DE202010017835U1

DE202010017835U1 - Zuführeinrichtung für ein gepulstes Laserschweißsystem

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Publication number: DE202010017835U1
Application number: DE202010017835U
Authority: DE
Original assignee: Schweißtechnische Lehr- u Versuchsanstalt SLV Hannover Zweigniederlassung der GSI - Ges f Schweißtechnik International mbH; SCHWEISTECHNISCHE LEHR U VERSUCHSANSTALT SLV HANNOVER ZWEIGNIEDERLASSUNG DER GSI GES F SCHWEISTECHNI
Current assignee: Schweißtechnische Lehr- u Versuchsanstalt SLV Hannover Zweigniederlassung der GSI - Ges f Schweißtechnik International mbH; SCHWEISTECHNISCHE LEHR U VERSUCHSANSTALT SLV HANNOVER ZWEIGNIEDERLASSUNG DER GSI GES F SCHWEISTECHNI
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2012-11-23
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: DE102010027086A1

Abstract

Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes (2) für ein gepulstes Laserstrahlschweißsystem, bestehend aus einem Handhabungsteil (1) für eine Fingerführung mit Fingerauflage (3) und zur Zuführung für den Schweißdraht (2), einer Drahthaspel (12), einer Drahtfördervorrichtung (11) und einem Richtwerk (10), gekennzeichnet durch – einen Taster (4) am Handhabungsteil (1) für den Daumen des Bedieners, wobei – der Taster (4) mit der Drahtfördereinrichtung (11) in Verbindung steht und die Drahtfördereinrichtung (11) außerhalb des Handhabungsteils (1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserschweißsystem entsprechend den Merkmalen des ersten Patentanspruches.
Zuführeinrichtungen für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserschweißsystem bestehen aus einer Drahthaspel, in der der Schweißdraht aufgewickelt ist, einer sich dran anschließenden Drahtrichtvorrichtung, mit der Krümmungen im Schweißdraht entfernt werden können, damit dieser einwandfrei durch die Seele, die ihn bis kurz vor den Schweißpunkt umgibt, förderbar ist, der Drahtfördereinrichtung, mit der der Draht erfaßt und transportiert wird und einem Handhabungsteil, mit dem der Schweißdraht exakt zum Schweißpunkt geführt wird.
In gepulsten Laserstrahlschweißsystemen werden Schweißdrähte mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,8 mm, vorzugweise 0,5 bis 0,6 mm, verwendet. Schweißdrähte mit einem derartig geringen Durchmesser sind mit herkömmlichen Vorrichtungen schwierig zu erfassen und schwierig kontinuierlich langsam einem Schweißpunkt zuzuführen, da vorhandene Förderrollen, mit denen der Draht mittels Motor und Förderrolle von der Drahthaspel gefördert wird, aufgrund des geringen Drahtdurchmessers häufig rutschen, so daß ein kontinuierlicher Fördervorgang nicht möglich ist.
Für den Schweißvorgang ist es aber nicht nur erforderlich, daß der Schweißdraht von sehr geringem Durchmesser kontinuierlich an der Schweißstelle ankommt, sondern das Bedienpersonal muß mittels Handhabungsteil auch in der Lage sein, den Schweißdraht exakt am dafür vorgesehenen Punkt aufzubringen und den Drahtfluß zu steuern. Bekannte und vorhandene Handhabungsteile sind durch ihre Größe durch den Bediener nicht punktgenau in der nötigen Genauigkeit handhabbar. Die an den Handhabungsteilen angebrachten Schalter, Dreh- oder Druckknöpfe führen durch ihre Bedienung häufig zum Verwackeln des Handhabungsteils, so daß ein exakter Handschweißvorgang bei einem Laser nicht möglich ist. Das Führen des Schweißdrahtes durch vorhandene Seelen ermöglichen es nicht immer den Schweißdraht bedarfsgerecht dem Schweißpunkt zuzuführen.
In DE 102 35 617 B1 ist eine handführbare Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstückes, insbesondere zum Laserschweißen, mit einer Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls auf einem Werkstück und mit einer Zuführeinrichtung für einen Zusatzwerkstoff beschrieben, die an der Vorrichtung beweglich angeordnet ist, wobei die Zuführeinrichtung an der Vorrichtung mit mehreren Freiheitsgraden beweglich angeordnet ist und die Zuführeinrichtung manuell beweglich ist. Die Zuführeinrichtung wird vor Prozeßbeginn ausgerichtet. Diese Ausrichtung bleibt über den gesamten Zeitraum der Bearbeitung erhalten und wird nicht geändert. Die Vorrichtung stützt sich dabei mit einem Laserbearbeitungskopf über einen Abstandhalter am Werkstück ab, so daß ein konstanter Fokusabstand gewährleistet ist.
DE 10 2007 006 114 A1 beschreibt ein Verfahren zum Regeln der Vorschubgeschwindigkeit eines Drahtes und Vorrichtung zum Zuführen eines Drahtes in einem thermischen Fügeprozeß, wobei Möglichkeiten genannt sind, einen Draht kontinuierlich einem Schweißvorgang zuzuführen. Im Dokument wird eine Drahtvorschubeinrichtung für Drähte mit einem geringeren Durchmesser als 0,8 mm beschrieben. Hierfür sind Regelkreise, Sensoren als auch Führungsmaschinen erforderlich.
WO 2008/037548 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Führung eines Energiestrahles entlang eines Stoßes zweier mittels Energiestrahles zu verbindender Werkstücke mit einer Energiestrahlzuführeinrichtung, bei der ein Sensor vorgesehen ist, der die Lage des Stoßes relativ zum Führungsfinger detektiert. Desweiteren sind ein den Führungsfinger abstützender Aktor und eine Regeleinrichtung vorgesehen. Bei dem Führungsfinger handelt es sich um einen Teil der Vorrichtung. Die Vorrichtung weist kein Handhabungsteil auf.
DE 39 05 684 A1 beschreibt ein Auftragsschweißverfahren, bei dem ein Heizdrahtsystem mit Tandem, also zwei Drähten, verschweißt wird. Das System stellt ein Hybridschweißverfahren dar, bei dem sowohl zwei zusätzliche Stromquellen als auch eine Führungsmaschine vorhanden ist, die mit einem Prozessrechner gesteuert werden muss. Weiterhin setzt die Steuerung einen starren, nicht änderbaren Aufbau voraus, wie er bei einem handwerklichen System nicht vorgesehen und auch nicht praktikabel ist.
Die DE 20 2008 003 661 U1 zeigt eine Vorrichtung zum Halten und Führen eines Materialstrangs mit Fingerauflagen für eine Fingerführung, wobei der Bediener das Handhabungsteil mit einer Fingerauflage festhält. Im Handkörper ist eine Vorschubeinrichtung integriert, die dessen Bauweise arbeitsaufwendig, die Vorrichtung störanfällig und die Handhabung der Vorrichtung ungenau macht. Hinsichtlich der Vorschubeinrichtung und dem Taster unterscheidet sich die Vorrichtung von der vorliegenden Entwicklung.
Die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass durch diese keine einfache und Zielgenaue Zuführung eines Schweißdrahtes möglich ist wobei ein Sensor und eine Regeleinrichtung keine einfache Vorrichtung zum Zuführen eines Schweißdrahtes ermöglichen.
Es ist daher Aufgabe der Neuerung, eine Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserstrahlschweißsystem zu entwickeln, mit der Schweißdrähte gleichmäßig, bedarfsgerecht und zielgenau einem Schweißvorgang zugeführt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Zuführeinrichtung nach den Merkmalen des ersten Anspruches gelöst.
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung wieder.
Die Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserstrahlschweißsystem zur Formwerkzeugreparatur besteht aus dem Schweißdraht, dem Handhabungsteil, der Zuführung für den Schweißdraht, der Drahthaspel, der Drahtfördereinrichtung und dem Richtwerk, wobei am Handhabungsteil Fingerauflagen vorgesehen sind. Diese Fingerauflagen können ergonomisch an die Hand oder die Finger des jeweiligen Bedieners angepaßt sein. Diese Anpassung ist dadurch möglich, dass das Handhabungsteil aus einer modellierbaren Formmasse besteht, in die mittig ein Schlauch für den Schweißdraht eingelegt ist. Um diesen Schlauch für den Schweißdraht wird entsprechend der Fingerform des Bedieners die Ausnehmung für die Fingerführung modelliert, wonach die Modelliermasse bei einer höheren Temperatur, beispielsweise 110°C, ausgehärtet wird. Um den Schweißdraht bedarfsgerecht zuzuführen ist im Handhabungsteil ein Taster angeordnet, der mit der Drahtfördervorrichtung in Verbindung steht. Die Drahtfördereinrichtung ist außerhalb des Handhabungsteiles angeordnet. Damit die Bedienung dieses Tasters nicht zum Verwackeln des Schweißdrahtes führen kann, ist dieser am Handhabungsteil so anzuordnen, daß er gegenüber dem Bedienfinger, dem Daumen, die richtige Lage aufweist und geringe Bedienkräfte erforderlich sind. Mit dem Taster ist der Vorschub des Drahtes beispielsweise über den Fördermotor direkt steuerbar. Als vorteilhafte Lage hat sich ein Winkel des Tasters gegenüber der Mittellinie des Handhabungsteils von 40 bis 50° erwiesen. Taster sind bei unterschiedlichen Kräften auslösbar. Als vorteilhaft hat es sich allerdings erwiesen, Taster einzusetzen, deren Kraft zum Auslösen nicht höher als 1,6 N sind um somit ein verwackelungsfreies Ein- und Ausschalten des Förderers sicher zu stellen. Ein Abstand des Tasters von 20 bis 70 mm von der Stirnseite des Handhabungsteils hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Um ein kontinuierliches und einwandfreies Fördern des Schweißdrahtes innerhalb der Seele zu ermöglichen, hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Seele für die Drähte von geringem Durchmesser aus Teflon besteht.
Um den Draht von der Haspel zum Handhabungsteil zu führen, ist eine Fördervorrichtung erforderlich, die vorteilhafterweise unmittelbar nach einem Richtwerk angeordnet ist. Die Fördervorrichtung besteht aus einem Fördermotor, der eine Förderrolle betreibt, gegen die eine Andruckrolle, beispielsweise ein Kugellager, wirkt. Die Andruckrolle kann beispielsweise mittels einer vorzuspannenden Feder gegen die Förderrolle gedrückt werden.
Als Antriebsvorrichtung für die Drahtfördereinrichtung sind Gleichstrommotoren geeignet, die den Draht langsam und gleichmäßig fördern. Wichtig für die Funktion der Vorrichtung ist, daß entweder die Förderrolle und/oder die Andruckrolle eine Nut aufweist, die den zu fördernden Draht zu einem hohen Prozentsatz, beispielsweise einem Drittel, umschließt und diesen gegen die Umfangfläche der anderen Rolle z. B. ein Kugellager drückt. Damit ist ein Draht mit geringem Durchmesser (0,5 bis 0,6 mm) von der Drahthaspel über die Drahtrichtvorrichtung durch die Seele dem Zuführungsschlauch für das Kabel und das Handhabungsteil bis zum Schweißpunkt kontinuierlich zuführbar.
Die vorteilhafte Ausgestaltung des Handhabungsteils für jeden Bediener erfordert es, daß das Handhabungsteil austauschbar ist, so jeder Bediener sein Handhabungsteil verwenden kann. Dazu ist es vorteilhaft, am Handhabungsteil eine Buchse und am Kabel einen Stecker anzuordnen um ein tauschen der Komponenten zu ermöglichen.
Damit sich der Draht einwandfrei durch den Zuführschlauch zum Handhabungsteil bewegen kann, hat es sich als sinnvoll erwiesen, zwischen Haspel und Drahtfördereinrichtung ein Richtwerk anzuordnen, welches den Draht ausrichtet. Das Richtwerk kann aus zwei Kugellagern auf jeweils einer Achse zwischen zwei Deckplatten bestehen, auf denen der Draht durch das Andrücken eines weiteren Kugellagers ausgerichtet wird. Das Andrücken des weiteren Kugellagers kann über eine Richtschwinge erfolgen, welche um eine Achse schwenkbar ist und die mittels Steller so eingestellt werden kann, wie das die Ausrichtung des Drahtes erfordert.
Die vorgeschlagene Lösung hat den Vorteil, daß ein Schweißdraht mit geringem Durchmesser einem gepulsten Laserstrahlschweißsystems gleichmäßig, bedarfsgerecht und zielgenau einem Schweißvorgang zugeführt werden kann. Weiterhin kann der Vorschub des Drahtes über den Taster gesteuert werden, der beispielsweise mit dem Fördermotor in Verbindung steht. Hierbei werden alle räumlichen Freiheitsgrade welche die Hand, nach erfolgter Aufnahme des Handhabungsstückes aufweist, genutzt. Sie ist somit im höchsten Grade flexibel und ohne zusätzliche elektronische Regelung, als auch evtl. auszuführende Justagearbeiten zu nutzen. Durch diese hohe Flexibilität des an den Körper angepassten Systems können Schweißaufgaben mit bisher nicht erreichter Geschwindigkeit, Genauigkeit und in Schweißpositionen die nicht oder nur schwer zu erreichen waren ausgeführt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und sechs Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1: Zuführungseinrichtung in schematischer Darstellung
2: Handhabungsteil in schematischer Darstellung von der Seite
3: Handhabungsteil in perspektivischer Darstellung
4: Drahtfördereinrichtung in perspektivischer Darstellung
5: Richtwerk in perspektivischer Darstellung
6: Handhabungsteil in Ansicht von vorn.
Die 1 zeigt die erfindungsgemäße Zuführeinrichtung in schematischer Darstellung, wobei ein Draht, der den Schweißdraht 2 darstellt, von einer Haspel 12 abgewickelt und dem Richtwerk 10 zugeführt wird. Die Förderung des Drahtes 2 erfolgt durch die Drahtfördervorrichtung 11, welche nach dem Richtwerk 10 angeordnet ist, wonach der Draht 2 durch den Zuführschlauch befördert wird, an dem ein Kabel 8 für die Elektroenergie angeordnet oder in diesen integriert ist. Der Draht 2 wird dann durch das Innere des Handhabungsteils 1 geführt und mittels Schlauch 5 exakt zu dem Punkt befördert, an dem das Schweißen stattfindet. Der Bediener, der das Handhabungsteil 1 zwischen den Fingern hält, kann mittels Taster 4 den Start und den Stop des Drahtvorschubes steuern, da der Taster 4 mit dem Fördermotor 16 in Verbindung steht.
Die 2 zeigt in schematischer Darstellung das Handhabungsteil 1, an dem der Taster 4 in einem Winkel zur Mittellinie 14 von 45° angeordnet ist, wobei der Draht 2 in einem Schlauch 5 durch das Handhabungsteil 1 geführt wird. Das Handhabungsteil 1 ist für jeden Bediener ergonomisch so hoch angepasst, dass es ergonomische Freimachungen 32 für die Finger aufweist. Damit das Handhabungsteil 1 für jeden Bediener separat angeschlossen werden kann, sind eine Buchse 6 und ein Stecker 7 mit Kabel zwischen dem Handhabungsteil 1 und dem Zuführschlauch 9 mit dem Kabel 8 angeordnet.
In perspektivischer Darstellung ist das Handhabungsteil 1 in der 3 gezeigt, wobei der Bediener die Fingerauflage 3 des Handhabungsteils 1 zwischen Zeige- und Mittelfinger festhält. Die ergonomisch an den Bediener anpassbare Freimachung 32 erlaubt es eine sehr exakte und ruhige Drahtzufuhr, die durch den Taster 4 für Start/Stop, betätigt durch den Daumen des Bedieners, zu gewährleisten. Im Handhabungsteil 1 ist mittig eine Zentrumsbohrung 31 vorhanden, durch die der Schlauch 5 mit dem Schweißdraht 2 geführt wird. Der Anschluß 15 zum Wechseln des Handhabungsteils 1 für den jeweiligen Bediener, welcher aus Buchse 6 und Stecker 7 besteht, wird in dieser Darstellung von Handhabungsteil 1 verdeckt. Der Winkel 13 des Tasters 4 zur Mittellinie beträgt im vorliegenden Fall 45° (s. a. 6). Weiterhin ist der Abstand 33 des Tasters 4 von der Stirnseite des Handhabungsteils 1 gezeigt. Er beträgt im vorliegenden Fall 30 mm.
Die Drahtfördereinrichtung 11 ist in 4 gezeigt, wobei auf der einen Seite einer Grundplatte 18 ein Fördermotor 16 angeordnet ist, der die Förderrolle 17 antreibt, an der der Schweißdraht 2 anliegt, wobei die Andruckrolle 19 ein Kugellager 24 gegen den Draht 2 drückt, so daß dieser durch die Vorrichtung hindurch bewegt wird. Der Anpressdruck wird durch die Federeinheit 23 erzeugt, die gegen die Schwenkwange 20 wirkt, die mittels Federkraft um ihre Achse bewegbar ist und die Achse des Kugellagers 19 in Richtung auf die Förderrolle 17 belastet. Die Federeinheit 23 ist an einer Aufnahme zum Stellen des Anpressdruckes 22 angeordnet, die an der Grundplatte 18 befestigt ist. Wichtig für die einwandfreie und fehlerlose Funktion der Drahtfördereinrichtung 11 ist, dass die Andruckrolle 19 als auch die Förderrolle 17 den Draht 2 zu einem hohen Prozentsatz umschließen um eine optimale Förderung bei einer minimalen Anpresskraft, hervorgerufen durch den Steller 22 zu gewährleisten. Der Anpressdruck der Förderrolle 17 an die Andruckrolle 19 ist individuell auf den Prozess abgestimmt.
Bevor der Draht 2 die Drahtfördereinrichtung 11 erreicht, wird er im Richtwerk 10 gerichtet, welches in 5 dargestellt ist. Das Richtwerk 10 weist Kugellager 24 an Achsen 25 auf, die zwischen zwei Deckplatten 26 angeordnet sind, wobei der Draht 2 zwischen drei Kugellagern 24 hindurchgeführt wird und ein verstellbares Kugellager mittels einer Richtschwinge 27 gegen den Draht 2 gedrückt wird. Der Druck wird durch einen Steller 30 ausgeübt, der gegen ein Gegenlager 29 für den Steller 30 wirkt, so daß ein Einstellen des jeweils zu richtenden Drahtdurchmessers so erfolgen kann, daß der Draht 2 keine Krümmung mehr aufweist.
Die 6 zeigt das Handhabungsteil 1 in der Ansicht von vor, wobei zwischen den Fingerauflagen 3 die Mittellinie 34 eingezeichnet ist, auf der sich die Zentrumsbohrung 31 befindet. In einem Winkel 13 von 45 Grad zur Mittellinie 34 ist der Taster 4 angeordnet. Der Anschluss 15 zum Wechseln des Handhabungsstückes 1 befindet sich links neben der Zentrumsbohrung 31.
Bezugszeichenliste

1: Handhabungsteil
2: Schweißdraht
3: Fingerauflage
4: Taster für Start/Stop Drahtvorschub
5: Schlauch
6: Buchse von 1
7: Stecker mit Kabel
8: Kabel an oder in 9
9: Zuführschlauch für Kabel und Schweißdraht
10: Richtwerk
11: Drahtfördervorrichtung
12: Drahthaspel
13: Winkel
14: Mittellinie entlang des Schweißdrahtes 2
15: Anschluss zum Wechsel des Handhabungsstückes 1, bestehend aus Stecker 7 und Buchse 6
16: Fördermotor
17: Förderrolle
18: Grundplatte
19: Andruckrolle/Kugellager
20: Schwenkwange
21: Stirnwange
22: Aufnahme für den Steller des Anpressdruckes
23: Federeinheit
24: Kugellager
25: Achse
26: Deckplatte
27: Richtschwinge
28: Achse der Richtschwinge
29: Gegenlager für den Steller
30: Steller für Richtgrad
31: Zentrumsbohrung zur Aufnahme von 5 und 2
32: Ergonomische Freimachung
33: Abstand des Tasters 4 von der Stirnseite des Handhabungsteils 1
34: Mittellinie zwischen den Fingerauflagen 3
35: Stirnseite des Handhabungsteils 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10235617 B1 [0005]
DE 102007006114 A1 [0006]
WO 2008/037548 A1 [0007]
DE 3905684 A1 [0008]
DE 202008003661 U1 [0009]

Claims

Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes (2) für ein gepulstes Laserstrahlschweißsystem, bestehend aus einem Handhabungsteil (1) für eine Fingerführung mit Fingerauflage (3) und zur Zuführung für den Schweißdraht (2), einer Drahthaspel (12), einer Drahtfördervorrichtung (11) und einem Richtwerk (10), gekennzeichnet durch – einen Taster (4) am Handhabungsteil (1) für den Daumen des Bedieners, wobei – der Taster (4) mit der Drahtfördereinrichtung (11) in Verbindung steht und die Drahtfördereinrichtung (11) außerhalb des Handhabungsteils (1) angeordnet ist.
Zuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Taster (4) in einen Winkel (13) von 40 bis 50° von der Mittellinie (34) des Handhabungsteils (1) angeordnet ist.
Zuführeinrichtung nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass der waagerechte Abstand (33) zwischen der Stirnseite (35) des Handhabungsteils (1) und dem Taster (4) 20 bis 70 mm beträgt.
Zuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Taster (4) mit einer Kraft von ca. 1,6 N auslösbar ist.
Zuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerauflagen (3) für die Fingerführung, der Abstand (33) und der Winkel (13) des Tasters (4) ergonomisch der Hand oder den Fingern des jeweiligen Bedieners angepasst ist.
Zuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Handhabungsteil (1) ein Schlauch (5) um den Schweißdraht (2) angeordnet ist.
Zuführeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (5) eine Seele aus Teflon darstellt.
Zuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtfördereinrichtung (11) aus einer Andruckrolle (19) und einer Förderrolle (17) besteht, wobei die Förder- (17) oder die Andruckrolle (19) eine Nut aufweist, die den Draht (2) zu wenigstens 1/3 umschließt und gegen die jeweils andere Rolle (17, 19) drückt und die Förderrolle (17) von einem Fördermotor (16) angetrieben wird.
Zuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Richtwerk (10) zwischen Drahthaspel (12) und Drahtfördereinrichtung (11) angeordnet ist.
Zuführeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Richtwerk (10) aus drei Kugellagern (24) zwischen zwei Deckplatten (26) besteht, wobei ein Kugellager (24) mittels Hebel auf den zu richtenden Draht (2) gedrückt wird, der zwischen den Kugellagern (24) hindurch bewegt wird.