DE19642701C2

DE19642701C2 - Tragbare Einrichtung zum mechanisierten Schweißen von Kehlnähten in zwei Achsen

Info

Publication number: DE19642701C2
Application number: DE19642701A
Authority: DE
Inventors: Martin Stroefer; Hendrick Butthoff
Original assignee: SCHWEISTECHNISCHE LEHR und VER
Current assignee: SCHWEISTECHNISCHE LEHR und VER
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2016-10-17
Also published as: DE19642701A1

Description

Die Erfindung betrifft eine tragbare Einrichtung zum mechanisierten Schweißen von Kehlnähten, die es ermöglicht, Nähte, die in ihrem Verlauf eine Richtungsänderung aufweisen, nacheinander ohne Unterbrechung zu schweißen.

Es ist bekannt, beim Schweißen die Steuerung der Schweißbrenner mit Hilfe recht aufwendiger Gerätesysteme vorzunehmen. Diese Gerätesysteme können auch als Schweißroboter bezeich net werden, wobei die Bewegung des Schweißbrenners durch in ihrem Winkel zueinander einstellbare Achsen in drei Freiheitsgraden erfolgt. Es wird auf DE 31 43 834 C2, DE 35 45 505 A1, DE-Prospekt Fachinformation Kuka Augsburg 7.1976, Nr. 3, EP 00 01 221 A1 verwiesen.

Mit der Nutzung dieser Roboter, die z. B. in einer Werkhalle aufgestellt sind, lassen sich sehr rationell Schweißaufgaben lösen. Für eine einfache Verwendung auf der Baustelle unter Montagebedingungen sind diese Gerätesysteme ungeeignet.

Es sind weiterhin Geräte und Einrichtungen bekannt, die vom Bediener zur Schweißstelle transportiert werden und nach dem Ansetzen am Bauteil eine in Länge und Geschwindigkeit einstellbare Schweißbewegung des Brenners erzeugen. Unabhängig von der Erzeugung der Brennerbewegung, der Führung des Brennerschlittens und der speziellen konstruktiven Ausformung ist das Funktionsprinzip bei allen bekannten Varianten vergleichbar. Derartige Geräte sind beispielsweise als "Mechanisierungshilfe zum Schweißen kurzer Kehlnähte" in "DER PRAKTIKER", Düsseldorf, Heft 9/1993, S. 542-546 oder als "Heftschweißgerät" in "DER PRAKTIKER", Heft 5/1992, S. 300 beschrieben.

Die Geräte werden vom Bediener am Bauteil positioniert, wobei unterschiedlich ausgeführte Positionierhilfen als mechanische Anschläge das Auffinden der Nahtfuge erleichtern und damit die vorgesehene Position des Schweißbrenners sicherstellen. Nachdem das Gerät in die vorgesehene Position gebracht wurde, wird vom Bediener der Schweißvorgang gleichzeitig mit der Vorschubbewegung des Brenners entlang der zu schweißenden Nahtfuge gestartet. Nach Erreichen einer in der Regel einstellbaren Endlagenbegrenzung werden Bewegungs- und Schweißvorgang von der Gerätesteuerung gestoppt und die Einrichtung kann vom Bediener zur nächsten Schweißstelle transportiert und wieder in Betrieb gesetzt werden. Mit diesen Geräten ist es möglich, Schweißnähte mit exakt vorher einstellbarer Länge und in der optimalen Position zu fertigen.

Der entscheidende Vorteil bei Verwendung solcher Kleinschweißgeräte gegenüber dem Handschweißen besteht darin, daß der subjektive Einfluß des Schweißers hinsichtlich der ordnungsgemäßen Nahtausführung weitestgehend ausgeschlossen wird und dadurch potentielle Fehlerquellen vermieden werden. Dies betrifft insbesondere die exakte Brennerposition zur Nahtfuge, die präzise Einhaltung der jeweiligen Nahtdicke durch eine konstante Vorschub bewegung des Brenners während des Schweißprozesses.

Bedingt durch die Art der Erzeugung der Brennerbewegung ist es naturgemäß nur möglich, Schweißnähte entlang einer geraden Linie zu schweißen. Dadurch ist es nicht möglich, Nähte, die in ihrem Verlauf eine Richtungsänderung aufweisen, zu schweißen. Solche Verbindungen kommen beispielsweise dann zustande, wenn Winkel- oder Rechteckprofile stumpf an flächige Bauteile angeschlossen werden sollen. Weitere Nähte mit einem solchen Verlauf entstehen auch, wenn innerhalb der Bauteilstruktur sogenannte Fächer entstehen, die in den Rahmenecken winklig zueinander stehende Kehlnähte aufweisen.

Ein erneutes Ansetzen des Gerätes zum Schweißen des zweiten Nahtabschnittes würde nur ein unvollständiges Erfassen der gesamten Nahtlänge ermöglichen und zudem eine Ansatzstelle im Nahtverlauf bedeuten, welche naturgemäß immer als potentielle Fehlerquelle anzusehen ist.

Es soll auch nicht unerwähnt bleiben, daß vom Bediener tragbare Schweißgeräte mitunter aus Zeitgründen nicht bis zum tatsächlichen Ende der Naht bzw. bis zum Erlöschen des Licht bogens in Arbeitslage belassen werden. Auch dadurch ergeben sich Mängel am Nahtabschluß, die allerdings primär nicht gerätebedingt sind.

Ein weiterer und entscheidender Nachteil der bekannten Gerätevarianten besteht darin, daß es nicht möglich ist, die Naht direkt bis in eine Rahmenecke hinein zu schweißen. Der Grund dafür besteht in der Gestaltung der Positionier- oder Distanzelemente, die sich beidseitig der zu schweißenden Naht direkt in der Nahtfuge bzw. Bauteilkehle abstützen. Dadurch ist es unumgänglich, daß beidseitig der zu schweißenden Naht Bereiche der Fuge von den Positionierelementen verdeckt werden und auch bei einem winklig angestellten Schweißbrenner von diesem nicht zu erfassen sind.

Ausgehend von den Nachteilen bekannter Kleinschweißgeräte ergibt sich daher die Aufgabenstellung, eine tragbare Einrichtung zu entwickeln, die es gestattet, ohne zeitliche Unterbrechung und ohne Veränderung der Position nacheinander zwei Kehlnahtabschnitte mit unterschiedlicher Richtung zu schweißen. Dies trifft insbesondere auf die Anschlüsse von Bauteilen zu, die winklig zueinander stehen und in ihrer Struktur sogenannte Rahmen bzw. Fächer bilden. Hier ist es zum Beispiel erforderlich, in der Rahmenecke die aus horizontaler und vertikaler Kehlnaht bestehenden Anschlüsse ohne Unterbrechung zu schweißen. Weiterhin sind für die Einrichtung geeignete Mittel zu entwickeln, die während der Bewegung des Schweißbrenners und der damit verbundenen Verlagerung des Geräteschwerpunktes die ordnungsgemäße Position der Einrichtung gegenüber dem Bauteil sicherstellen, ohne daß die Einrichtung ständig vom Bediener manuell in Arbeitslage gehalten werden muß. In diesem Zusammenhang soll gewährleistet sein, daß eine Entnahme des Gerätes aus der Arbeitslage erst in dem Moment möglich wird, wenn der Lichtbogen erloschen ist.

Die zugehörige Steuerung muß so beschaffen sein, daß es für den Bediener möglich ist, in beiden Bewegungseinrichtungen die jeweils erforderliche Schweißgeschwindigkeit vorzu wählen sowie die jeweilige Richtung vorzugeben, in der neben der Bewegungsfunktion auch die zugehörige Schweißtechnik aktiviert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.

Entsprechend dem Patentanspruch 1 wird eine tragbare Einrichtung zum mechanisierten Schweißen von Kehlnähten in zwei Achsen vorgeschlagen, wobei die tragbare Einrichtung mit einem Halteelement zur Lagersicherung der Einrichtung während des Schweißens versehen ist. Mit dem Halteelement gemäß Patentanspruch 1, z. B. als Elektromagnet ausgebildet, wird der Forderung nach ordnungsgemäßer Position der Einrichtung gegenüber dem Bauteil bei Veränderung des Geräteschwerpunktes entsprochen. Weiterhin wird die Arbeitslage bis zum Erlöschen des Lichtbogens gewährleistet (siehe hierzu Anspruch 3). Eine vertikale und eine horizontale Antriebsachse bewegen einen Support mit Schweißbrenner, so daß eine Bewegung des Schweißbrenners in zwei Achsen erfolgen kann. Damit ist prinzipiell bei Richtungs änderung des Nahtverlaufes ein Schweißen ohne zeitliche Unterbrechung in zwei Achsen möglich.

Weiterhin ist gemäß Patentanspruch 2 zur Verhinderung der zeitlichen Unterbrechung des Schweißprozesses und zur Gewährleistung eines konstanten Abstandes zwischen Brennerspitze und Bauteilkehle über die gesamte Länge hinweg das Gehäuse der Einrichtung mit Distanz- bzw. Positionierelementen ausgestattet, welche so angeordnet sind, daß sie an keiner Stelle die Zugänglichkeit des Brenners zum zu schweißenden Nahtabschnitt auch nur teilweise behindern.

Die von außen zugänglichen und mechanisch verstell- und arretierbaren elektromechanischen Schaltelemente gemäß Patentanspruch 5 ermöglichen das jeweils unabhängige Einstellen der zu schweißenden Nahtlänge und das Einstellen der Schweißgeschwindigkeit je Nahtabschnitt. Gemäß Patentanspruch 6 wird einer Forderung entsprochen, daß - abgesehen von der Bewegungsfunktion, während der des Schweißens erfolgt - gegebenenfalls in der anderen Richtung eine reine Zustellbewegung zum Erreichen der Ausgangslage erzeugt wird.

Mit der beschriebenen Einrichtung wird eine gleichbleibende Schweißnahtqualität auch an komplizierten und schlecht zugänglichen Fügestellen gewährleistet, indem die Bewegungs parameter, wie Schweißgeschwindigkeit, Nahtlänge und exakte Position des Schweißbrenners zur Fügestelle durch die Gerätetechnik sichergestellt und somit potentielle Fehlerquellen durch das subjektive Empfinden des Schweißers ausgeschlossen werden.

Nachfolgend soll anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1: Prinzipdarstellung der tragbaren Einrichtung

Fig. 2: Nahtanordnung an einem Bauteil

Bezugszeichenliste

1

Nahtabschnitt vertikal

2

Nahtabschnitt horizontal

3

Bauteil

4

Distanzelemente

5

elektromotorische Bewegungsachse (horizontal)

6

elektromotorische Bewegungsachse (vertikal)

7

Gehäuse

8

Schweißbrenner

9

elektromechanisches Schaltelement

10

elektromechanisches Schaltelement

11

Halteelement

12

Support

13

Positionierelement

Gemäß Fig. 1 handelt es sich um eine Ausführung der Einrichtung zum Schweißen von zwei senkrecht zueinander stehenden Kehlnahtabschnitten 1 und 2.

In Fig. 2 ist eine Nahtanordnung dargestellt, wie sie beim Schweißen von fächerartigen versteiften Blechen typisch ist.

Die Einrichtung wird in der Art und Weise am Bauteil 3 positioniert, daß die Distanzelemente 4 die vorgeschriebene Position sicherstellen, ohne dabei den aus den Abschnitten 1 und 2 bestehenden Nahtbereich an irgend einer Stelle auch nur teilweise zu verdecken.

Die Ausführung der Schweißbewegung erfolgt durch den unmittelbar und ohne zeitliche Verzögerung einsetzenden Betrieb der Antriebsachse 5, welche im Gehäuse 7 gelagert ist, im Anschluß an die Funktion der Achse 6, an welcher der Support 12 mit dem Schweißbrenner 8 montiert ist. Zur Erlangung eines rechtwinklig zueinander stehenden Nahtverlaufes werden auch die Antriebsachsen 5 und 6 entsprechend im Winkel von 90° zueinander verbunden. Die Länge der zu schweißenden Nahtabschnitte 1 und 2 kann auf einfache Art und Weise durch Verstellen der von außen zugänglichen elektromechanischen Schaltelemente 9 und 10 eingestellt werden.

Zur Lagesicherung der Einrichtung während des Schweißens befindet sich auf der Gehäuseunterseite ein vorteilhafterweise synchron mit dem Schweiß- und Bewegungsvorgang geschaltetes Halteelement 11, welches in seiner Höhe so bemessen ist, daß es gleichzeitig mit den unteren Distanzelementen 4 mechanischen Kontakt zum Bauteil 3 besitzt, d. h. auf dem Blech aufsitzt. Zur Lagesicherung dienen weiterhin Positionierelemente gemäß Bezugszei chen 13.

Claims

1. Tragbare Einrichtung zum mechanisierten Schweißen von Kehlnähten in zwei Achsen, dadurch gekennzeichnet, daß die tragbare Einrichtung mit einem Halteelement (11) zur Lagesicherung der Einrichtung während des Schweißens versehen ist, welches derart ausgeführt ist, daß es mechanischen Kontakt zum Bauteil (3) besitzt und am Bauteil (3) derart befestigt ist, daß es die Position der Einrichtung gegenüber dem sich während des Schweißvorganges verändernden Schwerpunktes zuverlässig sichert und daß im Gehäuse (7) eine horizontale Antriebsachse (5) und eine vertikale Antriebsachse (6) derart angeordnet sind, daß ein von diesen Antriebsachsen (5, 6) bewegter Support (12) mit Schweißbrenner (8) die Bewegung des Schweißbrenners in zwei Achsen bewirken kann.

2. Tragbare Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Brennerspitze und Nahtfuge im gesamten Schweißbereich durch Distanzelemente (4) und Positionierelemente (13) gesichert ist, welche so angeordnet sind, daß sie an keiner Stelle die Nahtabschnitte (1, 2) verdecken.

3. Tragbare Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Halteelementes (11) zeitgleich mit dem Ende des Schweißvorganges erlischt.

4. Tragbare Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halte element (11) gleichzeitig mit den unter der tragbaren Einrichtung angeordneten Distanz elementen (4) mechanischen Kontakt zum Bauteil (3) besitzt.

5. Tragbare Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tragbare Einrich tung mit von außen verstellbaren elektromechanischen Schaltelementen (9, 10) versehen ist, durch welche die Länge der Naht in den beiden Abschnitten (1, 2) unabhängig voneinander einstellbar ist.

6. Tragbare Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise eine reine Fahrbewegung zur Positionierung oder eine mit dem Schweißprozeß gekoppelte Bewegung möglich ist.