wird die Rolle 10 durch die Antriebsvorrichtung 36 gedreht. F i g. 1 zeigt die Antriebsvorrichtung 36 in schematischer Form; die Antriebsvorrichtung kann aus einem kleinen Motor mit angesetztem Getriebe bestehen, das an den Außenrand der Rolle 10 durch eine Reibungsrolle angekuppelt ist (in der Figur durch die gestrichelte Linie 38 angedeutet). Wenn der Außenrand der Walze 10 gedreht wird, werden das Endstück 24 mit der Düsenöffnung 34 und die Führung 26 langsam über die Rolle 10 vermittels der Beförderungsvorrichtung 40 bewegt. Die Beförderungsvorrichtung 40 ist an das Endstück 24 mit dem Arm 42 angekoppelt. Die an sich bekannte Beförderungsvorrichtung 40 kann in verschiedener Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein Zahnrad und eine Zahnstange umfassen, die den Arm 42 mit konstanter Geschwindigkeit weiterbewegen. Das βο Universalgelenk 22 paßt sich dieser Bewegung an, und in Verbindung mit der Drehung der Rolle 10 wird Auffüllmaterial in der Form mehrerer Ringe oder einer dichten Schraubenwindimg auf der Walze aufgebracht. Die Beschichtung kann auch in anderer Form, z.B. als querliegende Schweißraupen, aufgebracht werden.

Wie bereits vorher erwähnt, umfaßt die Walze 10 gewöhnlich eine innenseitige Vorrichtimg, die eine Lagerfläche darstellt uad im folgenden als Innenrand bezeichnet wird. Schmiermittelaufnehmende Vertiefungen sind am Innenrand vorgesehen. Die inneibeitigen Teile der Walze haben bei Einsatz von Schmieriaitteln eine geringe Abnutzung. Gewöhnlich ist ein Zugang zu den innenseitigen Teilen der Walze 10 durch eine einzige öffnung gegeben, die in Achsrichtung in die Walze hineingeht und durch radiale Zweigkanäle mit den Lagerflächen verbunden ist Schmiermittel wird durch die öffnung unter relativ niedrigem Druck eingeleitet, und dadurch wird die Walzentemperatur unterhalb eines Wertes gehalten, von dem an Schaden in der Walze auftreten könnten.

Im Kühlsystem C ist ein Tank 44 als Flüssigkeitsvorratsbehälter vorgesehen, von dem die Flüssigkeit mittelsder Pumpe 48 zu der Walze 10 durch die Zuleitung 50 und den Wärmeaustauscher 54 geleitet wird. $ine Kückleitung 52 bringt die Flüssigkeit von der Walze 10 in den Tank 44 zurück. Wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben, werden die Zuleitungen 50 und die Rückleitung 52 in die Walze 10 in der Form eines Paares konzentrischer Rohre eingesetzt. Wie außerdem weiter unten noch im einzelnen ausgeführt wird, ist eine Durchflußregelung notwendig, um zu garantieren, daß die Flüssigkeit ständig durch den gesamten Innenraum der Walze 10 fließt. Einzelheiten der Anordnung sind in F i g. 2 gezeigt, während Fig. 3 eine schematische Darstellung des Durchflusses ist. In diesen beiden Figuren sind die Bezugssymbole die gleichen wie in Fig. 1.

Die in F i g. 2 dargestellte Rolle hat die felgenartige Außenkante 56, die auf der aus verschiedenen Teilen bestehenden innenseitigen Struktur 58 angebracht ist. Die gesamte innenseitige Struktur ist auf der Welle 60 gelagert, die ihrerseits in Ansätzen 62 gelagert ist und dadurch einen Teil der Maschinenteil-Untergruppe S bildet. Die dargestellte Anordnung ist beispielhaft für eine Vielzahl drehbarer Maschinenteile.

Die Welle 60 in der Rolle 10 hat in der Mitte den Flansch 64, durch den die Anordnung im Inneren in zwei nicht völlig symmetrische Hälften geteilt wird. Die Welle 60 ist auf beiden Seiten des Flansches 64 in Lagern 66,68 gelagert. Die Lager haben gebogene öffnungen 70 an ihrem Umfang in Radtalrichtung angebracht sowie zusätzliche Durchlaßöfinungen, um die Zirkulation von Schmiermittel zu ermöglichen. Ein zur Welle 60 konzentrischer Lagerungszylinder 72 stellt das Gegenstück zu den Lagern 66, 68 dar; dieser Lagerungszylinder wird durch die Stiftschraube 74 zwischen den Lagern 66, 68 gehalten.

Beim normalen Betrieb der Rollenordnung werden die Lager 66,68 durch das in der Rolle 10 befindliche, luftdicht nach außen abgeschlossene öl geschmiert. Insbesondere füllt das öl auch die öffnungen 70 und die unten beschriebenen Durchflußöffiiungen. Die das öl enthaltenden Kammern der Rolle 10 sind mittels Abschlußdichtungen 76 abgedichtet; jede dieser Dichtungen besteht aus einem Paar nichtmetallischer elastischer Ringe 78, die Metallringe 80 zur Abdichtung an Innenflächen angepreßt halten: Die nichtmetallischeii Ringe, die aus Gummi oder gummiähnlichem Material bestehen, werden durch ringförmige Naben 82 festgehalten, die den Abschluß der Rollen bilden.

Nach der vorstehend gegebenen allgemeinen Beschreibung der Erfindung und einer als Beispiel gewählten, an sich bekannten Rollenanordnung kann ein

1

volles Verständnis der Erfindung am besten erzielt werden durch Erläuterung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer zweckmäßigen Vorrichtung an einer Ausführung im Falle einer Rolle lO.iEs'set deshalb angenommen, daß die Rolle 10 zunächst wie"iä Fig."! gezeigt angebracht ist, und daß die Führung 26 füf den Schweißdraht und die Düsen-Öffnung 34 zum Betrieb aufgesetzt sind. Außerdem liegt eine an die Antriebsvorrichtung 36 angekoppelte Reibungswalze 84 (Fig. 2, rechts unten) an der Außenkante 56 an und dreht die Außenkante 56, und damit die Rolle 10, mit einer bestimmten Geschwindigkeit.

Um direkten Kontakt zwischen der Flüssigkeit und der Rolle 10 herzustellen, wird das Kühlsystem C ¹S (Fig. 1) an die Innenteile der Rolle 10 über die Flüssigkeitszuführung 86 angekoppelt. Die Einlaßleitung 50 (Fig. 2) vom Kühlsystem geht in Achsrichtung durch den Einsatz 88, der in die Einlaßöffnung 90 eingeschraubt ist. Diese Einlaßöffnung dient norma- ao lerweise zum Auffüllen der Walze mit Schmiermittel und kann mit einem stöpselartigen Verschluß (nicht dargestellt) abgeschlossen werden. Die Flüssigkeitszuführung stellt den Anschluß der Einlaßleitung 50 an das Einlaßrohr 92 her, das in die Bohrung 94 in der Mitte der Welle 60 ragt. Am Einlaßrohr ist eine aus einem Dichtungsring (O-Ring) bestehende Dichtung 96 vorgesehen, um eine Abdichtung zwischen der Außenseite des Einlaßrohrs 92 und dem Inneren der Bohrung 94 zu ergeben. Die Flüssigkcitszuführung 86 umschließt ferner einen äußeren, zum Einlaßrohr 92 konzentrischen Kanal 98, der durch eine in Radialrichtung verlaufende Bohrung 100 mit der Auslaßleitung 52 verbunden ist.

Der Betrieb der Vorrichtung wird! nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. Während die Reibungswalze 84 die Rolle 10 dreht, wird ein Schweißbogen zwischen dem über die Führung 26 zugeführten Draht und der Oberfläche der Rolle 10 erzeugt. Das auf der abgenutzten Oberfläche 104 der Rolle 10 abgeschiedene Auffüllmaterial 102 (Hartmetall) stellt die ursprüngliche Oberfläche wieder her, so daß eine Weiterverwendung der Rolle möglich ist. Wie vorher in der zur Erläuterung benutzten Ausführungsform erwähnt, kann das Auffüllmaterial 102 die Form einer engen Wendel, einer Folge von Ringen od. dgl. haben. Diese Formen ergeben sich durch entsprechende Überlagerung des Antriebs an der Außenkante 56 und der Bewegung der Führung 26.

Während der Abscheidung des Auffüllmaterials 102 wird die Rolle 10 beträchtlich aufgeheizt. Doch wird die Hitze durch die Kühlflüssigkeit abgeführt, die durch die der Schmierung dienenden öffnungen und Kanüle innerhalb der Rolle 10 zirkuliert. Insbesondere wird Flüssigkeit durch die Einlaßleitung 50, die Flüssigkeitszuführung 86 und das Einlaßrohr 92 in die Bohrung 94 in der Walze gebracht. Die Dichtung 96 verhindert, daß Flüssigkeit von der Auslaßöffnung des Einlaßrohres 92 direkt zur Ausflußleitung 52 fließt. Die Flüssigkeit fließt durch einen in Radialrichtung verlaufenden, in der Welle 60 angebrachten Kanal 106 an die Lagerfläche «8. Die Lagerflache 68 begrenzt die Öffnungen 108,110 für das Schmiermittel, die zusammen mit den im Flansch (64 angebrachten DuTchlaßöffnungen 112 eine Rückkehr der nüssig- 6s keh zur Bohrung in der Welle durch einen weiteren, in Radialrichtung verlaufenden Kanal 114 an der Flüssigkeitszuführung 86 ermöglichen. Die verschiedenen, von der Kühlflüssigkeit durchflossenen Öffnungen und Kanäle sind in einer Ebene liegend dargestellt, was in der Praxis kaum der Fall sein dürfte. Diese Darstellung wurde gewählt, um den Verlauf der Kühlflüssigkeit zu erläutern (siehe auch Fig. 3).

Nach Rückkehr durch den in Radialrichtung verlaufenden Kanal 114 zur Bohrung 94 geht die zirkulierende Flüssigkeit durch den Kanal 98 ab, der einerseits durch die Außenseite des Einlaßrohres 92 und andererseits durch die Wandung der Bohrung 94 gebildet wird. Der Abfluß verläuft weiter durch den Einsatz 88 mit der Bohrung 100 zur Auslaßöffnung 52, die die Flüssigkeit zum äußeren Abschnitt des Kühlkreislaufs zurückbringt.

Bei der Verwendung des Kühlsystems erwies es sich als zweckmäßig, den Druck, unter dem die Kühlflüssigkeit innerhalb der Rolle 10 steht, relativ niedrig zu halten. Bei der zweifellos bestehenden Druckabhängigkeit der Durchflußgeschwindigkeit in der Kammer hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Druck innerhalb der Rolle 10 unterhalb 3 kp/cm² zu halten.

In vielen Fällen erwies es sich auch als zweckmäßig, das normale Schmiermittel für die Walzen 10 als flüssiges Kühlmittel im Kühlkreislauf zu verwenden. Gewöhnlich werden die hier betrachteten Walzen mit verschiedenartigen, handelsüblichen Schmierölen geschmiert. Derartige öle erwiesen sich als gute Kühlmittel, bei denen nicht die Gefahr bestand, daß die Innenräume der Walzen 10 verunreinigt würden. In Fällen, in denen mehrere Schweißbögen gleichzeitig verwendet werden, kann es zweckmäßig sein, ein Kühlmittel mit stärkerer Wärmeableitung zu verwenden. Eine Mischung von etwa 10% in Wasser dispergierten Schneidöls erwies sich als besonders geeignet. Mindestens 7 bis 30 Volumprozent eines in Wasser dispergierbaren Öls sollten in dem Kühlmittel zusammen mit Wasser verwendet werden.

Zusammenfassend kann eine beispielhafte Form des erfindungsgemäßen Verfahrens in der folgenden Weise dargestellt werden:

Die Maschinenteil-Untergruppe S (F i g. 1) wird so montiert, diß jede der Rollen R leicht zugänglich ist. Dann wird die Antriebsvorrichtung 36 an eine der Rollen 10 mittels der Reibungswalze 84 angekoppelt (F i g. 2), die ihrerseits an der Außenkante 56 angreift. Anschließend wird die Vorrichtung W zur Bogenschweißung mit der Drahtführung 26 (Fig. 2) auf die abgenutzte Oberfläche 104 ausgerichtet. Der ölstopsel (nicht gezeigt), der normalerweise die Einlaßöffnung 90 der Walze 10 verschließt, wird dann entfernt und der Einsatz 88 eingesetzt, wodurch das Einlaßrohr 92 in die Bohrung 94 eingeführt und eine Abdichtung vermittels der Dichtung 96 geschaffen wird. Die Reihenfolge dieser Vorbereitung kann abgeändert werden. Wenn alle Vorbereitunisarbeiten beendet sind, findet die eigentlich Überholung statt, d.h. die Außenkante 56 wird in Drehung versetzt, während gleichzeitig Hartmetall durch Aufschweißen auf die Rollenaußenseite aufgebracht und Flüssigkeit durch die der Schmierung dienenden Innenabschnitte der Rolle gepumpt wird. Die vom Lichtbogen erzeugte Hitze wird in genügendem Maße durch die Kühlflüssigkeit abgeführt, so daß ein überhitzen irgendwelcher Abschnitte der Rolle 10 vermieden wird und die Rolle betriebsbereit und mit den anderen Teilen maßgerecht verbunden bleibt.

Nach Abschluß der Uberholarbeiten wird die Flüssigkeitszuführung 86 von der Einlaßöffnung 90 abge-

löffiargelüfk

(o

ufder 3)· .; g verarku*-

nommen und der olstöpsel wieder eingesetzt, so daß die Innenteile der Rolle 10 mit Schmieröl gefüllt bleiben und für einen längeren Betrieb bereitstehen. Wenn ein nicht mit dem Schmieröl identisches Kühlmittel verwendet wurde, z. B. eine öldispersion in Wasser, müssen die Innenabschnitte der Walze ausgespült und mit Schmiermittel aufgefüllt werden. Es hat sich dabei als günstig erwiesen, ein Lösungsmittel durch die Innenabschnitte der Walze zu spülen, dann das Kühlsystem abzunehmen und die Innenabschnitte mit flüssigem Schmiermittel wieder aufzufüllen.

pmd

tJEtn-K#hl-

S sich ilflüsiedrig :kab-Kam- >ruck ilten. äßig, ^ flüs-

mit igeühl- > die i. In eitig ein venper-

sser am-

orm
den

1 so
ist.
der
ielt
ift.
Midie

Hieirzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Lichtbogen-Auftragsschweißen auf metallischen Werkstöcken, die mit Schmiersnittelkanälen verseben sind and Teile einer Baugruppe bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiennitteücsinäle (94) an eine Kühlmittel-Urawälzvorrichtuiag (48) angeschlossen und während des Schweißens mit Kühlmittel beschickt werden, und daß das Werkstück (10) in der Konstruktionseinheit (S) eingebaut bleibt