DE202012012989U1

DE202012012989U1 - Brenner-Vor-/Nachlaufwinkeljustiervorrichtung

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Publication number: DE202012012989U1
Application number: DE201220012989
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2022-11-17
Also published as: DE202012012990U1; US9138822B2; JP3194071U; WO2013072747A1; CN104053522A; WO2013072751A1; WO2013076545A1; US9205508B2; US20130126495A1; US20130125688A1; US9180542B2; US20130125685A1; KR20140102229A; US9132499B2; DE202012012988U1; US9227264B2; WO2013072757A1; US20130126496A1; WO2013072753A1; DE202012012993U1

Abstract

Schweißkopfvorrichtung (905), die Folgendes umfasst:
eine Brennerkopfbaugruppe (920), wobei die Brennerkopfbaugruppe (920) eine Elektrode (925) umfasst;
eine Stützvorrichtung (930), wobei die Stützvorrichtung (930) die Brennerkopfbaugruppe stützt; und
eine Trommelbaugruppe (910), die mit der Brennerkopfbaugruppe (920) und der Stützvorrichtung (930) wirkverbunden ist, wobei die Trommelbaugruppe (910) dafür konfiguriert ist, einen Vorlaufwinkel und/oder einen Nachlaufwinkel der Elektrode (925) mit Bezug auf ein Werkstück (906) zu ändern,
wobei die Trommelbaugruppe (910) Folgendes umfasst:
eine Montageplatte (923A/B) die mit der Stützvorrichtung (930) wirkverbunden ist,
einen Justiermechanismus (914), der Folgendes umfasst:
eine erste Sektion, die mit der Brennerkopfbaugruppe (920) wirkverbunden ist, und
eine zweite Sektion (915A/B), die dafür konfiguriert ist, die Montageplatte (934A/B) aufzunehmen, und
mindestens eine Trommelklemme (916), die dafür konfiguriert ist, an der Montageplatte (934A/B) angebracht zu werden, und dafür konfiguriert ist, die zweite Sektion (915A/B) aufzunehmen.

Description

PRIORITÄT
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/561,811, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Bestimmte Ausführungsformen betreffen Schweißsysteme, -vorrichtungen und -prozesse. Insbesondere betreffen bestimmte Ausführungsformen ein System und/oder ein Verfahren zum Montieren einer Zugeinheit an einer Führungsschiene, zum Eingreifen eines Zugantriebs in einen Laufschienenzahnkranz, zum Justieren eines Winkels eines Schweißkopfes und/oder zum Justieren eines Brenner-Vorlauf-/Nachlaufwinkels in Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftrags-, Verbindungs- und Schweißanwendungen.
HINTERGRUND
Dieses Patentdokument betrifft Schweißsysteme, -vorrichtungen und -prozesse.
Schweißen in großen industriellen Anwendungen, zum Beispiel Metall-Inertgas(MIG)- und Wolfram-Inertgas(TIG)-Rohr- oder Plattenschweißen, kann das Verschweißen sehr dicker Werkstücke zum Beispiel in einem Orbitalschweißprozess beinhalten. Zum Beispiel kann der Lichtbogenschweißkopf in einem Orbitalschweißprozess entlang einer Führungsschiene um das Werkstück gedreht werden, zum Beispiel ein kontinuierliches Drehen des Schweißkopfes um 360° um das Werkstück, wie zum Beispiel ein Rohr, oder Drehen des Kopfes um das Rohr um 180° auf einer Seite des Rohres, und dann Wiederholen der Kopfdrehung auf der anderen Seite des Rohres. Viele Schweißanwendungen erfordern Präzisionsschweißen, von den kleinen Standardwerkstücken bis zu denen von größerem Maßstab. Schweißsysteme können so konstruiert sein, dass sie einen Schweißkopf und eine Führungsschiene enthalten, mit der der Schweißkopf beweglich in Eingriff steht. Zum Beispiel kann der Schweißkopf auf einer Zugantriebseinheit montiert sein, um sich entlang der Führungsschiene zu bewegen. Zum Beispiel können einige Orbitalschweißsysteme die Führungsschiene in einer Ring- oder Orbitalkonfiguration aufweisen, die um ein Werkstück herum in Eingriff steht, um den Schweißkopf zu führen und entlang des Schweißstoßes zu bewegen. Um die Führungsschiene um das Werkstück herum zu montieren, können mehrere Schienensegmente miteinander verbunden werden, um die volle Führungsschiene zu bilden und die Führungsschiene sicher an dem Werkstück zu befestigen, zum Beispiel 360° um das Werkstück.
Dementsprechend kann in herkömmlichen Schweißsystemen die Qualität einer Schweißnaht durch die Art und Weise beeinflusst werden, wie eine Zugeinheit an einer Führungsschiene montiert ist, weil die Montage beeinflussen kann, wie gleichmäßig die Zugeinheit an der Führungsschiene entlang fährt. Zum Beispiel kann sich eine falsch montierte Zugeinheit an einem Schienenring durchbiegen, wenn sie sich um den Schienenring herum bewegt. Das Durchbiegen kann dazu führen, dass sich die Wolframelektrode des Schweißkopfes, der an der Zugeinheit angebracht ist, bewegt. Zum Beispiel kann sich die Wolframelektrode nach innen winkeln, wenn sich die Zugeinheit in der „12-Uhr”-Position befindet, und nach außen winkeln, wenn sie sich in der „6-Uhr”-Position befindet. Dazu kann es kommen, wenn die Zugeinheit nicht fest an der Schiene montiert ist, so dass aufgrund von Vibrationen und Stößen eine Abdriftneigung vorhanden ist. Außerdem können Montagemechanismen fragil sein und leicht beschädigt werden, zum Beispiel festklemmen, und Zugeinheitkomponenten können durch zu festes Anziehen beschädigt werden.
Außerdem kann eine falsche Ausrichtung des Vorschubantriebszahnrades in der Zugeinheit auf den Laufschienenzahnkranz der Führungsschiene auch Probleme mit der Schweißnahtqualität und Verzögerungen im Schweißprozess verursachen. Wenn sich zum Beispiel der Masseschwerpunkt des Schweißkopfes beispielsweise aufgrund von Materialtrümmern auf dem Laufschienenzahnkranz verschiebt, so können sich die Zahnräder am Vorschubantriebszahnrad und am Laufschienenzahnkranz verklemmen, besonders dann, wenn das System nicht ordnungsgemäß ausgerichtet wurde. Um die Probleme im Zusammenhang mit einer Fehlausrichtung des Vorschubantriebszahnrades auf den Laufschienenzahnkranz zu verringern, muss die Vorschubgeschwindigkeit von herkömmlichen Zugeinheiten möglicherweise auf einen niedrigen Wert eingestellt werden.
Darüber hinaus kann die Montage der Zugeinheit an der Führungsschiene aufgrund des Gewichts der Zugeinheit mühevoll sein. In der Regel müssen die Rollen oder Räder an einer Zugeinheit manuell ausgerichtet werden, bevor die Rollen oder Räder die Führungsschiene in Eingriff nehmen und sich an ihr festhalten können. Das heißt, während die Zugeinheit an der Führungsschiene montiert wird, muss ein Bediener die Zugeinheit während des Justierens des Eingriffnahmemechanismus physisch vor und zurück bewegen, bis die Rollen oder Räder der Zugeinheit ordnungsgemäß auf die Führungsschiene ausgerichtet sind. Weil Zugeinheiten relativ schwer sind, kann der Montageprozess körperlich anstrengend sein, besonders dann, wenn der Bediener während der Montage der Zugeinheit der Schwerkraft entgegenwirken muss.
Des Weiteren sind die Ausrichtung der Elektrode mit Bezug auf die Schweißpfütze und die Lichtbogenlänge wichtig für das Ziehen korrekter Schweißnähte, besonders dann, wenn mechanische Oszillation verwendet wird. Jedoch sind herkömmliche Systeme und Verfahren zum Ausrichten von Schweißköpfen insofern nicht ideal, als sie minderwertige Schweißnähte erzeugen können. Zum Beispiel veranschaulicht 12 ein System des Standes der Technik zum Ausführen einer Kehlnaht mittels eines Schutzgas-Wolfram-Lichtbogenschweiß(GTAW)-Systems (50). Im Interesse einer knappen Darstellung sind nur die Komponenten veranschaulicht, die für diese Besprechung relevant sind. Das GTAW-System (50) enthält einen Schweißbrenner (10), der so ausgerichtet ist, dass der Brenner (10) zum Beispiel senkrecht zur Oberfläche der Schweißpfütze (40) angeordnet ist, wie durch die Linie (12) gezeigt. Der Brenner (10) ist mit einer Schweißbasis (30) verbunden, die für eine mechanische Oszillation sorgt, wie durch den Pfeil (32) gezeigt. Während der Brenner (10) über die Schweißpfütze (40) bewegt wird, verändert sich die Länge des Lichtbogens (5), d. h. die Distanz zwischen der Spitze der Wolframelektrode (15) und der Oberfläche der Schweißpfütze (40) verändert sich. Dementsprechend, um die richtige Lichtbogenlänge beizubehalten, bewegt eine Lichtbogenspannungssteuerungs(AVC)-Baugruppe (20) den Brenner (10) in die entsprechende Richtung entlang dem Pfeil (22), während die mechanische Oszillation den Brenner (10) in einer Richtung (32) bewegt. Das heißt, die AVC-Baugruppe (20) justiert die Distanz zwischen dem Brenner (10) und der Schweißpfütze (40), um den Lichtbogen (5) auf der gewünschten Länge zu halten. Weil jedoch die Hubrichtung der AVC-Baugruppe, wie durch den Pfeil (22) veranschaulicht, eine andere ist als die Ausrichtung des Brenners (10), wie durch die Linie (12) veranschaulicht, kann die resultierende Schweißnaht von schlechter Qualität sein. Zu minderwertigen Schweißnähten kann es auch aufgrund eines begrenzten AVC-Hubes (zum Beispiel auf ungefähr 1 Inch AVC-Hub begrenzt) und/oder eine begrenzte Rotation der AVC-Baugruppe (zum Beispiel auf ungefähr 40 Grad begrenzt) mit Bezug auf den Schweißbrenner und/oder das Werkstück (die Schweißpfütze) kommen. Des Weiteren kann es zu minderwertigen Schweißnähten kommen, wenn die Befestigung zwischen dem Schweißbrenner und der AVC-Baugruppe und/oder die Befestigung zwischen der AVC-Baugruppe und der Basiseinheit nicht stabil ist, weil sie zum Beispiel unsicher und/oder schwach ist, und/oder wenn die Befestigungen einen übermäßigen Verschleiß zum Beispiel durch Überbeanspruchung und/oder geringe Haltbarkeit aufweisen.
Darüber hinaus ist in herkömmlichen Schweißsystemen die Brennerelektroden-Vorlauf-/Nachlaufwinkeljustierung begrenzt, in der Regel im Bereich von 0 bis 5°, in einigen Fällen bis zu 12°. Die begrenzte Vorlauf-/Nachlaufjustierung begrenzt auch die Flexibilität bei der Einrichtung der Schweißkonfiguration. Außerdem haben die Brenner-Vorlauf-/Nachlaufjustiermechanismen in herkömmlichen Systemen zahlreiche Nachteile, wie zum Beispiel: Zerkratzen von Schweißkopfkomponenten, Schlupf der Schweißkopfeinrichtung aufgrund schwacher Verriegelungsmechanismen, schwieriger Zugang zu den Vorlauf-/Nachlaufwinkeleinrichtungsmechanismen und ungleichmäßige Vorlauf-/Nachlaufwinkeleinstellungen, um nur einige zu nennen.
Weitere Einschränkungen und Nachteile herkömmlicher, traditioneller und vorgeschlagener Lösungsansätze erkennt der Fachmann durch Vergleichen solcher Lösungsansätze mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im übrigen Teil der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt sind.
KURZDARSTELLUNG
Beispielhafte Techniken, Systeme und Vorrichtungen werden für Schweißsysteme beschrieben, die eine Führungsschiene verwenden, zum Beispiel eine Führungsschiene mit einem gekrümmten Schienengleisprofil. Jedoch sind die unten besprochenen beispielhaften Ausführungsformen nicht auf gekrümmte Schienensysteme beschränkt und können in jedes mobile Schweißsystem integriert werden, ob es auf einer gekrümmten Schiene, einer geraden Schiene oder auf einer anderen Art von Schiene oder in einem stationären Schweißkopf montiert ist.
In einer Implementierung wird ein Schweißsystem bereitgestellt, das Folgendes enthält: eine Führungsschiene, die zwei röhrenförmige Schienengleise enthält, die parallel aufeinander ausgerichtet sind, ein oder mehrere Schienenquerelemente, die die zwei röhrenförmigen Schienengleise miteinander verbinden; einen Laufschienenzahnkranz, der sich zwischen den zwei röhrenförmigen Schienengleisen befindet und mit dem einen oder den mehreren Schienenquerelementen verbunden ist; eine Schweißkopfzugeinheit, die dafür konfiguriert ist, mit der Führungsschiene in Eingriff gebracht werden zu können und durch den Laufschienenzahnkranz geführt zu werden, um sich entlang der Führungsschiene zu bewegen. Die Schweißkopfzugeinrichtung enthält eine Schweißkopfmontagehalterung, die einen Schweißkopf halten kann, um eine Schweißung auszuführen, während sich die Schweißkopfzugeinheit entlang der Führungsschiene bewegt.
Der in dieser Spezifikation beschriebene Gegenstand kann auf verschiedene konkrete Weise implementiert werden, um eines oder mehrere der folgenden Merkmale bereitzustellen. Zum Beispiel kann die offenbarte Technologie die Verringerung unregelmäßiger, unerwünschter Bewegungen enthalten, genauer gesagt, an der Übergangsverbindung von einem Schienensegment zum nächsten, was zu einer sanften Bewegung einer Schweißkopfvorrichtung auf einer beispielhaften Führungsschiene der offenbarten Technologie führt. Zu weiteren beispielhaften Nutzeffekten können gehören: reduziertes Gewicht der Führungsschiene der offenbarten Technologie, weniger Abfallproduktion beim Schweißprozess, verbesserte Haltbarkeit, leichtere Eingriffnahme und Herausnahme aus dem Eingriff einer Schweißkopfvorrichtung mit der Führungsschiene der offenbarten Technologie und reduzierte Herstellungskosten für die beispielhafte Führungsschiene.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung einen Vorschubantriebszahnrad-Eingriffnahmemechanismus für eine Zugeinheit umfassen, die einen Kupplungshebel enthält, der einen Nockenabschnitt enthält. Der Kupplungshebel ist dafür konfiguriert, sich zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position an einem Punkt zu drehen, der von einer Mitte eines länglichen Abschnitts des Nockenabschnitts versetzt ist. Der Eingriffnahmemechanismus enthält außerdem ein Verbindungselement, das den Nockenabschnitt des Kupplungshebels mit einem Antriebszahnrad einer Zugeinheit wirkverbindet. Das Verbindungselement ist mit dem Nockenabschnitt am Versatzpunkt wirkverbunden. Der Kupplungshebel und das Verbindungselement sind so konfiguriert, dass das Antriebszahnrad einen Laufschienenzahnkranz in Eingriff nimmt, wenn sich der Kupplungshebel in der ersten Position befindet, und den Laufschienenzahnkranz aus der Eingriffnahme löst, wenn sich der Kupplungshebel in der zweiten Position befindet.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung einen Zugeinheit-Montagemechanismus umfassen, der eine Klemmbaugruppe enthält, die dafür konfiguriert ist, die Zugeinheit mit einer Schienenführung in Eingriff zu bringen und aus dem Eingriff zu lösen. Die Zugeinheit enthält mindestens zwei Schwenkblöcke, wobei jeder Schwenkblock mindestens eine Rollvorrichtung und einen Verriegelungsmechanismus enthält. Die mindestens eine Rollvorrichtung ist dafür ausgelegt, auf einem Gleis der Führungsschiene zu rollen. Die Klemmbaugruppe ist dafür konfiguriert, die mindestens eine Rollvorrichtung mit der Führungsschiene wirkzuverbinden, wenn die Zugeinheit in Eingriff genommen ist. Der Schwenkblock ist dafür konfiguriert, in einer solchen Weise zu schwenken, dass sich die mindestens eine Rollvorrichtung an ein Profil, zum Beispiel ein konkaves Profil, ein konvexes Profil, ein gerades Profil oder beliebige Kombinationen davon, der Führungsschiene anpassen kann, während die Zugeinheit die Führungsschiene in Eingriff nimmt. Der Verriegelungsmechanismus, zum Beispiel eine Buchse, ist dafür konfiguriert zu verhindern, dass der Schwenkblock schwenkt, sobald die Zugeinheit die Führungsschiene in Eingriff genommen hat.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung ein Zugeinheitsystem umfassen, das eine Zugeinheit enthält, die ein Vorschubantriebszahnrad enthält. Das Vorschubantriebszahnrad enthält einen Antriebszahnradabschnitt und mindestens einen Antriebsrollenabschnitt. Das System enthält außerdem eine Führungsschiene, die einen Laufschienenzahnkranz hat. Der Laufschienenzahnkranz enthält einen Laufschienenzahnkranzabschnitt und mindestens einen Absatzabschnitt. Der mindestens eine Antriebsrollenabschnitt und der mindestens eine Absatzabschnitt sind so konfiguriert, dass der mindestens eine Antriebsrollenabschnitt den mindestens einen Absatzabschnitt berührt, wenn der Antriebszahnradabschnitt mit dem Laufschienenzahnkranzabschnitt im Eingriff steht. In einigen Ausführungsformen ist ein Durchmesser des mindestens einen Antriebsrollenabschnitts gleich einem Teilkreisdurchmesser des Antriebszahnradabschnitts. Wenn der Laufschienenzahnkranzabschnitt gekrümmt ist, so ist in einigen Ausführungsformen ein Durchmesser des mindestens einen Absatzabschnitts gleich einem Teilkreisdurchmesser des Laufschienenzahnkranzabschnitts. In anderen Ausführungsformen ist, wenn der Laufschienenzahnkranzabschnitt gerade ist, eine Abmessung des mindestens einen Absatzabschnitts gleich einer Teillinie des Laufschienenzahnkranzabschnitts.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung ein Schweißkopfwinkeljustiersystem umfassen, das einen Schweißkopf, eine Basiseinheit und einen Winkeljustiermechanismus enthält. Der Schweißkopf enthält einen Schweißbrenner und eine Lichtbogenspannungssteuerbaugruppe, die mit dem Schweißbrenner wirkverbunden ist und dafür konfiguriert ist, den Schweißbrenner zu bewegen. Der Winkeljustiermechanismus wirkverbindet den Schweißkopf mit der Basiseinheit und ist dafür ausgelegt, einen Winkel zwischen dem Schweißbrenner und der Basiseinheit zu ändern, während sichergestellt wird, dass eine Ausrichtung zwischen dem Schweißbrenner und der Lichtbogenspannungssteuerbaugruppe unverändert bleibt, während sich der Winkel zwischen dem Schweißbrenner und der Basiseinheit ändert. In einigen Ausführungsformen enthält der Winkeljustiermechanismus eine Schraube, die den Schweißkopf mit der Basiseinheit verbindet. Der Winkeljustiermechanismus ist so konfiguriert, dass der Winkel zwischen dem Schweißbrenner und der Basiseinheit justiert werden kann, wenn sich die Schraube in einem ersten Zustand befindet, und dass der Winkel fest ist, wenn sich die Schraube in einem zweiten Zustand befindet. In beispielhaften Ausführungsformen justiert der Winkeljustiermechanismus einen Winkel zwischen dem Schweißkopf und der Schweißbasiseinheit, um die gewünschte Ausrichtung des Schweißbrenners auf das Werkstück (oder die Schweißpfütze) bereitzustellen, wenn die Schweißbasis korrekt auf das Werkstück ausgerichtet ist. In einigen Ausführungsformen ist der Winkeljustiermechanismus eine Einzelpunktjustierung in dem Sinne, dass eine einzelne Justierung des Winkels zwischen dem Schweißkopf und der Schweißbasiseinheit die richtige Ausrichtung des Schweißkopfes auf das Werkstück (oder die Schweißpfütze) bereitstellt. In beispielhaften Ausführungsformen bleibt die Ausrichtung des Schweißbrenners mit Bezug auf die AVC-Baugruppe unverändert, wenn der Winkeljustiermechanismus verändert wird. In einigen Ausführungsformen wird die Hubrichtung der AVC-Baugruppe auf die Ausrichtung des Schweißbrenners und senkrecht auf das Werkstück (oder die Oberfläche der Schweißpfütze) ausgerichtet.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung ein Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiersystem für einen Schweißkopf umfassen. Die Schweißkopfvorrichtung enthält eine Brennerkopfbaugruppe, die eine Elektrode enthält. Die Schweißkopfvorrichtung enthält außerdem eine Stützvorrichtung, die die Brennerkopfbaugruppe stützt, und eine Trommelbaugruppe, die mit der Brennerkopfbaugruppe und der Stützvorrichtung wirkverbunden ist. Die Trommelbaugruppe ist dafür konfiguriert, einen Vorlaufwinkel und/oder einen Nachlaufwinkel der Elektrode mit Bezug auf ein Werkstück zu ändern. Die Trommelbaugruppe enthält einen Justiermechanismus, der eine erste Sektion enthält, die mit der Brennerkopfbaugruppe wirkverbunden ist. Der Justiermechanismus enthält außerdem eine zweite Sektion, die dafür konfiguriert ist, die Montageplatte aufzunehmen. Die Trommelbaugruppe enthält außerdem eine Montageplatte, die mit der Stützvorrichtung wirkverbunden ist, und mindestens eine Trommelklemme. Die Trommelklemme ist dafür konfiguriert, an der Montageplatte angebracht zu werden, und ist auch dafür konfiguriert, die zweite Sektion aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sektion konisch, und eine Querbewegung der mindestens einen Trommelklemme erzeugt eine Kraft auf die konische zweite Sektion, die die zweite Sektion in Richtung der Montageplatte drängt. In einigen Ausführungsformen kann die Trommelbaugruppe einen Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus enthalten, der den Vorlaufwinkel und/oder den Nachlaufwinkel der Elektrode in einem Bereich zwischen 0 und mindestens 5 Grad, zwischen 0 und mindestens 15 Grad, zwischen 0 und mindestens 90 Grad oder zwischen 0 und 180 Grad ändert (d. h. die Brennerkopfbaugruppe kann sich um volle 360 Grad drehen). In einigen Ausführungsformen kann die Stützvorrichtung eine Lichtbogenspannungssteuerungs(AVC)-Baugruppe sein. Die AVC-Baugruppe ist dafür konfiguriert, eine Distanz zwischen der Elektrode und dem Werkstück (oder der Schweißpfütze), d. h. die Lichtbogenlänge, zu justieren. Die Schweißkopfvorrichtung kann mit der Schweißbasiseinheit verbunden sein. In einigen Ausführungsform kann die Schweißbasiseinheit eine Antriebseinheit sein, die den Schweißkopf entlang eines Schweißstoßes bewegt, zum Beispiel eine Orbital-Zugantriebseinheit in einem schienenmontierten Schweißsystem. In anderen Ausführungsformen ist die Schweißbasiseinheit eine stationäre Basiseinheit, und das Werkstück wird während der Arbeitsoperationen bewegt. In einigen Ausführungsformen kann die Schweißbasiseinheit dafür konfiguriert sein, den Schweißkopf in mechanische Oszillation zu versetzen. In einigen Ausführungsformen kann die Trommelbaugruppe Verriegelungsmechanismen aufweisen, wie zum Beispiel gezackte oder gezahnte Flächen, die gegen gezackte oder gezahnte Flächen an der Stützvorrichtung (zum Beispiel der AVC-Baugruppe) drücken. In einigen Ausführungsformen kann die Brennerkopf-Trommelbaugruppe und/oder Stützvorrichtung (zum Beispiel die AVC-Baugruppe) Ausrichtungslinien (zum Beispiel Anreißlinien) aufweisen, um die Justierung des Vorlauf-/Nachlaufwinkels zu unterstützen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung einen Zugeinheit-Montagemechanismus umfassen, der eine Klemmbaugruppe enthält, die dafür konfiguriert ist, eine Zugeinheit mit einer Führungsschiene in Eingriff zu bringen und aus dem Eingriff zu lösen. Die Führungsschiene enthält ein erstes Gleis und ein zweites Gleis. Die Montagebaugruppe enthält außerdem mindestens einen Schwenkblocksatz, der einen ersten Schwenkblock und einen zweiten Schwenkblock hat. Sowohl der erste Schwenkblock als auch der zweite Schwenkblock enthält eine erste Rollvorrichtung und eine zweite Rollvorrichtung. Die ersten Rollvorrichtungen sind – mit Bezug auf die Zugeinheit – an einem inneren Abschnitt der jeweiligen Schwenkblöcke angeordnet, und die zweiten Rollvorrichtungen sind an einem äußeren Abschnitt der jeweiligen Schwenkblöcke angeordnet. Der mindestens eine Schwenkblocksatz ist so an der Zugeinheit angeordnet, dass der erste Schwenkblock und der zweite Schwenkblock auf gegenüberliegenden Seiten der Führungsschiene liegen, wenn die Zugeinheit an der Führungsschiene montiert ist. Wenn sich die Zugeinheit in einer aus dem Eingriff gelösten Position befindet, so ist eine erste Distanz zwischen einem äußeren Abschnitt des ersten Gleises und einem äußeren Abschnitt des zweiten Gleises größer als eine zweite Distanz zwischen den ersten Rollvorrichtungen des mindestens einen Schwenkblocksatzes, und die erste Distanz ist kleiner als eine dritte Distanz zwischen den zweiten Rollvorrichtungen des mindestens einen Schwenkblocksatzes. In einigen Ausführungsformen enthält die Zugeinheit mindestens zwei Schwenkblocksätze. In einigen Ausführungsformen ist eine Breite der ersten Rollvorrichtung größer als eine Breite der zweiten Rollvorrichtung für den ersten Schwenkblock und für den zweiten Schwenkblock.
Diese und weitere Merkmale der beanspruchten Erfindung sowie Details veranschaulichter Ausführungsformen davon werden anhand der folgenden Beschreibung, Ansprüche und Zeichnungen vollständiger verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben dargelegten und/oder weitere Aspekte der Erfindung werden offenkundiger, indem im Detail beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen Folgendes zu sehen ist:
1A, 1B und 1C veranschaulichen eine beispielhafte Führungsschiene, die ein röhrenförmiges Schienengleis aufweist;
1D veranschaulicht eine beispielhafte Mehrpunktrolle einer Schweißkopf-Zugvorrichtungsmontagehalterung, die mit einem beispielhaften röhrenförmigen Schienengleis verbunden ist;
2A und 2B veranschaulichen einen beispielhaften Montagemechanismus für eine Schweißkopfzugeinheit;
3A und 3B veranschaulichen eine beispielhafte Schwenkvorschubzahnrad-Eingriffnahme für eine Schweißkopfzugeinheit;
3C veranschaulicht eine beispielhafte Schweißkopfzugeinheit, die sich entlang konkaver, konvexer, gerader und variabler Führungsschienen bewegt;
4 veranschaulicht einen beispielhaften verstellbaren Schweißkopfwinkelmechanismus einer AVC-Baugruppe einer Schweißkopf-Zugeinheit;
5A und 5B veranschaulichen einen beispielhaften Schwenk-Vorlauf-/Nachlaufbrennerwinkelmechanismus für ein Schweißsystem;
6A und 6B veranschaulichen einen beispielhaften Verriegelungsmechanismus, der in den Montagemechanismus der 2A und 2B integriert sein kann;
7 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Schweißkopfwinkeljustiersystems, das in ein Orbital-Schienenschweißsystem integriert wurde;
8 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Winkeljustiermechanismus, der in das Schweißkopfwinkeljustiersystem von 7 eingebaut sein kann;
9 veranschaulicht ein beispielhaftes Schweißsystem, das in Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftrags-, Verbindungs- und Schweißanwendungen verwendet werden kann;
10 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus, der in das Systems der 5A, 5B und 9 integriert sein kann;
11A bis 11C veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen eines Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus, der in das Systems der 5A, 5B und 9 integriert sein kann;
12 veranschaulicht ein Schweißsystem des Standes der Technik;
13A und 13B veranschaulichen einen Schnittpunkt einer Rollenkontaktlinie mit einer Verbindungsschnittstelle für das Schienengleis der 1A, 1B und 1C;
14A und 14B veranschaulichen beispielhafte Schwenkwinkel für die Schwenkblöcke des beispielhaften Montagemechanismus, der in den 2A, 2B, 6A und 6B veranschaulicht ist;
15 veranschaulicht eine beispielhafte Schwenkblock/Rollen-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16A bis 16D veranschaulichen eine Zugeinheit, die die beispielhafte Schwenkblock/Rollen-Anordnung in 15 verwendet; und
17A bis 17D veranschaulichen beispielhafte Konfigurationen gezackter oder gezahnter Oberflächen, die in den Winkeljustiermechanismus von 8 integriert werden können.
Gleiche Bezugssymbole und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun im Folgenden unter Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sollen das Verständnis der Erfindung erleichtern und sind nicht dafür gedacht, den Geltungsbereich der Erfindung in irgend einer Weise einzuschränken. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich stets auf gleiche Elemente.
Es werden Beispiele zum Veranschaulichen verschiedener Techniken, Systeme und Vorrichtungen für Schweißsysteme gezeigt, die eine Führungsschiene mit zwei oder mehr Schienensegmenten verwenden, die dafür verbunden sind, den Schweißkopf und eine Schweißkopfzugeinrichtung zu führen, die den Schweißkopf entlang der Führungsschiene während eines Schweißvorgangs antreibt.
Eine Führungsschiene mit zwei oder mehr Schienensegmenten kann so konstruiert sein, dass ein einfaches Lösen des Eingriffs der Führungsschiene von einem Werkstück, wie zum Beispiel einem großen Rohr, ermöglicht wird. Eine der technischen Herausforderungen beim Verbinden von zwei oder mehr Schienensegmenten zum Bilden einer Führungsschiene ist das Vorhandensein einer Diskontinuität zwischen zwei verbundenen Schienensegmenten. Eine solche Diskontinuität kann die Vorschubbewegung des Schweißkopfes beeinflussen, indem sie zum Beispiel ein Springen, Unterbrechen oder Stottern der kontinuierlichen Bewegung des Schweißkopfes im Schweißspalt verursacht. Dies kann die Präzision des Schweißvorgangs beeinträchtigen und zu einem unpräzisen Schweißen führen, wie zum Beispiel einer Verschlechterung der Integrität und Festigkeit des Schweißstoßes. Präzisionsmängel beim Schweißen können schwerwiegende Folgen für eine Vielzahl verschiedener Schweißanwendungen haben. Eine unpräzise Schweißnaht kann mit der Bewegung einer Schweißkopf-Zugeinheit entlang einer Führungsschiene im Zusammenhang stehen (die zum Beispiel um ein Werkstück, wie zum Beispiel ein Rohr, herum montiert ist), die während des Übergangs von einem Schienensegment zum nächsten Schienensegment an der senkrechten Fuge unterbrochen werden kann. Zum Beispiel können Schienendiskontinuitäten an der Schienensegmentübergangsregion dazu führen, dass die Einheit springt oder stottert, bis der Übergangspunkt passiert wurde, was eine unfachmännische oder inakzeptable Schweißnaht zur Folge haben kann. Schweißschienen, die Einzelpunktkontaktrollen an den Schienengleisen bereitstellen, können empfindlich auf unebene Regionen entlang der Führungsschiene reagieren.
Gemäß einem Aspekt kann die offenbarte Technologie eine Führungsschiene enthalten, die dafür konfiguriert ist, eine ebene Schnittstelle mit einer Schweißkopfzugeinheit (zum Beispiel einer Schweißkopfzugeinrichtung für Orbitalschweißanwendungen) entlang der Führungsschiene, einschließlich eines glatten und gekrümmten Randes, bereitzustellen, um eine ruckfreie Bewegung des Schweißkopfes und einen glatten und kontinuierlichen Übergang an der Schnittstelle zwischen zwei benachbarten Schienensegmenten sicherzustellen. Der gekrümmte Rand der Schiene kann verschiedene gewünschte Formen haben, und für das folgende Beispiel wird ein kreisförmiger Rand angenommen.
1A zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Führungsschiene (100), die zwei Schienengleise (110) enthält, die als röhrenförmige Gleise mit kreisförmigen Außenflächen konfiguriert sind. Die zwei röhrenförmigen Schienengleise (110) sind auf der Außenseite der Führungsschiene (100) angeordnet, die als eine Ringführungsschiene geformt ist, die an einem zylindrischen Werkstück, wie zum Beispiel einem Rohr, montiert sein kann. Jedes röhrenförmige Schienengleis (110) wird durch zwei oder mehr Schienensegmente (111) und (112) gebildet. Ein Schienensegment, zum Beispiel das Schienensegment (111), verbindet jedes Schienengleis durch mindestens ein Schienenquerelement (120), die zwischen jeweiligen Eingriffnahmepositionen an den zwei Schienengleisen 110 in Eingriff genommen sind. Zwischen den zwei Schienengleisen 110 ist ein Laufschienenzahnkranz (130) zum Beispiel an einer mittleren Position zwischen den zwei Schienengleisen 110 bereitgestellt, um die Schweißkopfzugeinrichtung in Eingriff zu nehmen, die den Schweißkopf transportiert. In diesem Beispiel sind zwei halbkreisförmige Schienensegmente (111) und (112) miteinander an zwei Verbindungsstößen (115) und (116) verbunden.
1B zeigt eine Seitenansicht der röhrenförmigen Führungsschiene (100) in 1A. In diesem Beispiel enthält jedes röhrenförmige Schienengleis (110) einen Übergang zwischen zwei Schienensegmenten (111) und (112) am Verbindungsstoß (115), der eine Schnittstelle mit einem spitzen Winkel mit Bezug auf die Schiene bildet. Der Bildeinsatz in 1B zeigt, dass die Endfacette jedes Schienensegments (111) oder (112) eine Winkelfacette ist und dass zwei gegenüberliegende Facetten der Schienensegmente (111) und (112) zueinander passen, um die gewinkelte Verbindungsschnittstelle (117) zu bilden. Diese Bauweise erzeugt einen glatten Übergang über die verbundene Region hinweg. Beim Betrieb eines Schweißsystems mit einer solchen Schiene bewegt sich eine Schweißkopfzugeinheit, die an dem röhrenförmigen Schienengleis (110) entlang fährt, über die gewinkelte Verbindungsschnittstelle (117) von zwei Schienensegmenten der Führungsschiene (100) hinweg. Die nicht-senkrechte Ausrichtung der gewinkelten Verbindungsschnittstelle (117) ermöglicht einen nicht-abrupten, glatten Übergang von einem Schienensegment zum benachbarten Schienensegment, um eine glatte und kontinuierliche Schweißnaht sicherzustellen, die in den Schweißspalt eingefüllt wird. Wie in den 13A und 13B veranschaulicht, ist der Grund, warum ein nicht-senkrechter Übergang glatter ist, der, dass die Kontaktpunkte (oder die Kontaktlinie) der Rollen auf einer Linie liegen, die senkrecht zur Schiene verläuft (sieht 13A). Wenn die Verbindungsschnittstelle ebenfalls senkrecht verläuft, dann treffen alle Kontaktpunkte der Rollen gleichzeitig auf den Übergang auf und verursachen ein Springen oder Stottern. Jedoch ist bei der vorliegenden Erfindung die Verbindungsschnittstelle (117) gewinkelt. Dementsprechend schneiden die Rollen die Verbindungsschnittstelle (117) nur an einem einzigen Punkt, während der Kontakt mit dem Schienengleis (110) an den anderen Punkten entlang der Kontaktlinie weiterhin aufrecht erhalten wird.
Es können verschiedene Materialien zum Bilden der Schienengleise in den 1A und 1B verwendet werden. Ein beispielhaftes Schienengleis der offenbarten Technologie kann aus einem Metall-, Polymer-, Keramik- oder einem Verbundmaterial bestehen. Die Form des beispielhaften Schienengleises kann eine röhrenförmige Geometrie mit einem kreisförmigen Querschnitt enthalten, der hohl, gefüllt oder teilweise gefüllt sein kann. Andere Formen des beispielhaften Schienengleises sind eine rechteckige oder quadratische Form mit gekrümmten oder gerundeten Kanten, wobei ein, zwei, drei oder vier Kanten auf einen von vielen möglichen Krümmungsgraden gerundet sind, und das Schienengleis kann hohl, gefüllt oder teilweise gefüllt sein. Das beispielhafte Schienengleis kann andere Formen enthalten, bei denen die Vorderkante eine gekrümmte Kontur enthält. Die gekrümmte Konturform des beispielhaften Schienengleises kann die Oberfläche zwischen dem Schienengleis und der Zugeinheit vergrößern (zum Beispiel Vergrößern der Anzahl von Kontaktpunkten, Bereitstellen einer größeren Unterstützung für die Zugeinheit durch das Schienengleis).
1C zeigt eine weitere Seitenansicht der Führungsschiene (100), die das Schienensegment (111) zeigt, welches das Schienenquerelement (120) zwischen mehreren Schienengleisen enthält, zum Beispiel die zwei Schienengleise, die beispielhaft durch die Schienengleise (110) dargestellt sind. Das Schienenquerelement (120) kann die zwei Schienengleise (110) dergestalt miteinander verbinden, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Das in 1C gezeigte Schienensegment (111) enthält mehrere Schienenquerelemente, welche die Schienengleise (110) verbinden. An dem Schienenquerelement (120) kann auch ein Laufschienenzahnkranz angebracht sein, wie zum Beispiel der als Laufschienenzahnkranz (130) gezeigte Zahnkranz. Das Schienensegment (111) enthält außerdem mehrere Schienenquerelemente, an denen der Laufschienenzahnkranz (130) verbunden ist.
1D zeigt das beispielhafte röhrenförmige Schienengleis (110), das eine gerundete Form oder Geometrie aufweist, die mehrere Kontaktpunkte für eine Montagekomponente einer Schweißkopf-Zugeinheit bereitstellen kann, zum Beispiel eine Montagekomponente (150), um den Schweißkopf entlang des Schienengleises (110) zu bewegen. Die beispielhafte Montagekomponente (150) kann Rollen oder Räder enthalten (die das röhrenförmige Schienengleis (110) an mehreren Kontaktpunkten (oder der Kontaktlinie) (161) berühren). Zwei Mehrpunktrollen (160) sind in 1D zum Berühren des Schienengleises (110) und zum Rollen an den gekrümmten Flächen des Schienengleises (110) als Teil der Montagekomponente (150) gezeigt. In diesem Beispiel sind die Mehrpunktrollen (160) mit einem Schwenkblock (170) verbunden und können sich um ihre jeweilige Rollendrehachse (165) drehen, wenn sie entlang eines Schienengleises (110) rollen. Das beispielhafte röhrenförmige Schienengleis (110) der Führungsschiene (100) kann mehrere Verbindungspunkte zu der Schweißkopfzugeinheit bereitstellen, so dass, wenn die Einheit über Stöße der Führungsschiene hinweg fährt, ein gleichmäßiger Vorschub ermöglicht wird. Die röhrenförmige Geometrie des Schienengleises kann eine Schnittstelle ermöglichen, die es erlaubt, dass die Montagekomponente (150) an mehreren Punkten Kontakt hat, was verhindern kann, dass die Zugeinheit in einer unerwünschten Position fährt, zum Beispiel aufgrund einer Diskontinuität nach der linken Seite oder der rechten Seite springt, stottert oder ausschwenkt. Zum Beispiel kann die Mehrpunktrolle (160) so entlang der Schiene mit mehreren Kontaktpunkten (161) fahren, dass am Übergang von einem Segment zum anderen (zum Beispiel an der gewinkelten Verbindungsschnittstelle (117)) weniger Störungen vorhanden sein können, als wenn die Schienensegmente senkrecht miteinander verbunden wären.
Die offenbarte Technologie enthält eine röhrenförmige Schiene, die Mehrpunktkontakträder und eine gewinkelte und/oder allmähliche Übergangsverbindung verwenden kann, die einen glatten Übergang einer montierten Vorrichtung (zum Beispiel einer Schweißkopfzugeinheit) erzeugt, was unerwünschte Bewegungen der montierten Vorrichtung, zum Beispiel Auslenkbewegungen, Sprünge und Stottern, deutlich reduzieren kann. Dadurch kann eine präzisere Schweißnaht gezogen werden, indem abrupte, diskontinuierliche Bewegungen des Schweißkopfes in dem Schweißstoß deutlich verringert werden. Außerdem kann die beispielhafte Führungsschiene ein reduziertes Gesamtgewicht aufweisen, indem röhrenförmige Elemente verwendet werden, die durch Querelemente verbunden sind, anstatt eine massive rechteckige Schiene zu verwenden. Die beispielhafte Führungsschiene kann mit einer reduzierten Materialmenge hergestellt werden (und kann zum Beispiel hohl oder teilweise gefüllt sein). Zum Beispiel kann eine beispielhafte Führungsschiene aufgrund der Geometrie und/oder des Materials der Schienengleise oder durch Verringern des Volumens und/oder der Dichte der gesamten Führungsschiene ein reduziertes Gewicht haben. Ein Vorteil des reduzierten Gewichts kann sein, dass sich die beispielhafte Führungsschiene einfacher zur nächsten Schweißposition bewegen lässt. Außerdem kann ein reduziertes Gewicht auch die Herstellbarkeit verbessern, indem zum Beispiel die Führungsschiene aus mehreren, kleineren, weniger komplizierten Teilen anstatt aus einem einzigen komplexen Teil hergestellt wird. Zum Beispiel kann die Herstellbarkeit einer beispielhaften Führungsschiene vereinfacht werden, indem man Stahlröhren formt, weil die Stahlröhre in einem einzigen maschinellen Arbeitsgang fertiggestellt werden kann, anstatt zum Beispiel in drei maschinellen Arbeitsgängen, wie eine typische einstöckige Schiene sie erfordern würde. Querelementprofile können so konstruiert sein, dass sie für jede Durchmessergröße geeignet sind, zum Beispiel mit nur zwei veränderten Durchmessern von Strukturelementen. Die beispielhafte Führungsschiene kann aufgrund ihrer röhrenförmigen Konfiguration eine lange Haltbarkeit bieten. Die röhrenförmige Konfiguration bietet eine glatte kreisförmige Kontaktfläche, die Reibung deutlich verringert. Zum Beispiel kann die beispielhafte Führungsschiene aus einem Stahlmaterial bestehen, damit die beispielhafte Führungsschiene in rauen Betriebsumgebungen Eindellungen und Scharten widerstehen kann, so dass solche Eindellungen und Scharten an der Schiene (zum Beispiel den röhrenförmigen Schienengleisen) nicht die Bewegung einer montierten Schweißkopfzugeinheit stören würden. Die beispielhafte Schienenführung kann einen Laufschienenzahnkranz mit Zahnradprofilen enthalten, die für eine sanftere Traktionsbewegung sorgen können. Außerdem kann die beispielhafte Führungsschiene der offenbarten Technologie Schweißsystem-„Einrichtungs”-Faktoren reduzieren, wie zum Beispiel Zeit und Quantität und Komplexität von Komponenten.
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen Zugeinrichtungs-Montagemechanismus für eine Schweißkopfzugeinheit enthalten, die es ermöglicht, die Zugeinheit auf Schienengleisen zu montieren, die verschiedene Formen und/oder Größen haben können.
2A veranschaulicht eine Schweißkopfzugeinheit (200) mit einem Zugeinrichtungs-Montagemechanismus, der eine Schienengleis-Klemmbaugruppe (240) enthält, die in 2A in der gelösten Position gezeigt ist. Wie in der Vorderansicht der Figur zu sehen, kann die Zugeinheit (200) in der gelösten Position an einer Führungsschiene (zum Beispiel der Führungsschiene (100)) mittels einer Rollvorrichtung oder Rollvorrichtungen, wie zum Beispiel Räder und/oder Rollen, beweglich montiert sein. Die Gleis-Klemmbaugruppe (240) enthält einen Klemmmechanismus (220), der mit einem Rad-/Rollensatz A wirkverbunden ist. Zum Montieren oder Demontieren der Zugeinheit (200) kann der Klemmmechanismus (220) so gedreht werden, dass die Gleis-Klemmbaugruppe (240) den Rad-/Rollensatz A zurückzieht (siehe Vorderansicht von 2A). Als Teil des beispielhaften Montagemechanismus kann in einigen Ausführungsformen kann die Zugeinheit (200) mittels einer einzigen Klemmaktion geklemmt oder gelöst werden, d. h. durch Drehen des Klemmmechanismus (220) zum Bedienen des Rad-/Rollensatzes A.
Der beispielhafte Montagemechanismus kann auch mehrere gegenüberliegende Räder und/oder Rollen (210) enthalten, zum Beispiel Rad-/Rollensätze A und B, die an die Schienengleise angepasst sein können, zum Beispiel das Schienengleis (110), die röhrenförmig oder massiv sein können. Die Gesamtzahl der Räder und/oder Rollen (210) an der Zugeinheit (200) kann zum Beispiel acht betragen. Jedoch kann die Zugeinheit auch mehr oder weniger Räder und/oder Rollen (210) haben. In einigen Ausführungsformen können die Räder und/oder Rollen (210) an Schwenkblöcken (211) montiert sein. Jeder Schwenkblock (211) kann mindestens ein Rad oder eine Rolle (210) haben. Zum Beispiel hat in einigen Ausführungsformen jeder Schwenkblock (211) zwei Räder oder Rollen (210). Somit können die beispielhaften acht Räder/Rollen (210) vier Sätze von Schwenkblöcken (211) mit zwei Räder/Rollen, die am jedem Block montiert sind, enthalten. Natürlich richten sich die Anzahl der Schwenkblöcke (211) und die entsprechende Anzahl von Rädern/Rollen (210) nach einer Anzahl von Faktoren, wie zum Beispiel der Größe und dem Gewicht der Zugeinheit (200), der Größe des Durchmessers der Schienengleise (110), der Größe der Räder/Rollen (210) usw. Jedoch wird für typische schienenmontierte Schweißanwendungen, zum Beispiel Orbitalschweißanwendungen, in Betracht gezogen, dass vier Schwenkblöcke (211) verwendet werden, wobei jeder Block (211) zwei Räder/Rollen (210) hat und zum Beispiel an einer Ecke der Zugeinheit (200) angeordnet ist (siehe zum Beispiel 6B). Die Schwenkblöcke (211) enthalten jeweils ein mittiges Lager, die dem jeweiligen Schwenkblock (211) das Schwenken erlauben, wenn die Zugeinheit (200) gelöst wird. Für den Schwenkwinkel bestehen keinerlei Einschränkungen. Um jedoch die Montage der Zugeinheit (200) an den Schienengleisen (110) zu vereinfachen, können die Schwenkblöcke (211) auf einen Einwärts-Schwenkwinkel von bis zu 26° (siehe 14A) und einen Auswärts-Schwenkwinkel von bis zu 10° (siehe 14B) mit Bezug auf eine Mittelachse zwischen zwei Schwenkblöcken (211) begrenzt werden. Diese Schwenkbewegung kann es den Rollen (210) ermöglichen, sich unmittelbar an jedes Profil des Schienengleises (110) anzupassen, zum Beispiel konkav, konvex, gerade oder beliebige Kombinationen davon. Für Größe und Form des Schienengleises (110) bestehen keinerlei Einschränkungen, und die Größe des Schienengleises (110) kann im Bereich von zum Beispiel 1/16 Inch bis 2 Inch liegen, und die Form kann zum Beispiel rund, quadratisch, dreieckig, achteckig oder eine andere Form sein. Natürlich kann die Form der Räder und/oder Rollen (210) entsprechend der Größe und Form des Schienengleises (110) geändert werden. Außerdem kann das Schienengleis (110) entweder röhrenförmig oder massiv sein. Des Weiteren ist die Konfiguration der Führungsschiene (100) nicht auf die eines Rings beschränkt, und kann zum Beispiel jede der Schienenkonfigurationen sein, die in 3C veranschaulicht sind, d. h. die konvexe Führungsschiene (391), die konkave Führungsschiene (392), die gerade Führungsschiene (393) und die variable Führungsschiene (394), oder eine andere Art von Schienenkonfiguration.
Wenn die Zugeinheit (200) festgeklemmt wird, so kann der beispielhafte Montagemechanismus einen Verriegelungsmechanismus enthalten, um die Schwenkblöcke (211) an ihrem Platz zu verriegeln. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen jeder Schwenkblock (211) eine Verriegelungsbuchse (213) haben, die eine freie Bewegung ohne Druck ermöglicht (zum Beispiel, wenn die Zugeinheit (200) nicht festgeklemmt ist), und dann in einer festen Stellung arretiert, sobald die Zugeinheit (200) festgeklemmt wird. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Buchse (213) so angeordnet sein, dass, wenn die Zugeinheit (200) festgeklemmt wird, die Buchse zwischen einer Seitenwand der Zugeinheit (200) und den Rollen (210) zusammengedrückt wird, wie in den 6A und 6B veranschaulicht. Im festgeklemmten Zustand wirkt die Kraft auf die Buchse (213) in einer solchen Weise, dass die Reibung den entsprechenden Schwenkblock (211) an seinem Platz hält, wenn die Rollen (210) auf dem Schienengleis (110) rollen. In einigen Ausführungsformen kann die Verriegelungsbuchse (213) aus Bronze oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Wenn die Zugeinheit (200) nicht festgeklemmt ist, so kann der Schwenkblock (211) frei schwenken und sich an das Profil des Schienengleises (110) anpassen, zum Beispiel konkav, konvex, gerade oder beliebige Kombinationen davon. Diese Bauweise ermöglicht den vollen Kontakt der Zugeinheit (200) mit den Schienengleisen (110) und eine ruckfreie Bewegung der Zugeinheit (200). Außerdem kann in einigen Ausführungsformen ein Eingriffnahmepunkt des Zugeinrichtungs-Antriebszahnrades (310) (siehe auch 3A) direkt auf die Achse der Schwenklager der zwei vorderen Schwenkblöcke ausgerichtet sein, zum Beispiel die Schwenkblöcke (211), die sich neben dem Vorschubantriebszahnrad (310) befinden. Dank dieses Merkmals kann sich die Zugeinheit (200) an jedes Schienengleis (110) anpassen – ohne weitere Justierung oder Modifizierungen der Zugeinheit (200). Die Ausrichtung des Vorschubantriebszahnrades (310) auf die vorderen Stützschwenkblöcke, zum Beispiel die Schwenkblöcke (211), kann so konfiguriert sein, dass sie für alle Schienenkonfigurationen die gleiche bleibt.
Wie oben besprochen und in der Seitenansicht und der Querschnittsdraufsicht von 2A zu sehen, kann ein Klemmmechanismus (220) der Gleis-Klemmbaugruppe (240) die Schwenkblöcke (211) von Rad-/Rollensatz A in Eingriff nehmen. In einigen Ausführungsformen wird der Klemmmechanismus (220) manuell betätigt und kann Drehknaufe (221) enthalten, um ein schnelles manuelles Drehen zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann die Klemmbaugruppe (240) eine Hochleistungsschraube (222) enthalten. Die Klemmbaugruppe (240) kann eine Kupplung oder einen vergleichbaren Mechanismus enthalten, so dass die Schraube (222) weder manuell noch auf sonstige Weise überdreht werden kann. Die Gleis-Klemmbaugruppe (240) enthält außerdem eine bewegliche Seitenplatte (224), auf der zum Beispiel zwei Schwenkblöcke (211) von Rad-/Rollensatz A montiert sind. In einigen Ausführungsformen kann die bewegliche Seitenplatte (224) dafür konfiguriert sein, präzise auf Linearlagern zu gleiten, zum Beispiel den vier Linearlagern (230). Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von Linearlagern (230) und/oder einer Schraube (222) beschränkt, um den Rollensatz A in Eingriff zu nehmen und aus dem Eingriff zu lösen, und es können auch andere Verfahren verwendet werden.
In der vollständig gelösten Position ist die Distanz der beweglichen Seitenplatte (224) des beispielhaften Montagemechanismus zu der beispielhaften Führungsschiene (100) breit genug, damit die Räder/Rollen (210) nicht die Schienengleise (110) berühren. Das heißt, in der vollständig gelösten Position besteht genügend Spiel zwischen den Rädern/Rollen (210) und den Schienengleisen (110), so dass die Zugeinheit (200) ohne Behinderung durch das Schienengleis (110) demontiert werden kann. Um die Räder/Rollen (210) an die Schienengleise (110) zu klemmen oder mit diesen in Eingriff zu bringen, wie in 2B zu sehen, kann der Klemmmechanismus (220) so betätigt werden, dass die Schwenkblöcke (211), die die Rollen (210) enthalten, sich in Richtung der Schienengleise (110) bewegen. Sobald die Räder und/oder Rollen (210) die Schienengleise (110) berühren, können die Schwenkblöcke (211) ungehindert schwenken, so dass die Räder und/oder Rollen (210) sich an jedes Profil des Schienengleises (110) anpassen, zum Beispiel konkav, konvex, gerade oder beliebige Kombinationen davon. Sobald der Klemmmechanismus (220) die Gleisklemmbaugruppe (240) vollständig mit den Schienengleisen (110) in Eingriff bringt, verhindert die Verriegelungsbuchse (213), dass sich die Schwenkblöcke (211) bewegen, wie oben besprochen. In einigen Ausführungsformen kann die Oberfläche jedes Rades oder jeder Rolle (210) im festgeklemmten Zustand mehrere Kontaktpunkte (215) mit dem Schienengleis (110) haben, zum Beispiel von zwei Punkten bis zu einer Kontaktlinie. Natürlich brauchen in anderen Ausführungsformen die Räder/Rollen (210) das Schienengleis (110) nur an einem einzigen Punkt zu berühren. In den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde der Rad-/Rollensatz A bewegt, um die Zugeinheit (200) an der Führungsschiene (100) festzuklemmen bzw. von ihr zu lösen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, nur den Rad-/Rollensatz A zu bewegen, und es können der Rad-/Rollensatz B oder beide Rad-/Rollensätze A und B durch den Klemmmechanismus (220) betätigt werden, um die Zugeinheit (200) an die Führungsschiene (100) zu klemmen oder von ihr zu lösen.
Der beispielhafte Montagemechanismus der offenbarten Technologie kann eine bequeme und einfache Montage eines Schweißkopfes an verschiedenen Profilen, Formen und Größen von Schienengleisen ermöglichen, wodurch die Notwendigkeit entfallen kann, mehrere Justierungen für jede Schienenkonfiguration durchzuführen. Der beispielhafte Montagemechanismus, wie oben besprochen, bietet einen schnellen und eleganten Weg zum Montieren einer Zugeinheit (200) mittels einer einzelnen Justierung (zum Beispiel der Schienengleis-Klemmbaugruppe (240), die den Klemmmechanismus (220) verwendet), so dass keine weiteren Justierungen notwendig sind. Beispielhafte Ausführungsformen des oben besprochenen Montagemechanismus können Vorteile bieten, wie zum Beispiel das Verringern und/oder Beseitigen des Durchbiegens und Verschleißens einer Schweißkopf-Zugeinheit und anderer Komponenten und das Ermöglichen einer nahezu ruckfreien Bewegung der Schweißkopfeszugeinheit entlang einer Führungsschiene bei jeder Geschwindigkeit, zum Beispiel bei niedrigen und hohen Geschwindigkeiten. Außerdem kann die Implementierung der beispielhaften Ausführungsformen des oben besprochenen Montagemechanismus es erlauben, Zugeinheiten jeder Größe und jedes Gewichts zu montieren, unter Bedingungen zu handhaben, die extrem anspruchsvoll sind oder bei denen eine große Gefahr einer falschen Anwendung besteht, und auf einfache Weise an der Führungsschiene festzuklemmen und von dieser zu lösen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die offenbarte Technologie einen Zugeinrichtungs-Montagemechanismus enthalten, der in der Lage ist, eine Schweißkopfzugeinheit an mehrere Formen und Größen eines Schweißschienengleises zu montieren.
Die Art und Weise, in der eine Schweißkopfzugeinheit an einer Führungsschiene montiert ist, kann die Qualität der Schweißnaht entsprechend dem Grad der Gleichmäßigkeit der Bewegung der Zugeinheit entlang der Führungsschiene beeinflussen. Zum Beispiel kann sich ein Schweißkopf an einem Schienenring durchbiegen, was dazu führen kann, dass sich Wolfram bei „12 Uhr” einwärts winkelt und bei „6 Uhr” auswärts winkelt. Dazu kann es kommen, wenn der Schweißkopf nicht fest an der Schiene montiert ist, so dass aufgrund von Vibrationen und Stößen eine Abdriftneigung vorhanden ist. Außerdem können Montagemechanismen fragil sein und leicht beschädigt werden, zum Beispiel festklemmen, und es kann zu einer Beschädigung von Schweißkopfkomponenten aufgrund eines zu starken Festziehens kommen.
2A zeigt einen beispielhaften Montagemechanismus einer beispielhaften Schweißkopfzugeinheit (200), die eine Seitenradschienenrollenklemmbaugruppe enthält, die in der gelösten Position gezeigt ist. Wie in der Vorderansicht der Figur zu sehen, kann die Zugeinheit (200) an einer Führungsschiene (zum Beispiel der Führungsschiene (100)) mittels einer einzigen Klemmaktion als Teil des beispielhaften Montagemechanismus montiert sein. Der beispielhafte Montagemechanismus kann mehrere gegenüberliegende Räder und/oder Rollen enthalten, zum Beispiel acht gegenüberliegende Räder/Rollen (210), die an die Schienengleise angepasst sein können, zum Beispiel das röhrenförmige Schienengleis (100). Die beispielhaften acht Räder/Rollen (210) können aus vier Sätzen von Schwenkblöcken (211) bestehen, wobei zwei Rollen oder Räder an jedem Block montiert sind. Die Schwenkblöcke können sich jeweils über ihr eigenes mittiges Lager unmittelbar an jede Größe und Form einer Schiene anpassen. Jeder Schwenkblock kann eine verriegelnde Bronzebuchse aufweisen, die eine freie Bewegung ohne Druck ermöglicht, und dann in einer festen Stellung arretiert, sobald die festgeklemmt wird. Diese Bauweise ermöglicht einen vollen Kontakt der Zugeinheit mit den Schienengleisen und eine ruckfreie Bewegung der Zugeinheit. Außerdem kann ein Eingriffnahmepunkt des Zugeinrichtungs-Antriebszahnrades direkt auf die Achse der Schwenklager der zwei vorderen Schwenkblöcke ausgerichtet sein. Dank dieses Merkmals kann sich die Traktionsvorrichtung an jede Schiene ohne weitere Justierung oder Modifizierungen der Zugeinrichtung anpassen. Die Ausrichtung des Antriebszahnrades auf die vorderen Stützschwenkblöcke, zum Beispiel die Schwenkblöcke (211), kann so konfiguriert sein, dass sie für alle Schienenkonfigurationen die gleiche bleibt. Wie in der Seitenansicht und der Querschnittsdraufsicht von 2A zu sehen, kann ein Klemmmechanismus (220) mit zwei Drehknaufen die vier Schwenkblöcke (211) mit einem schnellen manuellen Drehen in Eingriff nehmen. Der Klemmmechanismus (220) kann eine Hochleistungsschraube enthalten, die nicht manuell überdreht werden kann. Die bewegliche Seitenplatte, auf der zwei Schwenkblöcke montiert sind, kann dafür konfiguriert sein, präzise auf vier Linearkugellagern zu gleiten, zum Beispiel den Linearlagern (230). In der gelösten Position ist die Distanz von dem beispielhaften Montagemechanismus zu der beispielhaften Führungsschiene (100) breit genug, damit die Räder/Rollen (210) nicht die Schienengleise (110) berühren. Um die Rollen (210) an die Schienengleise (110) zu klemmen, wie in 2B zu sehen, kann der Klemmmechanismus (220) die Schwenkblöcke (211), die die Räder/Rollen (210) enthalten, in Richtung der Schienengleise (110) bringen. Im festgeklemmten Zustand sind die Räder mit dem Schienengleis über mehrere Kontaktpunkte verbunden. Der Montagemechanismus kann dafür konfiguriert sein, alle Räder/Rollen (210) zusammen festzuklemmen.
Der beispielhafte Montagemechanismus der offenbarten Technologie kann eine bequeme und einfache Montage eines Schweißkopfes an verschiedenen Formen und Größen von Schienenringen ermöglichen, wodurch die Notwendigkeit entfallen kann, mehrere Justierungen für jede Schienenkonfiguration durchzuführen. Der beispielhafte Montagemechanismus bietet einen schnellen und eleganten Weg zum Montieren einer Zugeinheit mit einem einzelnen Schraubenrad (zum Beispiel einem Montageknauf (220)), so dass keine weiteren Justierungen notwendig sind. Dies kann Vorteile bieten, wie zum Beispiel das Verringern und/oder Beseitigen des Durchbiegens und des Verschleißes und das Ermöglichen einer nahezu ruckfreien Bewegung einer Schweißkopf-Zugeinheit entlang einer Führungsschiene bei jeder Geschwindigkeit, zum Beispiel bei niedrigen und hohen Geschwindigkeiten. Außerdem kann es die Implementierung des Montagemechanismus erlauben, Traktionsvorrichtungen jeder Größe und jedes Gewichts zu montieren, unter Bedingungen zu handhaben, die extrem anspruchsvoll sind oder bei denen eine große Gefahr einer falschen Anwendung besteht, und auf einfache Weise an der Führungsschiene festzuklemmen und von dieser zu lösen.
In einigen Ausführungsformen sind die Rollen (210) so bemessen, dass sie die Montage der Zugeinheit (200) an der Führungsschiene (100) ermöglichen. Wie zum Beispiel in 15 veranschaulicht, können die Räder/Rollen (210) an jedem Schwenkblock (211) verschiedene Breiten haben. Das Rad/die Rolle (210B) kann eine Breite (W2) haben, die kleiner als die Breite (W1) von Rolle (210A) ist. Die Breiten (W2) und (W1) werden so eingestellt, dass, wenn der Klemmmechanismus (220) die Zugeinheit (200) in die gelöste Position versetzt, die Schienengleise (110) der Führungsschiene (100) an den Rädern/Rollen (210B), aber nicht an den Rädern/Rollen (210A) vorbeigleiten können.
Zum Beispiel, wie in 16A veranschaulicht, befinden sich die Räder/Rollen (210A) im inneren Abschnitt der Zugeinheit (200), und die Räder/Rollen (210B) befinden sich am äußeren Abschnitt. Wenn sich die Zugeinheit (200) in der gelösten Position befindet, so beträgt die Distanz zwischen gegenüberliegenden inneren Rädern/Rollen (210A) D1, und die Distanz zwischen gegenüberliegenden äußeren Rädern/Rollen (210B) ist D2. Weil die Breiten der äußeren Räder/Rollen (210B) kleiner eingestellt sind als die Breiten der inneren Räder/Rollen (210A), ist die Distanz D1 kleiner als die Distanz D2. Die Distanz D2 ist so eingestellt, dass sie geringfügig größer ist als der breiteste Abschnitt des Schienengleises (110), und die Distanz D1 ist geringfügig kleiner als der breiteste Abschnitt des Schienengleises (110).
Zum Beispiel, wie in 16A gezeigt, werden die Schienengleise (110) so eingestellt, dass die Distanz zwischen den äußersten Abschnitten der Schienengleise (110) D3 ist. Dementsprechend wird die gelöste Position der Zugeinheit (110) so eingestellt, dass die Distanz D2 größer als die Distanz D3 ist und die Distanz D1 kleiner als die Distanz D3 ist. Darum passen, wenn die Zugeinheit (200) erstmals an der Führungsschiene (100) montiert wird, die äußeren Räder/Rollen (210B) über die Schienengleise (110), wie in 16B gezeigt. Die Zugeinheit (200) liegt dann an den inneren Rädern/Rollen (210A) an, wenn sie die Schienengleise (100) berühren, wie in 16C gezeigt. Die Breite (W1) der inneren Rollen (210A) ist so eingestellt, dass die Zugeinheit (200) sicher auf dem Abschnitt der Räder/Rollen (210A) ruhen kann, der die Führungsgleise (110) berührt. Sobald die Zugeinheit (200) auf den Schienengleisen (110) aufliegt, kann der Klemmmechanismus (220) betätigt werden, um die Zugeinheit (200) an der Führungsschiene (100) festzuklemmen. Wenn der Klemmmechanismus (220) betätigt wird, werden die Schienengleise (110) und die Räder/Rollen (210A) und (210B) aufgrund der Kegelform der inneren Räder/Rollen (210A) in die richtige Ausrichtung geführt, wie in 16D gezeigt. Während des festgeklemmten Zustands wirkt der Schwenkblock (211) mit den Rädern/Rollen (210A) und (210B) in der oben besprochenen Weise. Natürlich wird die Breite (W2) der Räder/Rollen (210B) so eingestellt, dass im festgeklemmten Zustand ausreichend Kontaktfläche zwischen den Rädern/Rollen (210B) und den Schienengleisen (110) besteht, damit die Zugeinheit (200) sicher betätigt werden kann.
Der Klemmmechanismus (220) kann so konfiguriert sein, dass die gelöste Position die richtigen Distanzen D1 und D2 an den Rädern/Rollen (210A) bzw. (210B) für Schienengleise (110) mit einer Breite D3 einstellt. In einigen Ausführungsformen hat der Klemmmechanismus (220) mehrere gelöste Einstellungen entsprechend Schienengleisen (110) mit verschiedenen Breiten D3. Das heißt, eine einzelne Zugeinheit (200) kann dafür konfiguriert sein, an Führungsschienen (100) mit einer variierenden Breite D3 geklemmt zu werden, die im Bereich von zum Beispiel 2 bis 12 Inch liegen kann. Eine einzelne Zugeinheit (200) kann dafür konfiguriert sein, an alle oder nur einige der Führungsschienen (100) geklemmt zu werden, die in diesen Bereich fallen. Natürlich sind auch andere Breiten und Bereiche möglich, in einigen Ausführungsformen kann ein Indikator oder ein durch den Bediener konfigurierbarer Endanschlag (nicht gezeigt) in den Klemmmechanismus (220) integriert werden, so dass der Klemmmechanismus (220) zuverlässig auf die entsprechende Breite D3 der verschiedenen Führungsschienen (100) geöffnet werden kann. So erlauben es beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Zugeinheit (200), an die Führungsschiene (100) geklemmt zu werden, ohne zunächst die Zugeinheit-Rollen (210) auf die Schienengleise (110) ausrichten zu müssen. Außerdem muss sich der Bediener keine Sorgen darüber machen, dass die Zugeinheit an den inneren Rädern/Rollen vorbei rutscht und das Vorschubantriebszahnrad und/oder der Laufschienenzahnkranz beschädigt werden, wenn die Zugeinheit montiert oder demontiert wird.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung einen Vorschubantriebszahnrad-Eingriffnahmemechanismus für eine Schweißkopfzugeinheit enthalten, der unter anderem auf einfache Weise das Vorschubantriebszahnrad der Zugeinheit mit einem Laufschienenzahnkranz in Eingriff bringen und wieder daraus lösen kann, so dass ein Bediener die Schweißkopfzugeinheit rasch positionieren kann und die Zugeinheit mit jeder gewünschten Vorschubgeschwindigkeit betreiben kann, zum Beispiel langsam oder schnell. 3A veranschaulicht eine Zugeinheit (300), die auf einer Führungsschiene montiert sein kann, zum Beispiel der Führungsschiene (100), wie in den 1A–1C veranschaulicht. Die Führungsschiene (100) enthält einen Laufschienenzahnkranz (130), der durch das Vorschubantriebszahnrad (310) der Zugeinheit (300) in Eingriff genommen wird. Das Vorschubantriebszahnrad (310) und der Laufschienenzahnkranz (130) können eine optimale Verzahnungskonfiguration haben, um die Zugeinheit (300) gleichmäßig entlang der Führungsschiene (100) zu bewegen. Es ist anzumerken, dass, obgleich die beispielhaften Ausführungsformen anhand einer Zugeinheit (300) beschrieben werden, die an der Führungsschiene (100) montiert ist, die vorliegende Erfindung nicht in dieser Hinsicht beschränkt ist, da der beispielhafte Vorschubantriebszahnrad-Eingriffnahmemechanismus auch in andere Arten von Zugeinheiten integriert werden kann, und nicht nur in solche, die an der Art von Führungsschienen montiert werden, die in 1 veranschaulicht sind. Außerdem kann die vorliegende Erfindung an Führungsschienen von einer Vielzahl verschiedener Konfigurationen verwendet werden. Zum Beispiel kann, wie in 3C veranschaulicht ist, eine Zugeinheit, die beispielhafte Ausführungsformen des Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus enthält, wie weiteren unten besprochen, einen ruckfreien Vorschub entlang konvexer Führungsschienen (391), konkaver Führungsschienen (392), gerader Führungsschienen (393) und variabler Führungsschienen (394) ermöglichen, um nur einige zu nennen.
Wie in den 3A und 3B veranschaulicht, kann der Vorschubantriebszahnrad-Eingriffnahmemechanismus einen Kupplungshebel (320) enthalten, der, wenn er betätigt wird, schnell das Vorschubantriebszahnrad (310) mit dem Laufschienenzahnkranz (130) in Eingriff bringt oder aus dieser Eingriffnahme löst. Zum Beispiel bringt in einigen Ausführungsformen, wenn der Kupplungshebel (320) in eine erste Position gedreht wird (siehe 3A), ein Verbindungselement (311) das Vorschubantriebszahnrad (310) mit dem Laufschienenzahnkranz (130) in Eingriff, und wenn der Kupplungshebel (320) in eine zweite Position gedreht wird (siehe 3B), so löst das Verbindungselement (311) die Eingriffnahme zwischen dem Vorschubantriebszahnrad (310) und dem Laufschienenzahnkranz (130). In einigen Ausführungsformen enthält das Verbindungselement (311) einen Schwenkpunkt und einen Schwenkbolzen (312). Der Schwenkbolzen (312) ist mit dem Verbindungselement (311) wirkverbunden, so dass das Verbindungselement (311) in einer Kippbewegung um den Schwenkbolzen (312) herum geschwenkt wird, um das Vorschubantriebszahnrad (310) mit dem Laufschienenzahnkranz (130) in Eingriff zu bringen und aus diesem Eingriff zu lösen. Zum Beispiel kann ein erstes Ende des Verbindungselements (311) durch einen Kupplungsarm (321) geschwenkt werden, während ein zweites Ende des Verbindungselements (311), das mit dem Vorschubantriebszahnrad (310) wirkverbunden ist, das Antriebszahnrad (310) mit dem Laufschienenzahnkranz (130) in Eingriff bringt und aus diesem Eingriff löst. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen enthält der Kupplungshebel (320) einen Exzenternockenabschnitt (320A), der mit dem Kupplungsarm (321) an einem Punkt an dem Nockenabschnitt (320A) wirkverbunden ist, der von der Mitte seines länglichen Abschnitts versetzt ist (siehe 3A und 3B). In einigen Ausführungsformen ist der Kupplungsarm (321) mit dem Nockenabschnitt (320A) an einem Punkt verbunden, der auf der Mittelachse des länglichen Abschnitts des Nockenabschnitts (320A) liegt. Dementsprechend schwenkt der Kupplungsarm (321) aufgrund dieser versetzten Nockenkonfiguration, wenn der Kupplungshebel (320) in die erste Position bewegt wird, das Verbindungselement (311) so, dass das Antriebszahnrad (310) in Eingriff genommen wird. Gleichermaßen wird – aufgrund der versetzten Nockenkonfiguration – das Verbindungselement (311) aus dem Eingriff gelöst, wenn der Kupplungshebel (320) in die zweite Position bewegt wird. Somit erlaubt die beispielhafte Konfiguration des Kupplungshebels (320) es einem Bediener, die Zugeinheit (300) rasch freizugeben und erforderlichenfalls jederzeit auf der Führungsschiene (100) neu zu positionieren. Außerdem, wenn der Nockenabschnitt (320A) in die erste Position bewegt wird, überquert der Nocken die Mittelachse seines länglichen Abschnitts, so dass der Kupplungshebel (320) dazu neigt, unten an der Zugeinheit (300) zu bleiben, anstatt in Richtung der zweiten Position zu öffnen. Dementsprechend kann der Nocken (320A) so geformt sein, dass sich der Kupplungshebel (320) nicht versehentlich aus der Position bewegt, wenn die Zugeinheit (300) durchgerüttelt wird, beispielsweise aufgrund von Materialtrümmern auf dem Laufschienenzahnkranz (130). In einigen Ausführungsformen ist der Kupplungshebel (320) für den Bediener leicht zugänglich; zum Beispiel befindet er sich auf der Schweißkopfzugeinheit (300). Jedoch kann sich der Kupplungshebel (320) überall auf der Zugeinheit (300) befinden, solange die Stelle nicht den Vorschub der Zugeinheit (300) oder den Schweißvorgang behindert. Außerdem ist, obgleich einige Ausführungsformen des Eingriffnahmemechanismus einen einzelnen Schwenkpunkt verwenden, die vorliegende Erfindung nicht in dieser Hinsicht beschränkt, und der Gestängemechanisms zwischen Kupplungshebel (320) und Antriebszahnrad (310) kann jede beliebige Anzahl von Schwenkpunkten oder gar keine Schwenkpunkte enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann der Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus einen Eingriffsvorspannmechanismus (313) enthalten, der eine Vorspannkraft an das Antriebszahnrad (310) anlegt, so dass es im Eingriff mit dem Laufschienenzahnkranz (130) bleibt. In einigen Ausführungsformen erlaubt der Eingriffsvorspannmechanismus (313) es dem Antriebszahnrad (310), sich weit genug zurückzuziehen, um über Materialtrümmer auf dem Laufschienenzahnkranz (130) hinwegzufahren, um die Minderung von Problemen zu unterstützen, wie zum Beispiel klemmende Zahnräder und/oder ein Verschieben des Schweißkopfes auf der Zugeinheit (300). Nachdem das Antriebszahnrad (310) die Materialtrümmer passiert hat, kann der Eingriffsvorspannmechanismus (313) dabei helfen, das Antriebszahnrad (310) wieder in Eingriff mit dem Laufschienenzahnkranz (130) zu bringen. In einigen Ausführungsformen ist der Eingriffsvorspannmechanismus (313) so angeordnet, dass er mit dem Verbindungselement (311) dort wirkverbunden ist, wo der Kupplungsarm (321) angebracht ist (siehe 3A). Natürlich kann der Eingriffsvorspannmechanismus (313) auch an anderen Punkten in dem Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus angeordnet sein, solange eine Vorspannkraft auf das Antriebszahnrad (310) wirkt, um den Laufschienenzahnkranz (130) in Eingriff zu nehmen. In einigen Ausführungsformen kann der Eingriffsvorspannmechanismus (313) aus mindestens einer Feder bestehen, aber in anderen Ausführungsformen können auch andere Arten von Vorspannvorrichtungen verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann der Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus auch einen Rückzugsvorspannmechanismus (314) enthalten, um sicherzustellen, dass das Antriebszahnrad (310) im Eingriff mit dem Laufschienenzahnkranz (130) bleibt. In einigen Ausführungsformen kann der Rückzugsvorspannmechanismus (314) so angeordnet sein, dass er mit dem Verbindungselement (311) dort wirkverbunden ist, wo der Kupplungsarm (321) angebracht ist (siehe 3B). Natürlich kann – wie im Fall des Eingriffsvorspannmechanismus (313) – der Rückzugsvorspannmechanismus (314) auch an anderen Punkten in dem Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus angeordnet sein, solange eine Vorspannkraft anliegt, die sicherstellt, dass das Antriebszahnrad (310) aus dem Eingriff mit dem Laufschienenzahnkranz (130) gelöst bleibt, wenn er sich in der aus dem Eingriff gelösten Position befindet. In einigen Ausführungsformen kann der Rückzugsvorspannmechanismus (314) aus mindestens einer Feder bestehen, aber in anderen Ausführungsformen können auch andere Arten von Vorspannvorrichtungen verwendet werden.
Für die Art der Zahnradkonfiguration für das Vorschubantriebszahnrad (310) und den Laufschienenzahnkranz (130) bestehen keinerlei Einschränkungen, zum Beispiel Stirnrad mit Geradverzahnung, Schneckenrad usw., solange das Antriebszahnrad (310) die Zugeinheit (300) entlang der Führungsschiene (100) bewegen kann. In einigen Ausführungsformen, wie in 6A zu sehen, enthält das Vorschubantriebszahnrad (310) einen Antriebszahnradabschnitt (315) und mindestens einen Antriebsrollenabschnitt (316) auf mindestens einer Seite des Antriebszahnradabschnitts (315). Für die Bauweise des Antriebsrollenabschnitts (316) und des Antriebszahnradabschnitts (315) bestehen insofern keinerlei Einschränkungen, als der Antriebszahnradabschnitt (315) und der mindestens eine Antriebsrollenabschnitt (316) eine integrale Einheit oder separate Komponenten sein können, die in einem Wirkverbund montiert wurden. In einigen Ausführungsformen ist der Zahnradabschnitt (315) ein Stirnrad mit Geradverzahnung, und die Abmessungen des oder der Rollenabschnitte (316) entsprechen dem Teilkreisdurchmesser des Stirnrades mit Geradverzahnung. Wie in 1C veranschaulicht, kann der Laufschienenzahnkranz (130) einen Laufschienenzahnkranzabschnitt (131) enthalten, der dafür konfiguriert ist, sich mit dem Antriebszahnradabschnitt (315), zum Beispiel dem Stirnrad mit Geradverzahnung, des Vorschubantriebszahnrades (310) zu verzahnen. In einigen Ausführungsformen enthält der Laufschienenzahnkranz (130) einen Absatzabschnitt (132). Der Absatzabschnitt (132) kann sich auf einer oder auf beiden Seiten des Laufschienenzahnkranzabschnitts (131) befinden. In einigen Ausführungsformen sind der eine oder die mehreren Absatzabschnitte (132) und/oder Antriebsrollenabschnitte (316) so konfiguriert, dass der oder die Rollenabschnitte (316) in Kontakt mit dem oder den Absatzabschnitten (132) stehen, wenn das Vorschubantriebszahnrad (310) mit dem Laufschienenzahnkranz (130) in Eingriff steht. In einigen Ausführungsformen entsprechen der eine oder die mehreren Absatzabschnitte (132) dem Teilkreisdurchmesser des Laufschienenzahnkranzabschnitts (131) für Führungsschienen, die gekrümmt sind, oder der Teillinie des Laufschienenzahnkranzabschnitts (131) für Führungsschienen, die gerade sind. In einigen Ausführungsformen entsprechen die Abmessungen des einen oder der mehreren Absatzabschnitte (132) und des einen oder der mehreren Antriebsrollenabschnitte (316) dem oder den jeweiligen Teilkreisdurchmessern bzw. Teillinien, wodurch die richtige Ausrichtung des Antriebszahnradabschnitts (315) auf die den Laufschienenzahnkranzabschnitt (131) sichergestellt ist, wenn sie im Eingriff stehen. Das heißt, für einen gekrümmten Laufschienenzahnkranzabschnitt (131) entspricht der Durchmesser des Absatzabschnitts (132), der gleich dem Teilkreisdurchmesser des Laufschienenzahnkranzabschnitts (131) ist, dem Durchmesser des Antriebsrollenabschnitts (316), der gleich dem Teilkreisdurchmesser des Antriebszahnradabschnitts (315) ist. Für einen geraden Laufschienenzahnkranzabschnitt (131) entspricht die Abmessung des Absatzabschnitts (132), die gleich der Teillinie des Laufschienenzahnkranzabschnitts (131) ist, dem Durchmesser des Antriebsrollenabschnitts (316), der gleich dem Teilkreisdurchmesser des Antriebszahnradabschnitts (315) ist. Die richtige Ausrichtung gewährleistet, dass es kein Zahnradspiel gibt und die Zugeinheit (300) einen ruckfreien, stabilen Betrieb bei allen Betriebsgeschwindigkeiten erfährt. Außerdem verhindert eine Antriebsrolle (316), die auf dem einen oder den mehreren Absatzabschnitten (132) rollt, auch, dass sich der Antriebszahnradabschnitt (315) an dem Laufschienenzahnkranz (130) aufgrund der Vorspannkraft des Eingriffsvorspannmechanismus (313) oder aufgrund eines zu starken Anziehens verklemmt. Dies verhindert übermäßigen Verschleiß und ein Festklemmen des Antriebsmechanismus. In einigen Ausführungsformen ist die Vorschubantriebseinheit (310) so konfiguriert, dass sie einen Antriebsrollenabschnitt (316) auf jeder Seite des Antriebszahnradabschnitts (315) enthält, und der Laufschienenzahnkranz (130) ist so konfiguriert, dass sich ein einzelner Absatzabschnitt (132) auf einer Seite des Zahnradabschnitts (131) befindet. Eine solche Konfiguration wahrt das korrekte Ineinandergreifen mit dem Antriebszahnrad (310) und ermöglicht es, die Zugeinheit (300) in jeder Ausrichtung mit Bezug auf die Schienenführung (100) zu montieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die offenbarte Technologie einen Zugeinheitantriebschwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus enthalten, um eine Schweißkopf-Zugeinheit mit einer Führungsschiene in Eingriff zu bringen und aus diesem Eingriff zu lösen.
Ein übermäßiges Wackeln oder Spiel in einem Zahnradantrieb einer Schweißkopf-Zugeinheit, die an einer Führungsschiene montiert ist, kann eine nicht-ordnungsgemäße Vorschubbewegung verursachen, da sich die Schweißkopfposition verschiebt und sich die Belastungsrichtung auf das Antriebszahnrad ändert, was zu einer ungleichmäßigen Vorschubgeschwindigkeit führen kann. Um eine nicht-ordnungsgemäße Bewegung zu vermeiden, können einige Verfahren das Beseitigen des Spiels zwischen dem Antriebszahnrad und dem Laufschienenzahnkranz enthalten.
Der beispielhafte Antriebsschwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus kann es ermöglichen, den Vorschubmotor auf einfache Weise mit einem Schnelllösehebel in Eingriff zu bringen und aus dem Eingriff zu lösen, so dass ein Bediener rasch den Schweißkopf auf der Schiene positionieren kann. Außerdem gestattet der Schnelllösemechanismus mehr Flexibilität beim Optimieren der Vorschubgeschwindigkeit der Zugeinrichtung, da die Übersetzung der Zugeinheit nicht mehr auf eine schnelle Vorschubgeschwindigkeit eingestellt werden muss, um den Schweißkopf zu positionieren. Das heißt, wenn eine Zugeinheit keinen Schnelllösemechanismus hat, so wird die Motorübersetzung so eingestellt, dass die Zugeinheit sehr schnell angetrieben wird, um die Zeit zu minimieren, die benötigt wird, um den Schweißkopf auf der Schiene für den Beginn beispielsweise eines Schweißvorgangs ordnungsgemäß zu positionieren. Wenn aber die Übersetzung auf einen sehr schnellen Vorschub eingestellt wird, so kann es Probleme geben, wenn der Antrieb der Zugeinheit auf langsamere Geschwindigkeiten eingestellt wird. Mit dem Schnelllösehebel der vorliegenden Erfindung kann die Zugeinheit an der richtigen Position auf der Schiene (oder sehr nahe an der richtige Position) positioniert werden, während das Vorschubzahnrad aus dem Eingriff gelöst ist. Somit kann das Vorschubzahnrad zum Beispiel für Schweißvorgänge statt zum Positionieren des Schweißkopfes auf der Schiene optimiert werden. 3A zeigt eine beispielhafte Schweißkopfzugeinheit (300) mit einem beispielhaften Antriebsschwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus, der auf einer Führungsschiene (zum Beispiel der Führungsschiene (100), die den Laufschienenzahnkranz (130) enthält) montiert ist, zum Beispiel in einer Eingriffsposition. Der beispielhafte Antriebsschwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus kann einen Hebel (320) auf der Schweißkopfzugeinheit (300) enthalten, der über einen Exzenternocken ein Antriebszahnrad (310) hebt und senkt. Wie in den Vorder- und Seitenansichten von 3A zu sehen, kann das Antriebszahnrad (310) mit einer Antriebsbaugruppe als Teil des Laufschienenzahnkranzes (130) in Eingriff stehen, so dass die Eingriffnahme in einer Kippbewegung des Antriebszahnrades (310) auf einer einzelnen Schwenkstange (311) erfolgen kann, die entlang eines Schwenkbolzens (312) schwenken kann. Der beispielhafte Schwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus kann auch eine Feder (313) enthalten, um Druck auf das Antriebszahnrad (310) auszuüben, zum Beispiel, wenn es mit der Führungsschiene (zum Beispiel dem Laufschienenzahnkranz (130)) in Eingriff steht, wie in 3A gezeigt. Das Antriebszahnrad (310) kann von der Führungsschiene zurückgezogen werden, indem der Hebel (320) angehoben wird, was dazu führen kann, dass eine Feder (314) ihren Druck nachgibt und aus der Eingriffnahme herausschwenkt, wie in den Vorder- und Seitenansichten von 3B zu sehen. Das Antriebszahnrad (310) kann mehrere Teilkreisspeichen enthalten. Für den Teilkreisdurchmesser der Speichen bestehen keinerlei Einschränkungen, und er kann ein beliebiger gewünschter Teilkreisdurchmesser sein und kann von einer Zugeinheit zur anderen variieren. Die Geometrie einer Teilkreisspeiche kann zum Beispiel eine Evolvente sein, so dass der Durchmesser eines Querschnitts am Scheitel der Teilkreisspeiche kleiner ist als der Durchmesser eines Querschnitts an der Basis der Teilkreisspeiche. Jedoch bestehen für die Geometrie der Teilkreisspeiche keinerlei Einschränkungen, und die Teilkreisspeiche kann auch andere Geometrien haben, zum Beispiel konisch. Außerdem kann das Antriebszahnrad (310) eine Teilkreisdurchmesserrolle auf beiden Seiten des Antriebszahnrades und auf einer Seite des Laufschienenzahnkranzes enthalten, die dafür konfiguriert sein kann, ein korrektes Ineinandergreifen mit dem Antriebszahnrad beizubehalten und es zu ermöglichen, die Traktionsvorrichtung auf beiden Seiten der Schiene zu montieren.
Der beispielhafte Schwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus kann die folgenden Merkmale und Vorteile aufweisen: ein schnelles Lösen und Umpositionieren eines Schweißkopfes auf einer Führungsschiene durch Verwendung eines leicht zugänglichen Hebels, zum Beispiel Hebel (320); eine Zugeinheit mit dem beispielhaften Schwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus kann über Materialtrümmer auf dem Laufschienenzahnkranz (zum Beispiel dem Laufschienenzahnkranz (130)) fahren, ohne zu klemmen, und dann in ihre korrekte Position zurückfallen; und eine Zugeinheit mit dem beispielhaften Schwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus kann dafür konfiguriert sein, eine exakte Zahnrad-Teilkreisdurchmesserdistanz zwischen Zahnrädern beizubehalten, so dass es ein minimales Zahnradspiel an verschiedenen Positionen gibt. Zum Beispiel kann ein Spiel von im Wesentlichen null zu einem sehr sanften und stabilen Vorschub bei langsamen und schnellen Geschwindigkeiten führen. Außerdem kann der beispielhafte Schwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus einen Vorschub entlang von Führungsschienen einer Vielzahl verschiedener Konfigurationen erlauben, wie in 3C zu sehen. Zum Beispiel kann die Zugeinheit (300), die den beispielhaften Schwenk-Vorschubzahnrad-Eingriffnahmemechanismus enthält, einen ruckfreien Vorschub entlang konvexer Führungsschienen (391), konkaver Führungsschienen (392), gerader Führungsschienen (393) und variabler Führungsschienen (394) ermöglichen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung einen Schweißkopfwinkeljustiermechanismus für einen Schweißkopf enthalten, um den Winkel zwischen dem Schweißkopf und einem Werkstück, d. h. einer Schweißpfütze auf dem Werkstück, einzustellen. Wie in 7 veranschaulicht, können beispielhafte Ausführungsformen des Schweißkopfwinkeljustiermechanismus in einen Schweißkopf (760) integriert werden, der mit einer Schweißbasiseinheit (750) wirkverbunden ist. Die Schweißbasiseinheit (750) kann eine feste Beziehung zu den Werkstücken (705A und 705B) haben. Dementsprechend kann der Winkel zwischen dem Schweißkopf (760) und der Oberfläche einer Schweißpfütze (740) des Werkstücke (705A und 705B) durch Justieren des Winkels zwischen dem Schweißkopf (760) und der Schweißbasiseinheit (750) justiert werden. Der Schweißkopf (760) kann eine AVC-Baugruppe (710) und einen Schweißbrenner (715) enthalten. Die AVC-Baugruppe (710) ist mit dem Schweißbrenner (715) wirkverbunden und kann eine AVC-Baugruppensteuereinheit (nicht gezeigt) enthalten, die dafür konfiguriert ist, eine gewünschte Lichtbogenlänge (x) beizubehalten, die sich von der Spitze der Brennerelektrode (717) bis zur Oberfläche der Schweißpfütze (740) der Werkstücke (705A und 705B) erstreckt, die in dieser beispielhaften Ausführungsform Rohre verschiedenen Durchmessers sind. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung an Rohren beschränkt, sondern kann an jedem gewünschten Werkstück verwendet werden. Die AVC-Baugruppensteuereinheit wahrt die Lichtbogenlänge (x) durch Bewegen des Brenners (715) in der Richtung des Pfeils (712). Für die Lichtbogenlänge (x) bestehen keinerlei Einschränkungen; sie kann jede gewünschte Länge sein, die für die Schweißparameter geeignet ist. In einigen Ausführungsformen kann der Schweißkopf (760) andere Komponenten enthalten, wie zum Beispiel eine Drahtzuführvorrichtung und eine Drahtführung (beide nicht gezeigt), aber im Interesse der Kürze werden nur jene Komponenten besprochen, die für die vorliegende Erfindung relevant sind.
Der Schweißkopf (760) enthält einen Schweißkopfwinkeljustiermechanismus (720), der den Winkel zwischen dem Schweißkopf (760) und der Schweißbasiseinheit (750) justiert. In einigen Ausführungsformen verbindet der Winkeljustiermechanismus (720) den Schweißkopf (760) mit der Schweißbasiseinheit (750) an einem einzelnen Schwenkpunkt (765). Die Schweißbasiseinheit (750) kann eine Antriebseinheit sein, zum Beispiel ein Orbital-Zugantrieb, der dafür konfiguriert ist, den Schweißkopf (760) mit dem Brenner (715) entlang dem umfänglich verlaufenden Schweißstoß zu bewegen, der durch die Werkstücke (705A und 705B) gebildet wird. Natürlich kann in Situationen, wo der Schweißkopf (760) stationär bleiben soll, während sich das Werkstück bewegt, der Justiermechanismus (720) den Schweißkopf (760) mit einer stationären Schweißbasiseinheit (nicht gezeigt) verbinden, anstatt mit einer mobilen Antriebseinheit, zum Beispiel einer Schweißbasiseinheit (750). Die Schweißbasiseinheit (750) (oder eine andere Vorrichtung) kann dafür konfiguriert sein, eine mechanische Oszillation auszuführen, wie durch den Pfeil (752) gezeigt, um das gewünschte Schweißwebmuster bereitzustellen.
Der Winkeljustiermechanismus (720) kann so konstruiert sein, dass er einen Winkel α zwischen dem Schweißkopf (760) und der Schweißbasiseinheit (750) justiert. Die Bewegungsfreiheit des Schweißkopfes (760) kann in jedem gewünschten Bereich liegen, zum Beispiel bis zu 90 Grad, bis zu 140 Grad oder bis zu 160 Grad. In einigen Ausführungsformen kann der Winkeljustiermechanismus (720) den Winkel α zwischen dem Schweißkopf (760) und der Basiseinheit (750) von –30 Grad bis +150 Grad justieren, und in anderen Ausführungsformen von –30 Grad bis +110 Grad. Wie in 8 veranschaulicht, enthält der Winkeljustiermechanismus (720) in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Schraube (722). Die Schraube (722) ist mit dem Schweißkopf (760) und der Basiseinheit (750) so wirkverbunden, dass, wenn die Schraube (722) festgezogen wird, die Winkelposition des Schweißkopfes (760) mit Bezug auf die Basiseinheit (750) fest ist, und wenn die Schraube (722) gelöst wird, der Winkel α zwischen dem Schweißkopf (760) und der Basiseinheit (750) justiert werden kann. In einigen Ausführungsformen kann die Schraube (722) Gewindegänge (724) aufweisen, die in den Schweißkopf (760) und/oder die Basiseinheit (750) hineingedreht werden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können der Winkeljustiermechanismus (720), der Schweißkopf (760) und/oder die Basiseinheit (750) einen Verriegelungsmechanismus enthalten, so dass die Winkelposition des Schweißkopfes (760) mit Bezug auf die Basiseinheit (750) unverändert bleibt (zum Beispiel, wenn die Schraube (722) festgezogen wird) und ein exakter Winkel sogar unter schwerer Belastung oder unsachgemäßer Anwendung beibehalten wird. Zum Beispiel kann der Verriegelungsmechanismus gegeneinander verriegelnde Flächen enthalten, zum Beispiel gezackte oder gezahnte Flächen (721), die sich gegeneinander verriegeln, wenn sie zusammengepresst werden. In einigen Ausführungsformen ist mindestens eine gezackte oder gezahnte Oberfläche (721) in den Justiermechanismus (720) (zum Beispiel die Schraube (722)) und/oder den Schweißkopf (760) und/oder die Basiseinheit (750) integriert. Wie zum Beispiel in 8 veranschaulicht, haben der Schweißkopf (760) und die Basiseinheit (750) jeweils eine integrierte gezackte oder gezahnte Oberfläche (721). In einigen Ausführungsformen können die gezackten oder gezahnten Flächen (721) direkt gegeneinander verriegeln. In anderen Ausführungsformen ist eine Unterlegscheibe oder Platte (725) zwischen den gezackten oder gezahnten Flächen (721) angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Unterlegscheibe oder Platte (725) aus einem Material bestehen (zum Beispiel Messing, Kupfer, Kunststoff, Nylon usw.), das weicher als die gezackten oder gezahnten Flächen (721) ist, so dass sich die Zahnungen in die Unterlegscheibe oder Platte (725) einbetten, um den Schweißkopf (760) fest an der Basiseinheit (750) zu verriegeln. Weil die Unterlegscheibe oder Platte (725) aus einem weicheren Material besteht, werden jegliche Anzeichen von Verschleiß in dem Verriegelungsmechanismus zuerst anhand der Unterlegscheibe oder Platte (725) sichtbar, und nicht in den gezackten oder gezahnten Flächen (721). Weil die Unterlegscheibe oder Platte (725) aus kostengünstigen Materialien hergestellt werden kann, die sich auf einfache Weise ersetzen lassen, nachdem sie Anzeichen von Verschleiß aufweisen, bleibt der Verriegelungsmechanismus selbst nach wiederholter Verwendung entsprechend langlebig und stabil. Die Auswahl der Schraube (722) mit Bezug auf Größe und Material richtet sich nach der Größe und dem Gewicht des Schweißkopfes (760) und den Schweißumgebungen, in denen die vorliegende Erfindung betrieben wird. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass in den meisten Fällen eine große Hochleistungsschraube aus hochfestem Kohlenstoffstahl, Edelstahl oder anderen hochfesten Materialien verwendet werden.
17A bis 17D veranschaulichen beispielhafte Konfigurationen gezackter oder gezahnter Oberflächen (721) gemäß der vorliegenden Erfindung. 17A veranschaulicht eine Konfiguration, wobei die Zahnkonfiguration V-förmig ist. Jede V-Nut ist durchgehend gerade geschnitten, wie im Schnitt A-A gezeigt, indem die Tiefe des Schneidwerkzeugs konstant gehalten wird. Weil die Tiefe des Schnitts konstant ist, ist die Herstellung der gezackten oder gezahnten Konfiguration in 17A relativ einfach.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer gezackten oder gezahnten Oberflächenkonfiguration ist in 17B veranschaulicht. Wie in der vorherigen Ausführungsform ist die Zahnkonfiguration V-förmig. Jedoch ist in dieser Ausführungsform die V-Nut mit einem Winkel (θ) geschnitten, wie im Schnitt A-A gezeigt. Der Winkel θ richtet sich nach der Anzahl der Zähne und dem V-Nut-Schneidwerkzeugwinkel. Wenn zum Beispiel die gezahnte Oberfläche (721) 40 Zähne hat und der Nutwinkel 60 Grad beträgt, so führt ein Winkel θ von etwa 3,89 Grad zu einer idealen Verzahnung. Natürlich ist, wenn die Anzahl der Zähne sich ändert oder der Nutwinkel sich ändert, der Winkel θ dann auch ein anderer. Infolge dessen berühren sich gegenüberliegende Zähne entlang der gesamten Länge, wie im Schnitt B-B gezeigt, was zu einer höheren Festigkeit führt. Diese fast perfekte Verzahnung erreicht man durch Verändern der Tiefe des Schneidwerkzeugs, während es die Nut schneidet.
In einer weiteren Ausführungsform, wie in 17C veranschaulicht, wird eine V-Nut mit einem Winkel (θ) geschnitten, was zur Folge hat, dass sich die Oberkante der Zähne auf derselben Ebene befinden. Dies erreicht man durch Schneiden der V-Nut mit einem Winkel, wie im Schnitt A-A gezeigt. Wie zuvor, richtet sich der Winkel θ für diese Ausführungsform auch nach der Anzahl der Zähne und dem V-Nut-Schneidwerkzeugwinkel. Zum Beispiel – wobei wir erneut 40 Zähne und einen Nutwinkel von 60 Grad annehmen – führt ein Winkel θ von etwa 7,76 Grad zu einer idealen Verzahnung, wobei die Oberkante der Zähne auf derselben Ebene liegt. Eine solche Bauweise ist ideal, wenn eine Unterlegscheibe oder Platte (725) zwischen gegenüberliegenden Zähnen angeordnet ist, wie im Schnitt B-B gezeigt, weil die Zähne gleichmäßig in die Unterlegscheibe oder Platte (725) eingebettet werden, was einen besseren Griff und sogar ein Festklemmen bewirkt.
In einer weiteren Ausführungsform, wie in 17D veranschaulicht, wird eine V-Nut in einem gekrümmten Pfad geschnitten. In einigen Ausführungsformen ist die Form der Kurve eine Evolvente, die die Breite der Zähne konstant hält. Während des Schneidens wird die Tiefe konstant gehalten, wie im Schnitt A-A gezeigt, d. h. der Boden der Nut ist flach. Indem man die Breite und die Tiefe der Zähne konstant hält, führt diese Konfiguration dazu, dass die Oberkante der Zähne auf derselben Ebene liegt, und ermöglicht es, dass gegenüberliegende Zähne eine fast perfekte Verzahnung aufweisen. Somit berühren sich die Zähne entlang der gesamten Länge. Die konstante Zahntiefe vereinfacht die Herstellung, und die fast perfekte Verzahnung führt zu einer höheren Verriegelungsfestigkeit. Wenn es gewünscht wird, eine Unterlegscheibe oder Platte (725) zwischen den gezahnten Flächen (721) zu verwenden, so hat die Tatsache, dass die Zähne auf derselben Ebene liegen, zur Folge, dass die Zähne sich gleichmäßig in die Unterlegscheibe oder Platte (725) einbetten, was einen besseren Griff und sogar ein Festklemmen bewirkt. Natürlich ist die Konfiguration der gezackten oder gezahnten Oberfläche (721) nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und es können auch andere Konfigurationen verwendet werden.
Weil eine einzelne Schraube (oder eine ähnliche Vorrichtung) in dem Winkeljustiermechanismus (720) der obigen Ausführungsformen verwendet wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung ein schnelles und präzises Abwinkeln des Schweißbrenners (715), was für spezielle Schweißanwendungen mit einer Vielzahl verschiedener schwieriger Winkel besonders wichtig sein kann. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Bauweise mit einer einzelnen Schraube beschränkt, und es kann jede beliebige Anzahl von Bolzen (oder eine andere Bauweise) verwendet werden, solange der Winkel α zwischen dem Schweißkopf (760) und der Basiseinheit (750) justiert werden kann. In einigen Ausführungsformen können der Winkeljustiermechanismus (720), der Schweißkopf (760) und/oder die Basiseinheit (750) Anreißlinien (723) enthalten, um eine einfache Identifizierung des genauen Winkels α für wiederholbare Einrichtungen zu ermöglichen. Wie zum Beispiel in 8 veranschaulicht, befinden sich die Anreißlinien (723) auf dem Schweißkopf (760) und der Basiseinheit (750). Natürlich sind die Anreißlinien (723) nicht auf die in 8 veranschaulichten Stellen beschränkt und können sich überall auf dem Schweißkopf (760) und/oder der Basiseinheit (750) befinden, solange die Anreißlinien (723) den Winkel α identifizieren.
In einigen Ausführungsformen kann der Winkeljustiermechanismus (720) es ermöglichen, die Hubrichtung der AVC-Baugruppe (710) auf die Ausrichtung des Brenners (715) auszurichten. Das heißt, die AVC-Baugruppe (710) und der Brenner (715) sind so ausgerichtet, dass die Hubrichtung der AVC-Baugruppe (710), wie durch den Pfeil 712 in 7 veranschaulicht, senkrecht zu einer Oberfläche der Schweißpfütze (740) verläuft. Natürlich können – je nach der Anwendung – die AVC-Baugruppe (710) und/oder der Brenner (715) in jeder gewünschten Ausrichtung auf die Schweißpfütze (740) und/oder die Werkstücke (705A und 705B) ausgerichtet werden. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bleibt die Ausrichtung des Brenners (715) mit Bezug auf die Ausrichtung der AVC-Baugruppe (710) unverändert, während der Winkel α zwischen dem Schweißkopf (760) und der Basiseinheit (750) justiert wird. Wie oben besprochen, ermöglicht der beispielhafte Winkeljustiermechanismus (720) einen breiten Schwenk- oder Rotationsbereich (zum Beispiel –30° bis 110°) des Schweißkopfes (760). In einigen Ausführungsformen kann der Schweißkopf (760) mit mehreren Brenner-Vorsteh-Einstellungen (zum Beispiel zwei oder mehr Einstellungen) eingestellt werden, so dass der Brenner (715) sehr weit hervorragen kann und/oder einen großen Hub ausführen kann (zum Beispiel einen AVC-Hub von 3 1/2''). Außerdem kann die Implementierung des Winkeljustiermechanismus (720), wie oben besprochen, auch schädlichen Verschleiß des Winkeljustiermechanismus reduzieren und/oder beseitigen.
In beispielhaften Ausführungsformen kann der Winkeljustiermechanismus (720) dafür verwendet werden, die Ausrichtung des Schweißbrenners (715) mit Bezug auf die Schweißpfütze (740) in einer Kehlnahtschweißanwendung einzustellen, wie zum Beispiel in 7 veranschaulicht. In diesem Fall werden der Winkel α und die Ausrichtung der AVC-Baugruppe (710) mit Bezug auf den Brenner (715) so eingestellt, dass die Hubrichtung der AVC-Baugruppe (710) und die entsprechende Bewegung des Brenners (715) senkrecht zur Oberfläche der Schweißpfütze (740) verlaufen, wie durch den Pfeil 712 veranschaulicht. Während die Basiseinheit (750) (oder eine andere Vorrichtung) mechanisch den Schweißkopf (760) oszilliert, wie durch den Pfeil 752 veranschaulicht, um das gewünschte Schweißwebmuster zu erzeugen, verändert sich die Lichtbogenlänge (x), wenn dies unkorrigiert bleibt. Wie in dem oben besprochenen herkömmlichen System, kann die AVC-Baugruppe (710) die Position des Schweißbrenners (715) justieren, um die gewünschte Lichtbogenlänge (x) beizubehalten. Jedoch wird – im Gegensatz zum herkömmlichen System – die Hubrichtung der AVC-Baugruppe (710) so ausgerichtet, dass die AVC-Baugruppe (710) den Schweißbrenner (715) in einer Richtung bewegt, die senkrecht zur Oberfläche der Schweißpfütze (740) verläuft, was eine bessere Steuerung der Lichtbogenlänge (x) über die gesamte Oberfläche der Schweißpfütze (740) hinweg erlaubt. Weil die Hubrichtung der AVC-Baugruppe (710) senkrecht zur Schweißpfütze (740) bleiben kann, brauchen darüber hinaus die Empfindlichkeit und Geschwindigkeit des AVC-Hubes nicht anhand des Winkels α justiert zu werden (wie es der Fall wäre, wenn die AVC-Hubrichtung vertikal bliebe). Dementsprechend hat die resultierende Schweißnaht eine bessere Qualität.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die offenbarte Technologie einen verstellbaren Kehlnahtwinkel enthalten, der eine Bewegungsfreiheit einer Lichtbogenspannungssteuerungs(AVC)-Baugruppe zum Beispiel bis zu 180 Grad ermöglichen kann. Zum Beispiel kann eine einzelne Justierung ein schnelles und präzises Abwinkeln eines Schweißbrenners ermöglichen, was für spezielle Schweißanwendungen mit einer Vielzahl verschiedener schwieriger Winkel besonders wichtig sein kann.
Wenn eine AVC separat vom Brennerwinkel ausgerichtet wird, so kann dies zur Entstehung von Kehlnähten von schlechter Qualität führen. Minderwertige Schweißnähte können auch das Ergebnis einer Vielzahl verschiedener Gründe bezüglich des Kehlnahtwinkels einer AVC-Baugruppe sein, wie zum Beispiel unzureichende Stabilität der Einstellung (zum Beispiel unsicher und schwach), Verschleiß durch Überbeanspruchung und fehlende Langlebigkeit, begrenzter AVC-Hub (zum Beispiel auf ungefähr 1 Inch AVC-Hub begrenzt) und eine begrenzte Rotation der AVC-Baugruppe (zum Beispiel auf ungefähr 40 Grad begrenzt).
4 zeigt einen beispielhaften verstellbaren Kehlnahtwinkelmechanismus einer AVC-Baugruppe (410) einer Schweißkopf-Zugeinheit (400). Der beispielhafte verstellbare Kehlnahtwinkelmechanismus kann einen eingebauten gezackten Verriegelungsmechanismus (420) enthalten, so dass ein exakter Winkel sogar unter schwerer Belastung oder unsachgemäßer Anwendung beibehalten wird. Der beispielhafte Verriegelungsmechanismus ermöglicht eine Kehlnahtwinkeljustierung durch eine einzelne Justierung, zum Beispiel durch Festziehen oder Lösen einer Schraube, (422) (zum Beispiel einer großen Hochleistungsschraube), so dass sich gezahnte Flächen (421) in einer Weise verbinden, die der Ausrichtung Anreißinkremente (423) entsprechen kann. Anreißinkremente (423) des beispielhaften verstellbaren Kehlnahtwinkelmechanismus können eine einfache Identifizierung eines exakten Winkels für wiederholbare Einrichtungen ermöglichen. Die Implementierung des beispielhaften verstellbaren Kehlnahtwinkelmechanismus kann eine AVC-Ausrichtung in einer solchen Weise ermöglichen, dass sie auf den Brennerwinkel ausgerichtet ist. Der beispielhafte verstellbare Kehlnahtwinkelmechanismus kann auch ein Schwenken oder Drehen um einen gewünschten Winkel α (zum Beispiel 140°) der gesamten Brennerbaugruppe mit mehreren Einstellungen (zum Beispiel drei Einstellungen) für ein zunehmendes Hervorstehen des Brenners ermöglichen, so dass der Brenner sehr weit hervorragen kann und einen großen Hub ausführen kann (zum Beispiel einen AVC-Hub von 3 1/2''). Die Implementierung des verstellbaren Kehlnahtwinkelmechanismus kann auch schädlichen Verschleiß der Winkeljustierung der AVC-Baugruppe reduzieren und/oder beseitigen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung ein Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiersystem für einen Schweißkopf zum Justieren des Vorlauf-/Nachlaufwinkels einer Elektrode enthalten. Wie in 9 veranschaulicht, können beispielhafte Ausführungsformen des Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiersystems in einen Schweißkopf (905) des Schweißsystems (900) integriert werden, das in Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftrags-, Verbindungs- und Schweißanwendungen verwendet werden kann. Im Interesse der Kürze werden nur jene Komponenten, die zum Erläutern der beispielhaften Ausführungsformen eines Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiersystems eines Schweißkopfes benötigt werden, veranschaulicht und besprochen. Das Schweißsystem (900) enthält einen Schweißkopf (905) und eine Schweißbasiseinheit (940). Der Schweißkopf (905) enthält eine Brennerbaugruppe (920), eine Brennerkopftrommelbaugruppe (910) und eine Brennerkopf-Stützvorrichtung (930), die eine Lichtbogenspannungssteuerungs(AVC)-Baugruppe sein kann, wenn eine AVC gewünscht wird. In der folgenden Beschreibung wird die Brennerkopf-Stützvorrichtung (930) als eine AVC-Baugruppe (930) beschrieben. Jedoch kann die Stützvorrichtung (930) auch eine andere Komponente sein, zum Beispiel eine Montageplatte. Die Brennerbaugruppe (920) enthält einen Brennerkopf (921) und eine Elektrode (925) und ist mit der Brennerkopftrommelbaugruppe (910) wirkverbunden. Die Brennerkopftrommelbaugruppe (910) enthält eine Brennermontagehalterung (912), einen Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus (914) und mindestens eine Trommelklemme (916). Die Brennerkopftrommelbaugruppe (910) wirkverbindet die Brennerbaugruppe (920) mit der AVC-Baugruppe (930), die ihrerseits mit der Schweißbasiseinheit (940) wirkverbunden ist. Dem Fachmann ist klar, dass je nach Anwendung auch andere Komponenten, wie zum Beispiel Drahtzuführvorrichtungen und Drahtführungen, mit der Brennerbaugruppe (920) und/oder der Brennerkopf-Trommelbaugruppe (910) verbunden sein können (siehe zum Beispiel 5B). Die Brennerbaugruppe (920) kann von einer Art sein, die beim Schutzgas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) oder Plasma-Lichtbogenschweißen (PAW) verwendet wird. In diesem Fall kann die Elektrode (925) eine Wolframelektrode sein. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf GTAW- und PAW-Systeme beschränkt und kann auch in andere Systeme integriert werden, wie zum Beispiel Schutzgas-Metall-Lichtbogenschweiß(GMAW)-Systeme, Laserschweißsysteme usw.
Die AVC-Baugruppe (930) kann eine AVC-Basiseinheit (936), eine AVC-Gleitplatte (932) und eine AVC-Baugruppensteuereinheit (nicht gezeigt) enthalten, die dafür konfiguriert ist, eine gewünschte Lichtbogenlänge (x) beizubehalten, die sich von der Spitze der Elektrode (925) bis zum Werkstück (906) erstreckt. Die AVC-Baugruppensteuereinheit wahrt die gewünschte Lichtbogenlänge (x) durch Bewegen der AVC-Seitenplatte (932) (und der Brennerkopftrommelbaugruppe (910)) in der Richtung des Pfeils (938). Die Schweißbasiseinheit (940) kann eine mobile Einheit, zum Beispiel eine Zugeinheit auf einem Schiene/Gleis-System, oder eine stationäre Einheit sein. Wenn zum Beispiel das Werkstück (906) ein zu schweißendes Rohr ist, so kann die Schweißbasiseinheit (940) ein Orbital-Zugantrieb sein, der dafür konfiguriert ist, den Schweißkopf (905), der die Brennerbaugruppe (920) enthält, entlang einer Führungsschiene, zum Beispiel der Führungsschiene (100) der 1A–1C, zu bewegen, die zum Beispiel um einen umfänglich verlaufenden Schweißstoß des Rohres herum eingerichtet ist (entweder innerhalb oder außerhalb des Rohres). Natürlich kann in Situationen, wo der Schweißkopf (940) unbewegt bleiben soll, während sich das Werkstück (906) bewegt, die Schweißbasiseinheit (940) eine stationäre Einheit anstelle einer Antriebseinheit sein. Die Schweißbasiseinheit (940) (oder eine andere Vorrichtung) kann dafür konfiguriert sein, eine mechanische Oszillation auszuführen, wie durch den Pfeil (942) gezeigt, um ein gewünschtes Schweißwebmuster auszuführen.
Der Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus (914) kann mit der Stützvorrichtung (930) an der Schweißkopfvorrichtung (905) wirkverbunden sein, zum Beispiel einer AVC-Baugruppe, wenn eine AVC gewünscht wird. In einigen Ausführungsformen, wie in den 10 und 11A veranschaulicht, ist ein Ende, Sektion (916), des Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus (914A/B) an der Brennermontagehalterung (912) angebracht oder ist ein integraler Teil davon. Das andere Ende, Sektion (915A/B), des Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeltrommelmechanismus (914A/B) ist an der AVC-Montageplatte (934A/B) angebracht. Die Justiermechanismen (914A) und (914B) und die AVC-Montageplatte (934A) und (934B) stellen verschiedene Ausführungsformen der Justiermechanismus(914)/Montageplatte(934)-Schnittstelle dar. In dem Justiermechanismus (914A) und der Montageplatte (934A) haben die Endsektion (915A) und die Montageplatte (934A) keine Zahnungen, und in dem Justiermechanismus (914B) und der Montageplatte (934B) haben die Endsektion (915B) und die Montageplatte (934B) Zahnungen (951) (weiter unten besprochen). In einigen Ausführungsformen sind die Endsektion (915/A/B) und/oder mindestens eine Trommelklemme (917) (oder eine ähnliche Vorrichtung) so konfiguriert, dass eine Querbewegung der mindestens einen Trommelklemme (917) über die Endsektion (915/A/B) hinweg eine Kraft auf die Sektion (915/A/B) ausübt, so dass der Justiermechanismus (914/A/B) gegen die AVC-Montageplatte (934/A/B) gedrückt wird und im gewünschten Vorlauf-/Nachlaufwinkel für die Elektrode (925) mit Bezug auf das Werkstück verriegelt. Zum Beispiel, wie am besten in 10 zu sehen, kann die Form des Abschnitts (915A) der Justierbaugruppe (914A) konisch sein, und die Trommelklemmen (917) (oder ähnlichen Vorrichtungen) können dafür konfiguriert sein, die konische Sektion (915A) des Justiermechanismus (914A) aufzunehmen. Wenn also die Trommelklemmen (917) (oder ähnlichen Vorrichtungen) an der AVC-Baugruppe (930) angebracht werden, so drängen die Klemmen (917) den Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus (914A) gegen die AVC-Montageplatte (934A) und verriegeln den gewünschten Vorlauf-/Nachlaufwinkel. Die Trommelklemmen (917) (oder ähnlichen Vorrichtungen) können an der AVC-Montageplatte (934/A/B), die an der AVC-Gleitplatte (932) angebracht ist oder einen integralen Teil von ihr bildet, beispielsweise mittels Klemmschrauben oder -bolzen (918) (oder anderen Vorrichtungen) angebracht werden. Durch Lösen der Klemmschrauben oder -bolzen (918) (oder anderen Vorrichtungen) kann der Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus (914/A/B) gedreht werden, um den gewünschten Vorlauf-/Nachlaufwinkel für die Elektrode (925) einzustellen. In einigen Ausführungsformen können der Vorlaufwinkel oder der Nachlaufwinkel oder beide einen Bereich von 0 bis mindestens 15°, 0 bis mindestens 90° oder 0 bis 180° haben (d. h. eine volle 360-Grad-Justierung des Justiermechanismus (914/A/B)). Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine konische Form für die Endsektion (915/A/B) des Justiermechanismus (914/A/B) beschränkt, und es können auch andere Formen verwendet werden. Außerdem kann, wenn das Schweißsystem keine AVC-Baugruppe (930) verwendet, die Endsektion (915/A/B) des Justiermechanismus (914/A/B) an einer anderen Art von Stützvorrichtung angebracht sein, zum Beispiel einer Montageplatte (oder ähnlichen Vorrichtung), die dann an der Schweißbasiseinheit (940) angebracht wird.
Um das Einstellen des Vorlauf-/Nachlaufwinkels zu unterstützen, können in einigen Ausführungsformen der Justiermechanismus (914/A/B) und/oder die AVC-Montageplatte (934/A/B) (oder sonstige Vorrichtung) Ausrichtungslinien (952) bzw. (953) haben (siehe zum Beispiel 10, 11A und 11B). Die Ausrichtungslinien (952) und (953) können zum Beispiel auf den Justiermechanismus (914/A/B) und/oder die AVC-Montageplatte (934/A/B) markiert sein. Die Ausrichtungslinien (952) und/oder (953) können als ein Zeiger (siehe zum Beispiel die Linien (952)) bezeichnet werden, oder können gewünschte Inkremente bezeichnen (siehe Linien (953). Die gewünschten Inkremente können zum Beispiel alle 0,5 Grad oder ein anderes Inkrement sein. Natürlich können auch andere Verfahren verwendet werden, um die Ausrichtungslinien (953) anzuzeigen. Zum Beispiel kann ein Einsatz montiert und deutlich mit Zahlen markiert werden, die den Vorlauf-/Nachlaufwinkel bezeichnen, zum Beispiel 1°, 1,5°, 3°, 5° usw. In einigen Ausführungsformen kann der Justiermechanismus (914/A/B) die Brennerbaugruppe (920) mit der Elektrode (925) um volle 360° drehen, um ein hohes Maß an Flexibilität beim Erreichen der gewünschten Schweißkonfigurationseinrichtung zu ermöglichen, d. h. er erweitert das Spektrum der Schweißeinrichtungskonfigurationen im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Außerdem können in einigen Ausführungsformen der Justiermechanismus (914/A/B) und/oder die AVC-Montageplatte (934/A/B) so konfiguriert sein, dass es eine verriegelte Position in jeder Richtung gibt, wodurch eine Doppelungsschweißung mit einem Vorlauf-/Nachlaufwinkel sehr einfach wird. Wie oben gezeigt, kann auf den beispielhaften Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus (914/A/B) auf einfache Weise zugegriffen werden, um den Vorlauf-/Nachlaufwinkel der Brennerbaugruppe (920) ohne Zerkratzen von Schweißkopfkomponenten zu justieren. Außerdem stellen die Trommelklemmen (917) einen kraftvollen Verriegelungsmechanismus bereit, der den Vorlauf-/Nachlaufwinkel fixiert, wenn die Klemmschrauben oder -bolzen (918) angezogen sind.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen können weitere Verriegelungsmechanismen eingebaut werden, so dass die Winkelposition der Brennerkopf-Trommelbaugruppe (910) mit Bezug auf die AVC-Baugruppe (930)/Stützvorrichtung unverändert bleibt und der gewünschte Vorlauf-/Nachlaufwinkel sogar unter schwerer Belastung oder unsachgemäßer Anwendung beibehalten wird. Zum Beispiel können die zusätzlichen Verriegelungsmechanismen gezackte oder gezahnte Flächen enthalten, die sich gegeneinander verriegeln, wenn sie zusammengepresst werden. In einigen Ausführungsformen ist mindestens eine gezackte oder gezahnte Oberfläche in den Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus (914) oder die AVC-Montageplatte (634)/Stützvorrichtung oder in beide integriert. Wie zum Beispiel in den 11A und 11C veranschaulicht, hat die Endsektion (915B) des Justiermechanismus (914B) und der AVC-Montageplatte (934B) jeweils eine integrierte gezackte oder gezahnte Oberfläche (951). In einigen Ausführungsformen können die gezackten oder gezahnten Flächen (951) direkt gegeneinander verriegeln. In anderen Ausführungsformen ist eine Unterlegscheibe oder Platte (950) zwischen den gezackten oder gezahnten Flächen (951) angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Unterlegscheibe oder Platte (950) aus einem Material besteht (zum Beispiel Messing, Kupfer, Kunststoff, Nylon usw.), das weicher als das der gezackten oder gezahnten Flächen (951) ist, so dass sich die Zahnungen in die Unterlegscheibe oder Platte (950) einbetten, um den Justiermechanismus (914B) fest mit der AVC-Montageplatte (934B) zu integrieren. Weil die Unterlegscheibe oder Platte (950) aus einem Material besteht, das weicher als das der gezackten oder gezahnten Flächen (951) ist, werden jegliche Anzeichen von Verschleiß in dem Verriegelungsmechanismus zuerst anhand der Unterlegscheibe oder Platte (950) sichtbar. Dementsprechend, weil die Unterlegscheibe oder Platte (950) aus kostengünstigen Materialien hergestellt werden kann, die sich auf einfache Weise ersetzen lassen, nachdem sie Anzeichen von Verschleiß aufweisen, bleibt der Verriegelungsmechanismus sogar nach wiederholter Verwendung dauerhaft und stabil. Somit können beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weitere Vorteile bieten, wie zum Beispiel eine vielseitigere und kraftvollere Arretierung und feste Vorlauf-/Nachlaufeinstellungen zum Beispiel mit angegebenen (markierten) Winkeln.
Weil der Vorlauf-/Nachlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus (914/A/B) durch eine einzelne Justierung gedreht werden kann, zum Beispiel durch einfaches Lösen der Klemmschrauben oder -bolzen (918) (oder eine ähnliche Vorrichtung), ermöglicht die vorliegende Erfindung ein schnelles und präzises Abwinkeln des Brenner-Vorlauf-/Nachlaufwinkels und/oder eine Neuausrichtung der Brennerbaugruppe (920) mit der Elektrode (925), was für spezielle Schweißanwendungen mit einer Vielzahl verschiedener schwieriger Winkel besonders wichtig sein kann. Des Weiteren können in einigen Ausführungsformen die Klemmschrauben oder -bolzen (918) (oder eine ähnliche Vorrichtung) vollständig gelöst (entfernt) werden, so dass der Nachlauf-/Vorlauf-Brennerwinkeljustiermechanismus (914/A/B) (und die Brennerkopf-Trommelbaugruppe (910)) auf einfache Weise angebracht oder abgenommen werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die offenbarte Technologie einen Schwenk-Vorlauf-/Nachlaufbrennerwinkelmechanismus einer Brennerkopftrommelbaugruppe auf einer Schweißkopfvorrichtung enthalten. 5A zeigt mehrere Ansichten eines beispielhaften Schweißkopfsystems (500), das einen beispielhaften Schwenk-Vorlauf-/Nachlaufbrennerwinkelmechanismus (510) enthält. Der Schwenk-Vorlauf-/Nachlaufbrennerwinkelmechanismus (510) kann einen 360-Grad-Schwenk des gesamten Brenners (520) ermöglichen, indem ein Rotationswinkel-Verriegelungsmechanismus an der Schnittstelle zwischen einer Brennerkopftrommelbaugruppe (521) und dem übrigen Abschnitt des Schweißkopfsystems (500) verwendet wird. Jedoch kann die Brennerkopf-Trommelbaugruppe einen Einsatz (525) enthalten, der die Rotation des Vorlauf-/Nachlaufwinkelmechanismus (510) begrenzt. Zum Beispiel verhindert der Einsatz (525) in 5A, der mit „5°” markiert ist, dass sich der Brenner (520) um mehr als 5° dreht. 5B zeigt mehrere Ansichten eines beispielhaften Schweißkopfsystems (500), das eine Querschnittsdraufsicht enthält, die den Schwenk-Vorlauf-/Nachlaufbrennerwinkelmechanismus (510) zeigt. Der Schwenk-Nachlauf-/Vorlauf-Brennerwinkelmechanismus (510) kann gezahnte Flächen an der Schnittstelle der Brennerkopftrommelbaugruppe (521) und des übrigen Abschnitts des Schweißkopfsystems (500) enthalten. Die gezahnten Flächen auf beiden Seiten der Schnittstelle können in einer Weise verbunden werden, die der Ausrichtung der Anreißlinien (511) entsprechen kann. Der Schwenk-Nachlauf-/Vorlauf-Brennerwinkelmechanismus (510) kann durch eine einzelne Justierung gedreht werden, zum Beispiel durch Festziehen oder Lösen von Klemmschrauben (512). Die Ausrichtung der Anreißlinien (511) kann eine gewünschte Ausrichtung erlauben. Zum Beispiel kann der Mechanismus so markiert werden, dass er sich auf einfache Weise auf einen bestimmten Winkel justieren lässt. Ein Einsatz kann montiert und deutlich mit einer Zahl markiert werden, die den Vorlauf-/Nachlaufwinkel bezeichnet, zum Beispiel 1°, 1,5°, 3°, 5° usw., so dass es einen harten Endanschlag in jeder Richtung gibt, was Doppelungsschweißungen mit einem Vorlaufwinkel sehr einfach macht. Der Schwenk-Nachlauf-/Vorlauf-Brennerwinkelmechanismus (510) kann es auch erlauben, dass Klemmschrauben (512) vollständig vom Schweißkopfsystem (500) abgeschraubt werden, so dass die Brennerkopftrommelbaugruppe (521) angebracht oder abgenommen werden kann.
Eine herkömmliche Vorlauf-/Nachlaufjustierbaugruppe (Trommelbaugruppe) kann mit einer begrenzten Winkeljustierung, dem Zerkratzen von Komponenten, einer rutschenden Schweißeinrichtung (zum Beispiel aufgrund eines schwachen Mechanismus des Brennerwinkelkomponentenmechanismus), einem schwierigen Zugang für Winkeljustierungen und ungleichmäßigen Vorlauf-/Nachlaufwinkeleinstellungen einhergehen, um nur einige Einschränkungen zu nennen. Die beispielhafte Schwenk-Vorlauf-/Nachlaufbrennerwinkel-Trommelbaugruppe kann einen im Wesentlichen 360-Grad-Schwenk ohne Zerkratzen, einen kraftvollen Verriegelungsmechanismus, der den Vorlauf-/Nachlaufwinkel fixiert, und einen einfachen Zugang zum Justieren der Winkeleinstellungen ermöglichen. Der Schwenk-Vorlauf-/Nachlaufbrennerwinkelmechanismus (510) kann das Spektrum der Schweißeinrichtungskonfigurationen erweitern. Dies kann weitere Vorteile realisieren, wie zum Beispiel eine vielseitigere, kraftvollere Verriegelung und einen festen Vorlauf/Nachlauf, zum Beispiel mit einem angegebenen (markierten) Winkel.
Obgleich dieses Patentdokument zahlreiche konkrete Details enthält, darf dies nicht als eine Einschränkung des Geltungsbereichs einer Erfindung oder des beanspruchten Gegenstandes verstanden werden, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungsformen bestimmter Erfindungen spezifisch sein können. Bestimmte Merkmale, die in diesem Patentdokument im Kontext separater Ausführungsformen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzelnen Ausführungsform implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Kontext einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in beliebigen geeigneten Teilkombinationen implementiert werden. Darüber hinaus können oben zwar Merkmale so beschrieben worden sein, dass sie in bestimmten Kombinationen agieren, und sogar zunächst als solche beansprucht werden, doch können ein oder mehrere Merkmale einer beanspruchten Kombination auch aus der Kombination herausgelöst werden, und die beanspruchte Kombination kann sich auf eine Teilkombination oder Variation einer Teilkombination beziehen.
Gleichermaßen können Arbeitsoperationen in den Zeichnungen zwar in einer bestimmten Reihenfolge gezeigt sein, doch darf dies nicht so verstanden werden, als sei es erforderlich, dass solche Operationen in der bestimmten gezeigten Reihenfolge oder in sequenzieller Reihenfolge ausgeführt werden, oder dass alle veranschaulichten Operationen ausgeführt werden müssen, um zu wünschenswerten Ergebnissen zu gelangen. Darüber hinaus darf die Trennung verschiedener Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht so verstanden werden, als sei eine solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich.
Es wurden nur einige wenige Implementierungen und Beispiele beschrieben, und es können noch weitere Implementierungen, Weiterentwicklungen und Variationen auf der Grundlage dessen, was in diesem Patentdokument beschrieben und veranschaulicht ist, vorgenommen werden.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die Erfindung zwar anhand bestimmter Ausführungsformen beschrieben wurde, dass dem Fachmann aber klar ist, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente verwendet werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem Geltungsbereich abzuweichen. Darum ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die konkret offenbarten Ausführungsformen zu beschränken ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Geltungsbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

100: Führungsschiene
110: Gleise
111: Segment
112: Segment
115: Verbindungsfugen
116: Verbindungsfugen
117: Schnittstelle
120: Element
130: Zahnrad
131: Abschnitt
132: Abschnitt
150: Komponente
160: Rollen
161: Kontakt
165: Achse
170: Block
200: Einheit
210: Rollen
210A: Rad/Rolle
210B: Rad/Rolle
211: Blöcke
213: Buchse
215: Kontakt
220: Mechanismus
221: Knaufe
222: Schraube
224: Platte
230: Lager
240: Baugruppe
310: Zahnrad
311: Element
312: Bolzen
313: Mechanismus
314: Mechanismus
315: Abschnitt
316: Abschnitt
320: Hebel
320A: Abschnitt
321: Arm
391: Schiene
392: Schiene
393: Schiene
394: Schiene
400: Einheit
410: Baugruppe
420: Verriegelungsmechanismus
421: Flächen
422: Schraube
423: Inkremente
500: System
510: Mechanismus
511: Ausrichtungen
512: Schrauben
520: Brenner
521: Baugruppe
525: Einsatz
634: Platte
705A: Werkstück
705B: Werkstück
710: Baugruppe
720: Mechanismus
712: Pfeil
715: Brenner
720: Mechanismus
721: Flächen
722: Schraube
723: Linien
724: Gewindegänge
725: Platte
740: Schweißpfütze
750: Basiseinheit
752: Pfeil
760: Schweißkopf
765: Punkt
900: Schweißsystem
905: Schweißkopf
906: Werkstück
910: Trommelbaugruppe
912: Brennermontagehalterung
914A/B: Justiermechanismus
914: Justiermechanismus
915A/B: Sektion
916: Trommelklemme
917: Trommelklemme
918: Schrauben/Bolzen
920: Brennerbaugruppe
921: Brennerkopf
925: Elektrode
930: Stützvorrichtung
932: Platte
934: Montageplatte
934A: Montageplatte
934B: Montageplatte
936: Einheit
938: Pfeil
940: Einheit
942: Pfeil
950: Unterlegscheibe oder Platte
951: Oberfläche
952: Linie
953: Linie
W1: Breiten
W2: Breiten

Claims

Schweißkopfvorrichtung (905), die Folgendes umfasst: eine Brennerkopfbaugruppe (920), wobei die Brennerkopfbaugruppe (920) eine Elektrode (925) umfasst; eine Stützvorrichtung (930), wobei die Stützvorrichtung (930) die Brennerkopfbaugruppe stützt; und eine Trommelbaugruppe (910), die mit der Brennerkopfbaugruppe (920) und der Stützvorrichtung (930) wirkverbunden ist, wobei die Trommelbaugruppe (910) dafür konfiguriert ist, einen Vorlaufwinkel und/oder einen Nachlaufwinkel der Elektrode (925) mit Bezug auf ein Werkstück (906) zu ändern, wobei die Trommelbaugruppe (910) Folgendes umfasst: eine Montageplatte (923A/B) die mit der Stützvorrichtung (930) wirkverbunden ist, einen Justiermechanismus (914), der Folgendes umfasst: eine erste Sektion, die mit der Brennerkopfbaugruppe (920) wirkverbunden ist, und eine zweite Sektion (915A/B), die dafür konfiguriert ist, die Montageplatte (934A/B) aufzunehmen, und mindestens eine Trommelklemme (916), die dafür konfiguriert ist, an der Montageplatte (934A/B) angebracht zu werden, und dafür konfiguriert ist, die zweite Sektion (915A/B) aufzunehmen.
Schweißkopfvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Sektion (915A/B) konisch ist, und wobei eine Querbewegung der mindestens einen Trommelklemme eine Kraft auf die konische zweite Sektion (915A/B) erzeugt, die die zweite Sektion (915A/B) in Richtung der Montageplatte (954A/B) drängt.
Schweißkopfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Trommelklemme (916) an der Montageplatte (934A/B) mit mindestens einer Befestigungsvorrichtung angebracht ist, und wobei die Trommelbaugruppe (910) so konfiguriert ist, dass das Lösen der mindestens einen Befestigungsvorrichtung es erlaubt, den Vorlaufwinkel und/oder den Nachlaufwinkel zu ändern, und das Festziehen der mindestens einen Befestigungsvorrichtung den Vorlaufwinkel und/oder den Nachlaufwinkel fixiert.
Schweißkopfvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Befestigungsvorrichtung mit ein Schraubbolzen oder eine Schraube (918) ist.
Schweißkopfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Montageplatte (934A/B) und/oder die zweite Sektion (915A/B) eine gezackte oder gezahnte Oberfläche (951) umfasst.
Schweißkopfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Trommelbaugruppe (910) des Weiteren eine Unterlegscheibe oder eine Platte (950) umfasst, die zwischen der Montageplatte (934A/B) und der zweiten Sektion (915A/B) angeordnet ist.
Schweißkopfvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Unterlegscheibe oder die Platte (950) mindestens eines von Folgendem umfasst: Messing, Kupfer, Kunststoff und Nylon.
Schweißkopfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Vorlaufwinkel und/oder der Nachlaufwinkel der Elektrode (925) in einem Bereich zwischen 0 und mindestens 5 Grad justiert werden kann.
Schweißkopfvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Vorlaufwinkel und/oder der Nachlaufwinkel der Elektrode (925) in einem Bereich zwischen 0 und mindestens 15 Grad justiert werden kann.
Schweißkopfvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Vorlaufwinkel und/oder der Nachlaufwinkel der Elektrode (925) in einem Bereich zwischen 0 und mindestens 90 Grad justiert werden kann.
Schweißkopfvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Vorlaufwinkel und/oder der Nachlaufwinkel der Elektrode (925) in einem Bereich zwischen 0 und 180 Grad justiert werden kann.
Schweißkopfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Montageplatte (934A/B) und/oder die zweite Sektion (915A/B) Anreißmarken umfassen, die den Vorlaufwinkel und/oder den Nachlaufwinkel der Elektrode (717) umfassen.