DE202014010586U1

DE202014010586U1 - Multifunktionaler Schweissbrennerkopf

Info

Publication number: DE202014010586U1
Application number: DE202014010586.3U
Authority: DE
Original assignee: LLNCOLN GLOBAL LNC
Current assignee: LLNCOLN GLOBAL LNC
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2016-01-19
Anticipated expiration: 2024-03-14
Also published as: WO2014140742A2; JP3209559U; US20140263257A1; CN205614167U; WO2014140742A3

Abstract

Schweißbrennerkopf (20) in einem Schweißsystem (10) zum Auftragen einer Schweißnaht auf ein Werkstück (WP), wobei der Schweißbrennerkopf (20) Folgendes umfasst: einen Schweißbrennerkopfkörper (270), der eine erste Seite (276), eine zweite Seite (280), eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, wobei der Schweißbrennerkopfkörper (270) des Weiteren eine Unterseite (278) und eine Oberseite (275) enthält, die einen massiven Körper bilden; wobei der Schweißbrennerkörper (270) einen Schlitz definiert, die sich von der Unterseite (278) zur Oberseite (275) auf der ersten Seite erstreckt; eine Elektrodenbaugruppe, die eine Elektrode (E) enthält, die an dem Schweißbrennerkopfkörper (270) montiert ist, wobei sich die Elektrode (E) relativ zur Unterseite (278) des Schweißbrennerkopfkörpers (270) abwärts erstreckt; eine Drahtjustierungsbaugruppe (450), die eine Halterung (402) enthält, die eine Drahtführung (90) stützt, der einen Draht (W) von einer Drahtzufuhr empfängt; wobei die Halterung (402) an einer Zahnstange (406) und einem Ritzel angebracht ist, das in dem Schlitz gestützt wird, wobei die Zahnstange (406) einwärts des Ritzels angeordnet ist und in dem Schlitz gleiten kann, wobei das Ritzel in dem Schlitz drehbar ist und mit der Zahnstange (406) im Eingriff steht, um die Halterung (402) bei Rotation des Ritzels vertikal zu bewegen, um die vertikale Position des Drahtes (W) zu justieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Schweißsysteme, -vorrichtungen und -prozesse. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Schweißbrennerkopf für ein Orbitalschweißsystem, und ein Orbitalschweißsystem.
HINTERGRUND
In industriellen Anwendungen kann Schweißen Hartlöt-, Plattierungs-, Aufbau-, Füll-, Hartauftrags-, Überzugs-, Verbindungs- und andere Schweißanwendungen beinhalten. Der Kürze halber werden diese Arbeiten zusammen als „Schweißen” bezeichnet. Zum Schweißen einer gekrümmten Oberfläche kann ein Orbitalschweißgerät verwendet werden. Das Schweißgerät kann um die Oberfläche herum bewegt werden, oder die Oberfläche kann gedreht werden, während das Schweißgerät an seinem Ort verbleibt. Das bekannteste Beispiel, wo Orbitalschweißen verwendet wird, ist das Schweißen von Rohren. Das Rohrschweißen kann Dünnwandanwendungen oder Tiefnutgeometrien enthalten, wobei sich die Schweißelektrode in eine Nut erstreckt, die zwischen den zwei zusammenzufügenden Rohren ausgebildet ist, um aufeinanderfolgende Raupen aus Schweißmaterial zu ziehen, um die Nut zu füllen.
In jeder Schweißanwendung ist es zusätzlich zum Drehen des Schweißkopfes, um eine Schweißnaht entlang einer Kurve zu ziehen, wünschenswert, den Schweißkopf lateral zur Schweißnaht zu bewegen. Vorhandene Schweißkopfdesigns beschränken die Bewegungsfreiheit des Schweißkopfes, weil sie sehr mühsam zu handhaben sind oder hinderliche Drahthaltermechanismen aufweisen, die die laterale Bewegung, d. h. den Hub des Schweißkopfes, einschränken. Dies begrenzt die Fähigkeiten solcher Designs im Hinblick auf die Bewegungsfreiheit und dementsprechend die Arten von Schweißmustern und den Bereich der Schweißmuster, die auf das Werkstück (Work Piece, WP) angewendet werden. Darüber hinaus kann diese Einschränkung der Bewegung beim Tiefnutschweißen verhindern, dass ein Schweißbrenner für Tiefnut- oder Schmalnutschweißen geeignet ist. Zu weiteren festgestellten Nachteilen gehört eine schlechte Gasabschirmung, insbesondere bei schweren Wandrohr- oder Tief- oder Schmalnutschweißanwendungen. Eine schlechte Gasabschirmung führt in der Regel zu einer Kontaminierung der Schweißpfütze durch Kontakt mit der Luft, was sich unmittelbar auf das Aussehen und die Qualität der Schweißnaht auswirkt. Um diese Nachteile zu beseitigen, können existierende Designs die Menge der Gaszufuhr erhöhen, um zu versuchen, die Gasabschirmung zu kompensieren. Dies führt zu einem höheren Gasverbrauch, was Stillstandszeiten zur Folge haben kann, um die Gaszufuhr zu ersetzen oder nachzufüllen, und allgemein zur Verwendung von mehr Gas, als nötig ist.
Ein weiterer beobachteter Nachteil ist eine schwache Oszillation des Motorantriebs und Oszillationsdrift. Zum Beispiel kann ein Schweißkopf beim Schweißen mit Schwerkraft, d. h. in der Abwärtsrichtung, mit einer höheren Geschwindigkeit vorangeschoben werden als beim Aufwärtsschweißen, wenn zum Beispiel eine Wurzellage an einem vertikal ausgerichteten Rohrverbindungsstoß gezogen wird. Weitere Beschränkungen und Nachteile vorhandener Schweißsysteme werden beim Studium der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbar, die im übrigen Teil der Anmeldung mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt allgemein einen Schweißbrennerkopf in einem Schweißsystem zum Auftragen einer Schweißnaht auf ein Werkstück bereit, wobei der Schweißbrennerkopf einen Schweißbrennerkopfkörper enthält, der eine erste Seite, eine zweite Seite, eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, wobei der Schweißbrennerkopfkörper des Weiteren eine Unterseite und eine Oberseite enthält, die einen massiven Körper bilden; wobei der Schweißbrennerkörper einen Schlitz definiert, der sich von der Unterseite zur Oberseite auf der ersten Seite erstreckt; eine Elektrodenbaugruppe, die eine Elektrode enthält, die an dem Schweißbrennerkörper montiert ist, wobei sich die Elektrode relativ zur Unterseite des Schweißbrennerkörpers abwärts erstreckt; eine Drahtjustierungsbaugruppe, die eine Halterung enthält, die eine Drahtführung stützt, die einen Draht von einer Drahtzufuhr empfängt; wobei die Halterung an einem Zahnstangentrieb angebracht ist, der in dem Schlitz gestützt wird, wobei die Zahnstange einwärts des Ritzels angeordnet ist und in dem Schlitz gleiten kann, wobei das Ritzel in dem Schlitz drehbar ist und mit der Zahnstange in Eingriff steht, um die Halterung bei Rotation des Ritzels vertikal zu bewegen, um die vertikale Position des Drahtes zu justieren.
Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren ein Orbitalschweißsystem zum Schweißen eines Werkstücks bereit, wobei das System Folgendes enthält: einen Schweißbrennerkopf, der eine Elektrodenbaugruppe transportiert, die eine Elektrode aufweist, die sich in Richtung des Werkstücks entlang einer Schweißbrennerhöhenachse erstreckt, wobei der Schweißbrennerkopf eine Aktuatorbohrung definiert; eine Schweißbrennerkopfplatte; eine Schweißbrennerkopfantriebsbaugruppe, die auf der Schweißbrennerkopfplatte gestützt wird, wobei die Schweißbrennerkopfantriebsbaugruppe einen Schraubenaktuator enthält, der drehbar auf der Schweißbrennerkopfplatte gestützt wird und sich von dort axial auswärts erstreckt, und einen Motor enthält, der mit dem Schraubenaktuator wirkverbunden ist; wobei der Schraubenaktuator in der Aktuatorbohrung aufgenommen ist und mit dem Schweißbrennerkopf im Schraubeingriff steht, um den Schweißbrennerkopf bei Rotation des Schraubenaktuators gezielt senkrecht zur Schweißbrennerhöhenachse zu bewegen.
Die folgende Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen legen im Detail bestimmte veranschaulichende Aspekte des beanspruchten Gegenstandes dar. Diese Aspekte stehen jedoch nur für einige wenige der zahlreichen Möglichkeiten, wie die Prinzipien der Innovation angewendet werden können, und der beanspruchte Gegenstand soll alle diese Aspekte und ihre Äquivalente umfassen. Weitere Vorteile und neuartige Merkmale des beanspruchten Gegenstandes werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Innovation ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen betrachtet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Draufsicht eines Schweißsystems gemäß der Erfindung.
2 ist eine perspektivische Unteransicht davon.
3 ist ein Frontaufriss davon.
4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Vorderansicht.
5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Vorderansicht, die Details einer Kühlmittelzufuhrbaugruppe zeigt.
6 ist eine auseinandergezogene perspektivische Rückansicht, die weitere Details der Kühlmittelzufuhrbaugruppe zeigt.
7 ist ein rückseitiger Aufriss der Schweißkopfbaugruppe, der weitere Details der Kühlmittelzufuhrbaugruppe zeigt.
8 ist eine perspektivische Draufsicht eines Abschnitts der Schweißbaugruppe, die Details der Antriebsbaugruppe für den Schweißbrennerkopf zeigt.
9 ist eine rechtsseitige perspektivische Rückansicht, die teilweise geöffnet ist, um Details der Antriebsbaugruppe für den Schweißbrennerkopf der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
10 ist eine linksseitige perspektivische Ansicht ähnlich 9.
11 ist ein rückseitiger Aufriss, der weitere Details der Antriebsbaugruppe für den Schweißbrennerkopf zeigt.
12 ist eine rechtsseitige perspektivische Vorderansicht eines Abschnitts des Schweißsystems, die Details einer Schweißbrennerkopffluidzufuhrbaugruppe zeigt.
13 ist eine perspektivische Draufsicht einer Vorderseite des Schweißbrennerkopfes, wobei ein Abschnitt geöffnet ist, um Details eines Kühlmitteldurchgangs in der Fluidzufuhrbaugruppe zu zeigen.
14 ist perspektivische Rückansicht ähnlich 13, wobei weitere Abschnitte geöffnet sind, um Details einer Schutzgaszufuhrbaugruppe in der Fluidzufuhrbaugruppe für den Schweißbrennerkopf zu zeigen.
15 ist eine perspektivische Draufsicht eines Abschnitts des Schweißsystems und ist teilweise geöffnet, um Details der Schweißbrennerkopfbaugruppe und der Antriebsbaugruppe zu zeigen.
16 ist ein Frontaufriss der Schweißbrennerkopfbaugruppe, die teilweise geöffnet ist, um Details einer Drahthöhenjustierungsbaugruppe zu zeigen.
17 ist ein geschnittener Frontaufriss ähnlich 16, der weitere Details der Drahtausrichtungsbaugruppe zeigt.
18 ist eine erste perspektivische Ansicht der Ausrichtungsbaugruppe.
19 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Drahtausrichtungsbaugruppe.
20 ist ein geschnittener Seitenaufriss einer Drahtausrichtungsbaugruppe.
21 ist eine perspektivische Unteransicht des Schweißbrennerkopfes, die Details der Schutzgasverteilungsbaugruppe zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden nun beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen und die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen sollen dem Leser das Verständnis der Erfindung erleichtern und sind nicht dafür gedacht, den Schutzumfang der Erfindung in irgend einer Weise einzuschränken. „Schweißen” oder „Schweißnaht” im Sinne des vorliegenden Textes, einschließlich sonstiger Varianten dieser Wörter, beziehen sich auf das Abscheiden von schmelzflüssigem Material durch die Wirkung eines elektrischen Lichtbogens, einschließlich beispielsweise Unterpulver-Lichtbogen-, GMAW-, MAG-, MIG- und TIG-Schweißen.
Das Schweißsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Zeichnungen allgemein durch die Zahl 10 angedeutet. Das Schweißsystem 10 enthält eine Elektrode E, die mit Energie beaufschlagt wird, um einen Lichtbogen zwischen der Elektrode E und einem Werkstück WP zu erzeugen. Der Bereich, auf den die Schweißnaht aufgebracht wird, enthält eine schmelzflüssige Schweißpfütze, die Material enthalten kann, das durch das Schweißsystem 10 abgeschieden wird, und schmelzflüssiges Metall des Werkstücks WP, das durch den Einbrand des Lichtbogens erzeugt wird. Der Einfachheit halber wird dieser Bereich als eine Schweißzone Z bezeichnet und in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Das Schweißsystem 10 ist ein Orbitalschweißsystem und kann verwendet werden, um bogenförmige Schweißnähte zu bilden, einschließlich beispielsweise Schweißnähte, die verwendet werden, um benachbarte Rohrsektionen zusammenzufügen. Das Schweißsystem 10 enthält allgemein einen Schweißkopf, der die primären Baugruppen des Schweißsystems 10 enthält, einschließlich eines Brennerkopfes 20, der mit einer (nicht gezeigten) Klemmbaugruppe neben dem Werkstück WP gehalten werden kann. Optional können noch andere Baugruppen an dem Schweißkopf enthalten sein, einschließlich beispielsweise eine Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80, eine Antriebsbaugruppe 100, eine Motorgehäusekühlungsbaugruppe 175 und eine Brennerkopfkühlungsbaugruppe 300, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird.
Wir wenden uns 1 zu. Das Schweißsystem 10 enthält einen Brennerkopf 20, der an einem allgemein C-förmigen Rahmen 25 gestützt wird. Wie am besten in 4 gezeigt, kann der Rahmen 25 eine Grundplatte 26 enthalten, die einen ersten Arm 31 aufweist, der seitlich von einem zweiten Arm 32 beabstandet und mit ihm durch ein Querstück 33 verbunden ist, so dass eine Öffnung 35 dazwischen entsteht, die eine Mündung 40 aufweist, die von dem Rahmen 25 aus an den äußeren Extremitäten 37 der Arme 31, 32 nach außen öffnet. Das gezeigte Beispiel ist so ausgerichtet, dass der erste Arm 31 und der zweite Arm 32 in eine Abwärtsrichtung weisen.
Im Sinne des vorliegenden Textes können sich räumlich orientierende Begriffe wie zum Beispiel „oberhalb”, „unterhalb”, „oberer”, „unterer”, „innerer”, „äußerer”, „rechts”, „links”, „vertikal”, „horizontal”, „oben”, „unten”, „aufwärts”, „abwärts”, „seitlich”, „aufrecht” usw. auf jeweilige Positionen von Aspekten beziehen, wie in oder gemäß der Ausrichtung der begleitenden Zeichnungen gezeigt sind. „Nach innen” soll eine Richtung sein, die von einem Punkt, der von dem Objekt entfernt liegt, allgemein zur Mitte eines Objekts weist, und „nach außen” soll eine Richtung sein, die allgemein von einem Punkt innerhalb des Objekts fort und zu einem Punkt weist, der von dem Objekt entfernt liegt. Solche Begriffe dienen dem Zweck der besseren Verständlichkeit beim Beschreiben der Zeichnungen und dürfen nicht als ausschließlich, erschöpfend oder auf sonstige Weise einschränkend mit Bezug auf Position, Ausrichtung, Perspektive, Konfiguration und so weiter angesehen werden.
Eine Brennerhöhenpositionierungsbaugruppe, die allgemein durch die Zahl 45 angedeutet ist, kann bereitgestellt sein, um den Brennerkopf 20 in Richtung des Werkstück WP und von diesem fort zu bewegen, was auch als Justieren der Brennerhöhe bezeichnet wird. Die Positionierungsbaugruppe ist eine beliebige Baugruppe, die in der Lage ist, den Brennerkopf 20 so zu bewegen, dass die Elektrode in Richtung des Werkstücks oder von diesem fort entlang einer Brennerhöhenachse TH bewegt wird, einschließlich beispielsweise verschiedener linearer Aktuatoren, einschließlich mechanischer, pneumatischer und hydraulischer Aktuatoren. Das gezeigte Beispiel enthält einen mechanischen linearen Aktuator, der mit einer Zahnstangenantriebsbaugruppe arbeitet, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird.
Die Brennerhöhenpositionierungsbaugruppe 45 enthält ein Paar Schienen 46, die auf der Grundplatte 26 gestützt werden. Die Schienen 46 können Endanschläge 48, 49 haben, um den Bewegungsbereich der Brennerhöhenpositionierungsbaugruppe 45 zu begrenzen und die Enden der Schienen 46 zu umschließen. Die Schienen 46 erstrecken sich allgemein über die gesamte Länge der ersten und zweiten Arme 31, 32, um den Bewegungsbereich für den Schweißkopf zu maximieren. Obgleich nicht gezeigt, können die Endanschläge 48, 49 in mehreren Positionen arretierbar sein, um den Bewegungsbereich des Positionierungssystems 45 zu justieren oder den Brennerkopf 20 in einer bestimmten Position zu fixieren. Alternativ kann, wie gezeigt, eine allgemein durch die Zahl 50 angedeutete Zahnstange vorhanden sein, um die Position des Brennerkopfes 20 relativ zu dem Werkstück WP zu justieren und einzustellen.
Wir wenden uns 6 zu. Eine allgemein durch die Zahl 55 angedeutete Montageplatte kann Aufnahmen 56 enthalten, die auf einer Rückseite 58 ausgebildet sind, um die Montageplatte 55 verschiebbar an der Grundplatte 26 anzubringen. Die Aufnahmen 56 können ein oder mehrere Linearlager oder Gleitblöcke enthalten, die allgemein mit 60 angedeutet sind, in denen die eine oder die mehreren Schienen 46 verschiebbar aufgenommen sind. Zu diesem Zweck können die Gleitblöcke Rollenelemente oder andere Oberflächen enthalten, die eine lineare Bewegung der Montageplatte 55 relativ zu dem Rahmen 25 ermöglichen. Die Gleitblöcke 60 können innerhalb eines ausgesparten Kanals 63 aufgenommen sein, der in einer Innenfläche des Montageblocks 55 ausgebildet ist. Der ausgesparte Kanal 63 erlaubt einen festen Sitz zwischen dem Rahmen 25 und dem Montageblock 55, wodurch die Dicke des Schweißsystems 10 reduziert wird. Die reduzierte Dicke des Schweißsystems 10 erlaubt ein Schweißen näher an einem Hindernis, wie zum Beispiel einem Kniestück oder Flansch.
In dem gezeigten Beispiel sind die Gleitblöcke 60 in einen ersten Gleitblock 61 und einen zweiten Gleitblock 62 unterteilt, die innerhalb eines ausgesparten Kanals 63 in der Montageplatte 55 gestützt werden. Jeder Gleitblock 61, 62 definiert eine Nut oder Aussparung, bei der die Schienen 46 gleitfähig aufgenommen sind. Die Aussparung innerhalb des ersten Gleitblocks 61 ist auf die Aussparung in dem Gleitblock 62 ausgerichtet, wenn eine einzelne gerade Schiene 46 verwendet wird, wie gezeigt. Es wird in Betracht gezogen, dass in einigen Umständen versetzte Schienen vorhanden sein können. Der erste Gleitblock 61 ist vertikal von dem zweiten Gleitblock 62 beabstandet, wodurch ein Spalt 65 zwischen den Gleitblöcken 61, 62 definiert wird. Eine entsprechende Öffnung 68 kann in der Wand des ausgesparten Kanals 63 gebildet werden, damit ein Ritzel 70 mit der Zahnstange 50 interagieren kann, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird.
In dem gezeigten Beispiel enthält die Zahnstange 50 eine Reihe von Zähnen 51, die einwärts in Richtung der Öffnung 35 weisen. Wenn sie an der Montageplatte 55 montiert ist, so liegt die Zahnstange 50 neben dem Spalt 65. Das Ritzel 70 wird innerhalb der Öffnung 68 aufgenommen. Die Zähne auf dem Ritzel 70 greifen in die Zähne 51 der Zahnstange 50 neben der Öffnung 68 ein.
Um die Zahnstange 50 unterzubringen, kann die Montageplatte 55 mit einer Einrückung 66 auf der Rückseite der Montageplatte 55 neben den Gleitblöcken 61 und 62 ausgebildet sein. Wie gezeigt, kann die Einrückung 66 durch einen Teiler 67 gebildet werden, der sich von der Montageplatte 55 aus nach hinten erstreckt und die laterale auswärtige Seite des Kanals 63 bildet. Da die Zahnstange 50 nur auf einer einzigen Seite der Grundplatte 26 vorhanden zu sein braucht, brauchen die Einrückung 66 und die anderen Strukturen, die bereitgestellt sind, um die Zahnstange 50 und das Ritzel 70 aufzunehmen, nur auf einer einzigen Seite der Montageplatte 55 vorhanden zu sein, wie gezeigt. Wir bleiben weiter bei 6. Der Teiler 67 kann in zwei Sektionen getrennt sein, die dem Abstand der Gleitblöcke 61 und 62 entsprechen, so dass der Spalt 65 die erste Teilersektion 67A von der zweiten Teilersektion 67B trennt. Eine zwischen der ersten Teilersektion 67A und der zweiten Teilersektion 67B gebildete Öffnung 68 nimmt auch das Ritzel 70 auf, so dass es in die Zahnstange 50 eingreifen kann. Damit das Ritzel 70 durch den Vorderabschnitt der Montageplatte 55 passieren kann, kann sich eine Ritzelbohrung von einer Vorderseite 71 der Montageplatte 55 erstrecken und auf einer Rückseite 58 der Montageplatte 55 öffnen, um eine Verbindung zu dem Spalt 65 und zu der Öffnung 68 herzustellen.
In dem gezeigten Beispiel wird eine Relativbewegung zwischen der Montageplatte 55 und der Grundplatte 26 verwendet, um den Brennerkopf 20 zu positionieren, indem der Brennerkopf 20 und andere Baugruppen auf der Montageplatte 55 gestützt werden. Das Zahnstangenantriebssystem kann von Hand bedient werden, um die Position des Brennerkopfes 20 zu justieren und zu fixieren. Oder das Ritzel 70 kann, wie gezeigt, durch einen Brennerhöhenmotor 112, wie unten beschrieben, angetrieben werden, um die Brennerhöhenposition während der Ersteinrichtung und während des gesamten Schweißprozesses nach Bedarf automatisch zu justieren.
Wir wenden uns 2 zu. Zusätzlich zu dem Brennerkopf 20 kann eine Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe, allgemein durch die Zahl 80 angedeutet, auf der Montageplatte 55 gestützt werden. Es versteht sich, dass nicht alle Schweißsysteme gemäß der Erfindung eine Drahtzufuhrbaugruppe brauchen, und darum ist dieses Merkmal optional. In dem gezeigten Beispiel ist das Schweißsystem 10 jedoch ein Orbital-TIG-System und enthält eine Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80, die einen Draht W zu dem Brennerkopf 20 führt, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird. Wir wenden uns den 1 und 2 zu. Die Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 kann einen Drahtvorrat enthalten, wie zum Beispiel eine Rolle 82, und eine Drahtzufuhrvorrichtung 85, die den Draht W von der Rolle 82 zieht und ihn neben der Elektrode E über eine Drahtführung 90 zuführt. Wie am besten in 1 zu sehen, kann der Draht W der Drahtführung 90 über einen Drahtkanal 86 zugeführt werden, der, wie gezeigt, eine flexible Röhre sein kann. In dem gezeigten Beispiel ist die Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 allgemein entlang des ersten Arms 51 der Montageplatte 55 angeordnet, und geeignete Aufnahmen, die allgemein mit 88 angedeutet sind, können innerhalb des ersten Arms 51 vorhanden sein, um an der Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 angebracht zu werden oder Halterungen für die Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 daran zu stützen.
Wir wenden uns 4 zu. Eine Antriebsbaugruppe 100, allgemein durch die Zahl 100 angedeutet, kann in dem Bereich des zweiten Arms 52 der Montageplatte 55 angeordnet sein. Der Brennerkopf 20 ist zwischen der Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 und der Antriebsbaugruppe 100 angeordnet. Es versteht sich, dass der Brennerkopf 20 auch in anderen Positionen angeordnet sein kann und dass die anderen Komponenten, einschließlich der Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 und der Antriebsbaugruppe 100, in anderen Positionen, als in den Zeichnungen gezeigt, angeordnet sein können.
Wir bleiben bei 4. Wie oben erwähnt, kann die Höhe des Brennerkopfes 20 entlang der Schienen 46 mittels Betätigung der Zahnstange 50 und des Ritzels 70 justiert werden. Diese Positionsjustierung kann die Elektrode E in Richtung des Werkstücks WP oder von ihm fort bewegen und wird im vorliegenden Text als eine Brennerhöhenjustierung bezeichnet. Diese Justierung kann während des Schweißprozesses automatisch unter Verwendung einer Brennerhohenantriebsbaugruppe, allgemein durch die Zahl 110 angedeutet, vorgenommen werden; diese justiert die Brennerhöhe auf der Basis der Rückmeldung von einer Stromquelle. Zum Beispiel zeigt eine Spannungsrückmeldung von der Stromquelle an, ob die Elektrode näher zu dem Werkstück WP oder weiter von ihm fort bewegt werden muss.
Die Brennerhöhenantriebsbaugruppe 110 enthält einen Brennerhöhenmotor 112, der dafür ausgelegt ist, das Ritzel 70 anzutreiben. Das Ritzel 70 kann direkt oder indirekt durch den Brennerhöhenmotor 112 angetrieben werden. In dem gezeigten Beispiel wird das Ritzel 70 direkt durch den Motor 112 angetrieben, indem das Ritzel 70 mit der Welle des Motors 112 gekoppelt wird. Wie am besten in 7 zu sehen, kann ein Kugellager 114 über einem Abschnitt der Antriebswelle und des Ritzels 70 liegen, um eine radiale Belastung der Motorwelle zu verhindern. Um die Antriebsbaugruppe 100 zusätzlich zu isolieren, kann eine Platte 115 zwischen der Montageplatte 55 und der Antriebsbaugruppe 100 vorhanden sein. Die Isolierplatte 115 kann aus jedem beliebigen geeigneten Material bestehen, um ein Durchbiegen während des Schweißvorgangs zu verhindern, wie zum Beispiel ein Phenolmaterial. In der Montageplatte 55 sind Aufnahmen zum Anbringen der Isolierplatte 115 an der Montageplatte 55 vorhanden. Die Antriebsbaugruppe 100 ist allgemein mit der Montageplatte 55 durch Befestigungsmittel verbunden, die in der Isolierplatte 115 aufgenommen werden. Einige Befestigungsmittel können bei Bedarf durch die Isolierplatte 115 hindurch reichen und direkt an der Montageplatte 55 befestigt werden. In diesen Fällen kann es erforderlich sein, zusätzliche Isolatoren bereitzustellen, wie zum Beispiel eine Phenol-Unterlegscheibe oder -Hülse, um diese Befestigungsmittel individuell zu isolieren.
Eine Systemsteuereinheit, allgemein durch die Zahl 120 angedeutet, kann mit einer Leiterplatte 122 neben der Isolierplatte 115 verbunden sein oder kann auf der Seite der Isolierplatte angebracht sein, die der Antriebsbaugruppe 100 gegenüber liegt. Die Leiterplatte 122 kann eine gedruckte Leiterplatte sein, die mit einem oder mehreren Verbindern versehen ist. In dem gezeigten Beispiel routet die Leiterplatte 122 Signale von dem Schweißkopf zu der Systemsteuereinheit 120. Gemäß einem Aspekt der Erfindung steht die Systemsteuereinheit 120 in elektrischer Verbindung mit dem Brennerkopf 20, der Stromversorgung und dem Brennerhöhenmotor 112, um die Position des Brennerkopfes 20 auf der Basis der Spannungsrückmeldung von der Stromquelle zu justieren. In Abhängigkeit von der Rückmeldung von der Stromquelle kann die Systemsteuereinheit 120 dem Brennerhöhenmotor 112 signalisieren, sich im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, um den Brennerkopf 20 anzuheben oder abzusenken und die Position der Elektrode E relativ zu dem Werkstück zu justieren. Die Systemsteuereinheit 120 kann mit anderen Baugruppen kommunizieren und/oder diese steuern, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird.
Wir bleiben bei 4. Die Antriebsbaugruppe 100 kann in einem Antriebsblock untergebracht werden, der allgemein durch die Zahl 125 angedeutet ist. Der Antriebsblock 125 kann aus jedem beliebigen geeigneten Material zum Unterbringen der Antriebskomponenten bestehen, einschließlich beispielsweise Metalle, Kunststoff, Keramik oder andere Kombinationen von Materialien. In dem gezeigten Beispiel besteht der Antriebsblock 125 aus Aluminium, um die Wärmeübertragung in Verbindung mit der Kühlungsbaugruppe zu unterstützen, wie unten noch ausführlicher besprochen wird. Der Antriebsblock 125 definiert eine oder mehrere Aufnahmen 127, 128, 129, 130, in denen Abschnitte der Antriebsbaugruppe untergebracht werden. Zum Beispiel wird eine Brennerhöhenantriebsaufnahme 127 innerhalb des Antriebsblocks 125 definiert, um den Antriebsmotor 112 darin aufzunehmen. Wie gezeigt, kann die Brennerhöhenantriebsaufnahme 127 eine Durchgangsbohrung innerhalb des Antriebsblocks 125 sein. Eine oder mehrere Befestigungsmittelaufnahmen 130 können in dem Antriebsblock 125 ausgebildet werden, um das Anbringen des Antriebsblocks 125 an einem benachbarten Block, wie zum Beispiel der gezeigten Isolierplatte 115, zu unterstützen. In dem gezeigten Beispiel enthält die Befestigungsmittelbohrung 130 eine Senkbohrung mit einem ersten Abschnitt 131, der die Welle des Befestigungsmittels 135 aufnimmt, und einen Abschnitt mit größerem Durchmesser 132, der den Kopf des Befestigungsmittels 135 aufnimmt. Es versteht sich, dass auch andere Arten von Befestigungsmitteln verwendet werden können, die zu einer Variation der Konfiguration der Befestigungsmittelaufnahme 130 führen, oder die eine Befestigungsmittelbohrung 130 ganz und gar überflüssig machen können, wie im Fall einer Schweißnaht oder von Klebstoff, die oder der verwendet wird, um den Block 125 an einer benachbarten Struktur anzubringen, oder von extern montierten Befestigungsmitteln.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann der Brennerkopf 20 lateral in einer kontrollierten Weise bewegt werden. Eine laterale Bewegung erfolgt entlang einer Achse senkrecht zum Pfad des Brenners. In dem gezeigten Beispiel wird der Brennerkopf in Richtung der Montageplatte 55 und von ihr fort bewegt und kann dafür programmiert sein, in einer zuvor festgelegten Weise zu oszillieren, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird. Ein Oszillationsmotor, allgemein mit 140 angedeutet, kann vorhanden sein, um den Brennerkopf 20 separat seitlich entlang einer Oszillationsachse OA anzutreiben. Zu diesem Zweck kann der Antriebsblock 125 eine Aufnahme 128 für diesen Motor 140 definieren. In dem gezeigten Beispiel hat der Oszillationsmotor 140 ein allgemein zylindrisches Gehäuse, das sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des Antriebsblocks 125 erstreckt. Um den gezeigten Oszillatormotor 140 unterzubringen, kann eine Oszillatormotoraufnahme 128 in dem Antriebsblock 125 gebildet werden. Die Oszillatormotoraufnahme 128 kann eine Durchgangsbohrung innerhalb des Antriebsblocks 125 sein.
Gleichermaßen kann eine Potentiometeraufnahme 129 in dem Antriebsblock 125 gebildet werden, wenn ein Potentiometer verwendet wird. In dem gezeigten Beispiel sind ein Potentiometer 150 (4 und 8) und eine Montageplatte 160 für einen Riemenspanner 162 nebeneinander angeordnet und erstrecken sich um weniger als die Breite des Antriebsblocks 125. Zu diesem Zweck kann die Aufnahme 129 eine Aussparung enthalten, die in einer Innenfläche 126 des Antriebsblocks 125 ausgebildet ist. Die Aufnahme 129 kann eine einzelne Aussparung mit einer variierenden Tiefe enthalten, um sowohl das Potentiometer 150 als auch die Montageplatte 160 für den Riemenspanner 162 unterzubringen. Alternativ können separate Aufnahmen für jeden Teil gebildet werden. Nach Bedarf können zusätzliche Aufnahmen innerhalb des Antriebsblocks 125 gebildet werden, um zusätzliche Strukturen darin unterzubringen. Des Weiteren kann, wie unten noch ausführlicher besprochen wird, ein Kühldurchgang 170 im Antriebsblock 125 für Kühlzwecke gebildet werden. Um die Komponenten innerhalb des Antriebsblocks 125 zu umschließen, kann eine Abdeckung, allgemein durch die Zahl 155 angedeutet, vorhanden sein und mit geeigneten Befestigungsmitteln 156, die am Antriebsblock 125 befestigt werden können, angebracht werden, wie gezeigt. Wie in 3 zu sehen, kann die Abdeckung 155 eine Aussparung 157 an einem einwärtigen Ende 158 davon enthalten, um Platz für ein Ende des Brennerkopfes 20 zu schaffen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Motorgehäusekühlungsbaugruppe, allgemein durch die Zahl 175 angedeutet, bereitgestellt, um das Motorgehäuse zu kühlen. Zu diesem Zweck kann ein Kühldurchgang, allgemein mit 170 angedeutet, innerhalb des Motorgehäuses vorhanden sein, um ein Kühlmittel durch das Gehäuse zu zirkulieren. In dem gezeigten Beispiel enthält das Gehäuse für die Antriebsbaugruppe 100 einen Antriebsblock 125. Der Antriebsblock 125 definiert einen ersten Kühldurchgang 171 und einen zweiten Kühldurchgang 172. Der erste und der zweite Kühldurchgang 171, 172 können zylindrische Bohrungen sein, die in dem Antriebsblock 125 definiert sind, wie gezeigt, und an ihrer axial äußeren Extremität durch eine maschinell hergestellte Aussparung 174 innerhalb des Antriebsblocks 125 verbunden sein. Es versteht sich, dass auch andere Durchgänge oder Verbinder verwendet werden können, um eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Durchgang 171 und dem zweiten Durchgang 172 herzustellen. Eine Kappe 176 wird bereitgestellt, um die Aussparung 174 abzudichten und die Durchgänge 171, 172 zu umschließen.
Eine Kühlmittelbaugruppe 175 kann des Weiteren Kühlmittelleitungen enthalten, wie zum Beispiel eine Zuleitung 177 und eine Rücklaufleitung 178, die mit einem Verbinder verbunden sind, der allgemein mit 180 angedeutet ist, der Kühlmittel durch den Kühldurchgang 170 zirkuliert. In dem gezeigten Beispiel ist der Verbinder 180 mit einer ersten Verbindung 181 und einer zweiten Verbindung 182 versehen, die innerhalb des ersten Durchgang 171 bzw. des zweiten Durchgangs 172 aufgenommen sind. Wie am besten in 6 gezeigt, können der erste und der zweite Verbinder 181, 182 eine zylindrische Form haben und eine ringförmige Aussparung 183 zur Aufnahme eines Dichtungselements 184, wie zum Beispiel eines O-Rings, definieren.
Wie gezeigt, können die Kühlmittelleitungen 177, 178 und der Verbinder 180 einwärts der Isolatorplatte 115 angeordnet sein. Die Isolatorplatte 115 kann mit einer Aufnahme, allgemein bei 185 angeordnet, ausgestattet sein, dank der die Verbinder 181, 182 durch die Isolierplatte 115 geführt werden können, um sich in Durchgänge 171, 172 hinein zu erstrecken, wie in 4 gezeigt. Es versteht sich, dass sich auch Nasen oder andere Verbindungen von den Durchgängen 171, 172 nach außen erstrecken können, um mit einem aufnahmeartigen Verbinder 180 verbunden zu werden. In dem gezeigten Beispiel hat die Kühlmittelaufnahme 185 in der Isolierung 115 eine allgemein rechteckige Form und ist so bemessen, dass sie einen Abschnitt des Verbindergehäuses 186 aufnehmen kann, wie in 7 gezeigt. Das Verbindergehäuse 186 kann jede beliebige Form haben und kann, wie gezeigt, verwendet werden, um die Richtung des Kühlmittelflusses zu ändern und Kühlmittelleitungen 177, 178 mit Verbindern 181, 182 zu verbinden. Zum Beispiel können sich, wie am besten in 6 zu sehen, Abgriffe 187, 188 aufwärts von einer Seite 189 des Verbinders erstrecken, während sich die Verbinder 181 und 182 von einer zweiten Seite in einem rechten Winkel relativ zu den Abgriffen 187, 188 erstrecken. Alternativ können Aussparungen in der Seite 189 oder in dem Verbindergehäuse 186 gebildet werden, um die Enden von Kühlmittelleitungen 177 und 178 aufzunehmen, womit der gleiche Effekt erreicht wird.
Die Kühlmittelleitungen 177, 178 können unter Berücksichtigung der Temperaturen des zirkulierten Kühlmittels und der Außentemperaturbedingungen, die während des Schweißens anzutreffen sind, aus jedem beliebigen geeigneten Material zum Transportieren von Kühlmittel bestehen. Die Kühlmittelleitungen 177, 178 können aus Metall oder Kunststoff bestehen, aber es können auch andere Materialien verwendet werden, um Kühlmittel zu transportieren, einschließlich beispielsweise thermisch vergossener Kupferrohre, wie gezeigt. Das Verlegen der Kühlmittelleitungen 177, 178 auf der Innenseite der Isolierplatte 115 hilft bei der Wärmeisolierung der Kühlmittelleitungen vom Brennerkopf 20 und auch bei ihrer elektrischen Isolierung.
Ein zweiter Verbinder, allgemein durch die Zahl 190 angedeutet, kann vorhanden sein, um die Kühlmittelleitungen 177, 178 mit einer geeigneten Kühlmittelversorgung zu verbinden. Es versteht sich, dass die Rücklaufleitung 178 so zu einem Wärmetauscher verlegt werden kann, dass das Kühlmittel einfach nach der Aufbereitung rezirkuliert wird. Der Verbinder 190 enthält ein Gehäuse 19, das von jeder beliebigen Form sein kann, einschließlich der gezeigten rechteckigen Kastenform. Das Gehäuse 191 enthält ein Paar Anschlussstücke 193, 194, die an die Kühlmittelzuleitungen angeschlossen werden, die sich von der Kühlmittelversorgung erstrecken. Die Anschlussstücke 193, 194 sind parallel zueinander angeordnet. Die Kühlmittelleitungen 177, 178 stehen mit den Anschlussstücken 193 und 194 innerhalb des Verbinders 190 in Strömungsverbindung. Eine Klemmbaugruppe 195 kann vorhanden sein, um beim Befestigen der Zu- und Rücklaufleitungen zu helfen, die an den Anschlussstücken 193, 194 angeschlossen sind. Zum Beispiel, wie gezeigt, kann die Klemme 195 zwei Klemmenhälften 196, 197 enthalten, die halbkreisförmige Aussparungen definieren, die einander zugewandt sind, um die Leitungen aufzunehmen. Ein Befestigungsmittel 199 erstreckt sich abwärts durch beide Hälften 196, 197 und kann festgezogen werden, um eine Klemmkraft an die Leitungen anzulegen.
Während des Betriebes des Systems wird ein Kühlfluid, das eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann, durch die Zuleitung 177 zugeführt und durch den Durchgang 170 innerhalb des Antriebsblocks 125 zirkuliert. In dem gezeigten Beispiel wird Wasser als ein Kühlmittel verwendet. Nach der Zirkulation durch den Durchgang 170 tritt das Kühlmittel über die Rücklaufleitung 178 aus. Die Zirkulation von Kühlmittel durch den Durchgang 170 kühlt eine Antriebsbaugruppe 110, indem Wärme von der Elektronik, einschließlich der Motoren 112 und 140 und des Potentiometers 150, durch den Antriebsblock 125 hindurch weggeleitet wird. Das Vermeiden einer Überhitzung dieser Komponenten reduziert die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Komponente und einer möglichen Stillstandszeit infolge von Reparatur oder Austausch der Komponenten. Ein zusätzlicher Nutzeffekt der Kühlung ist, dass die Temperatur des Antriebsblocks 125 reduziert wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass sich der Bediener durch einen Kontakt mit dem Antriebsblock 125 oder einem anderen Abschnitt des Gehäuses der Antriebsbaugruppe verbrennt.
Wir wenden uns 5 zu. Die Montageplatte 55 kann mit einer Kühlmittelbaugruppenaufnahme versehen sein, die allgemein durch die Zahl 200 angedeutet ist. Die Kühlmittelaufnahme 200 enthält allgemein eine Aussparung oder einen sonstigen offenen Bereich, der innerhalb der Montageplatte 55 definiert ist, um mindestens einen Abschnitt der Kühlmittelbaugruppe 175 zu umschließen. In dem gezeigten Beispiel enthält die Kühlmittelaufnahme 200 eine Aussparung 201, die einen ersten Verbinder 180 aufnimmt, und eine längliche Kühlmittelleitungsaussparung 202, die die Kühlmittelleitungen 177, 178 aufnimmt und außerhalb der Montageplatte 55 bei der Öffnung 204 öffnet. Ein Absatz 205 ist neben der Öffnung 204 angeordnet und von der Oberseite 206 der Montageplatte 55 her ausgespart, um eine Oberfläche bereitzustellen, auf der der zweite Verbinder 190 ruhen kann. Neben dem Absatz 205 befindet sich ein Klemmabsatz 207, der geringfügig aufwärts gewinkelt sein kann, um die Anschlussstücke 193, 194 und die Klemmbaugruppe 195 aufwärts zu neigen, um den Zugang zu ihnen zu erleichtern, wie am besten in 1 gezeigt. Wie ebenfalls in 1 gezeigt, kann eine aufrecht stehende Führung 210 vorhanden sein, um die Kühlmittelleitungen, die sich von der Klemmbaugruppe 195 erstrecken, zu einer Leitungsschelle zu führen, die allgemein mit 215 angedeutet ist, die dafür verwendet wird, die verschiedenen Leitungskanäle zu stabilisieren und von dem Schweißkopf fort zu führen.
Wie besprochen, kann die Leitungsschelle 215 Verlängerungen von den Kühlmittelleitungen (zum Beispiel 177, 178), die der Kühlmittelbaugruppe 175 zugeordnet sind, aufnehmen. Die Leitungsschelle kann auch andere Kühlmittelleitungen (zum Beispiel 307, 308) aufnehmen, die an anderer Stelle im vorliegenden Text beschrieben sind. Durch Verlegen verschiedener Kühlmittelleitungen entlang der Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 kann ein Drahtzufuhrmotor der Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 gekühlt werden. Zum Beispiel können die Kühlmittelleitungen 307, 308 über oder entlang einer ersten Fläche der Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 verlegt werden, und/oder Verlängerungen der Kühlmittelleitungen 177, 178, die von dem Verbinder 190 hervorstehen, können entlang einer zweiten Fläche der Drahtzufuhrvorrichtungsbaugruppe 80 verlegt werden, um eine Überhitzungsgefahr wenigstens in einem Drahtzufuhrmotor zu reduzieren.
Wie in 5 gezeigt, kann die Kühlmittelaufnahme 200 eine Aussparung 201 (oder sonstige Öffnung) enthalten, die dafür ausgelegt ist, den ersten Verbinder 180 an einer Stelle aufzunehmen, die so auf die Aufnahme 185 ausgerichtet ist, dass, wenn die Montageplatte 155 und die Isolierung 115 aneinander befestigt werden, der Verbinder 180 innerhalb der jeweiligen Aufnahme 185 und Aussparung 201 untergebracht ist. Die Kühlmittelaufnahme 200 enthält ebenfalls eine schlitzartige Kühlmittelleitungsaussparung 202, die sich in einem Bogen von der Verbinderaussparung 201 aufwärts in Richtung der Öffnung 204 erstreckt. Wie am besten in 1 gezeigt, hat die Kühlmittelleitungsaussparung 202 eine Tiefe, die ausreicht, um die Leitungen 177, 178 vollständig darin aufzunehmen, so dass, wenn die Montageplatte 55 und die Isolierplatte 115 montiert sind, die Kühlmittelleitungen 177, 178 umschlossen sind.
Weitere Aussparungen, einschließlich der Aussparungen 212, 213 und 214, können in der Montageplatte 55 vorhanden sein, um die Verbinder 216, 217 und 218 (6) auf der Leiterplatte 122 aufzunehmen. Es versteht sich, dass weitere Aufnahmen, einschließlich einer Aufnahme für mit einem Gewinde versehene Befestigungsmittel, allgemein mit 210 angedeutet, auf der Montageplatte 55 vorhanden sein können, um eine Anbringung des Schweißkopfes an der Montageplatte 55 zu ermöglichen.
Die Leiterplatte 122 kann elektrisch mit den Antriebsmotoren und Sensoren in dem System verbunden sein, um Signale zur Systemsteuereinheit 120 zu leiten. In dem gezeigten Beispiel ist der Verbinder 216 mit dem Potentiometer 150 verbunden, um eine Rückmeldung zur Position der Brennerkopfoszillation zu geben. Der Verbinder 218 ist mit der Drahtzufuhrvorrichtung 85 verbunden. Signale von den Verbindern 216, 218 werden über die Leiterplatte 122 zum Verbinder 217 geleitet, der seinerseits Signale zu und von der Systemsteuereinheit 120 leitet. Steuersignale von der Systemsteuereinheit 120 können vom Verbinder 217 zu verschiedenen Komponenten im Schweißsystem 10 geroutet werden, einschließlich beispielsweise der Drahtzufuhrbaugruppe 80, des Brennerhöhenmotors 112 und des Antriebsmotors 140.
Wir wenden uns 8 zu, wo weitere Details der lateralen oder Oszillatorantriebsbaugruppe, die allgemein mit der Zahl 225 angedeutet ist, gezeigt sind. Der Brennerkopf 20 kann seitlich bewegt werden, wenn Orbitalschweißen ausgeführt wird. Die Oszillatorantriebsbaugruppe 225 wird bereitgestellt, um den Brennerkopf 20 automatisch seitlich zu bewegen. Die Antriebsbaugruppe 225 enthält allgemein einen Motor 140, der mit einem Aktuator verbunden ist, der allgemein durch die Zahl 230 angedeutet ist. Die Aktuatorbaugruppe 230 kann einen beliebigen Aktuator enthalten, der den Brennerkopf 20 bewegt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält die Aktuatorbaugruppe 230 einen Schneckenaktuator, wie zum Beispiel einen Kugelumlaufspindel- oder Leitspindelaktuator. Es wird angenommen, dass die Verwendung eines Schneckenaktuators aufgrund der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Brennerkopf und dem Aktuator, die durch ihren Gewindeeingriff gebildet wird, eine Oszillationsdrift reduziert oder beseitigt. In dem gezeigten Beispiel wird ein Leitspindelaktuator verwendet und enthält eine Leitspindel 231, die drehbar an der Brennerkopfmontageplatte 250 gestützt wird. Die Leitspindel 231 erstreckt sich axial auswärts der Brennerkopfmontageplatte 250, um den Brennerkopf 20 in Eingriff zu nehmen und eine laterale Bewegung des Brennerkopfes 20 bei Drehung der Leitspindel 231 hervorzurufen, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird.
Wir wenden uns 15 zu. Die Aktuatorbaugruppe 230 kann außerdem eine Schraubenmutter enthalten, die, wie gezeigt, eine Leitspindelmutter 232 sein kann. Die Leitspindelmutter 232 kann in eine Bohrung hineingepresst sein, die in dem Brennerkopf 20 definiert ist. Die Leitspindelmutter 232 hat ein Innengewinde, das dem Außengewinde auf der Leitspindel 231 entspricht. Die Steigung dieser Gewinde bestimmt die Rate der Lateralbewegung, die durch die Drehung der Leitspindel 231 bewirkt wird. Als Alternative zur Verwendung einer Schraubenmutter kann die innerhalb des Brennerkopfes 20 definierte Bohrung 233 mit einem Gewinde versehen sein, um das nötige Innengewinde für den Schneckenaktuator bereitzustellen.
Innerhalb der Brennerkopfmontageplatte 250 kann die Leitspindel 231 in einem geeigneten Lager gestützt werden, das allgemein mit 235 angedeutet ist, einschließlich beispielsweise des gezeigten Kugellagerzapfens 236. Das Lager 235 kann in eine Bohrung 237 hineingepresst sein, die in der Brennerkopfmontageplatte 250 definiert ist. Das Ende der Leitspindel 231 innerhalb des Lagers 235 kann sich frei drehen, um den Brennerkopf 20 in die seitliche Richtung anzutreiben. In dem gezeigten Beispiel dreht sich der Antriebsmotor 140 in einer bestimmten Richtung, um den Brennerkopf 20 relativ zur Brennerkopfmontageplatte 250 seitlich auswärts zu bewegen, und dreht sich in der entgegengesetzten Richtung, um den Brennerkopf 20 in Richtung der Brennerkopfmontageplatte 250 zurückzuführen. Die Motorbaugruppe kann zyklisch eine kontinuierliche Vorwärts- und Rückwärtsdrehung ausführen, um den Brennerkopf 20 durch einen gewünschten Bewegungsbereich zu oszillieren, der als ein Hub bezeichnet wird. Der Hub wird durch die Länge der Leitspindel 231 bestimmt und kann innerhalb jedes beliebigen gewünschten Bereichs eingestellt werden. In dem gezeigten Beispiel beträgt der maximale Hub für den Brennerkopf 20 1,25 Inch. Eine Rückmeldung zur Bewegung des Brennerkopfes entlang der Achse OA kann an die Systemsteuereinheit 120 übermittelt werden, wie unten besprochen.
Die Aktuatorbaugruppe 230 kann direkt mit einem Antriebsmotor verbunden sein, oder, wie gezeigt, der Motor 140 kann von der Aktuatorbaugruppe 230 räumlich abgesetzt angeordnet und durch eine Antriebskupplung verbunden sein, die allgemein mit 240 angedeutet ist, wie gezeigt. Die Antriebskupplung 240 kann jedes beliebige System zum mechanischen Verbinden des Motors 140 mit der Aktuatorbaugruppe 230 sein, einschließlich beispielsweise Gestänge, Zahnradgetriebe oder ein Riemensystem, wie gezeigt. In dem gezeigten Beispiel enthält die Antriebskupplung 240 ein erstes Ritzel 241, das dem Antriebsmotor 140 zugeordnet ist. Es versteht sich, dass der Antriebsmotor 140 ein internes Getriebe haben kann, das ihm ebenfalls zugeordnet ist. Das erste Ritzel 241 ist drehbar beispielsweise mit einer Feder oder anderen Mechanismen verbunden, so dass sich das Ritzel 241 mit einer Antriebswelle 141 dreht, die sich von dem Antriebsmotor 140 erstreckt. Ein zweites Ritzel 242 ist mit der Leitspindel 231 verbunden. Ein Zahnriemen 245 verläuft über das erste Ritzel 241 und das zweite Ritzel 242, um den Motor 140 mit der Leitspindel 231 zu verbinden. Die Zähne auf dem Riemen 245 sind in der Figur nicht gezeigt, aber es kann jede beliebige Anzahl von Zähnen verwendet werden, und geeignete Steuerriemen sind auf dem freien Markt erhältlich, um die Ritzel 241, 242 in Eingriff zu nehmen.
Optional, wie gezeigt, kann das Schweißsystem 10 ein Potentiometer 150 enthalten, um eine Rückmeldung bezüglich der lateralen Position des Brennerkopfes 20 zu geben. Es kann auch ein Codierer anstelle des Potentiometers in dem gezeigten System verwendet werden. Das Potentiometer 150 hat ein drittes Ritzel 243, das auf seiner Welle 153 montiert ist, um eine laterale Bewegung des Brennerkopfes 20 proportional anhand der Drehung der Schnecke 231 abzufühlen, die durch die Bewegung des Riemens 245 angezeigt wird. Zu diesem Zweck ist das dritte Ritzel 243 zwischen dem ersten Ritzel 241 und dem zweiten Ritzel 242 angeordnet, und der Riemen 245 verläuft über sie, so dass er sich mit der Drehung des Antriebsmotors 140 dreht. Die Drehung des dritten Ritzels 243 erzeugt ein Signal im Potentiometer 150, das in dem gezeigten Beispiel zwischen 0 und 10 kΩ beträgt. Dieser Bereich entspricht dem Hub des Brennerkopfes 20. Darum befindet sich der Brennerkopf 20 in einer insgesamt zentrierten Position, wenn das Potentiometer ein Signal von 5 kΩ ausgibt. Die mittige Position kann der Mitte der geschweißten Fuge entsprechen, so dass der vollständige Hub (0–10 kΩ) einen halben Hub auf einer Seite der Fuge und die anderen Hälfte des Hubes auf der gegenüberliegenden Seite der Fuge darstellt, so dass der Brennerkopf in einem Muster oszillieren kann, das sich gleichmäßig über die Schweißfuge auf dem Werkstück WP erstreckt. Zum Beispiel kann eine Wurzellagenschweißnaht gebildet werden, indem man den Brennerkopf 20 über die Fuge oszilliert. Es können noch weitere Muster durch Oszillation des Brennerkopfes 20 auf der Achse OA und eine relative Drehung zwischen dem Brennerkopf und dem Werkstück WP gebildet werden. Es können manuelle Eingaben von einem Bediener oder automatische Eingaben von der Systemsteuereinheit 120 verwendet werden, um die Oszillation des Brennerkopfes 20 zu lenken. Zum Beispiel kann der Mittelpunkt, der, wie besprochen, der Fuge auf dem Werkstück WP entsprechen kann, links oder rechts von seiner ersten Position zurückgesetzt werden kann, um die Oszillation links oder rechts zu bewegen. Alternativ können auch andere Bezugspunkte verwendet werden, um eine relative Bewegung des Brennerkopfes 20 zum Zweck des Lenkens der Schweißnaht auszuführen. Zum Beispiel können auch die äußeren Endpunkte des Hubes zurückgesetzt werden, um die Schweißnaht zu lenken. In dem gezeigten Beispiel würden diese Endpunkte durch das Potentiometer als die 0- und 10-kΩ-Signale gesehen werden.
Das dritte Ritzel 243 kann so bemessen sein, dass eine definierte Beziehung zwischen einer einzelnen Drehung der Motorantriebswelle 141 und der Potentiometerwelle 153 definiert wird. Zum Beispiel kann das dritte Ritzel 243 den doppelten Durchmesser des ersten Ritzels 241 haben, um eine Zwei-zu-Eins-Beziehung zwischen der Drehung der Potentiometerwelle 153 relativ zur Antriebswelle 141 herzustellen. Somit vollführt die Potentiometerwelle 153 in dem gezeigten Beispiel für jede vollständige Drehung der Antriebswelle 141 eine halbe Drehung. Es versteht sich, dass nach Bedarf auch andere Beziehungen hergestellt werden können, einschließlich einer Eins-zu-Eins-Beziehung, oder Beziehungen, die größer oder kleiner als eine Eins-zu-Eins-Beziehung sind.
Als eine weitere Option kann ein Riemenspanner 162 vorhanden sein, um eine mechanische Spannung des Riemens aufrecht zu erhalten, der sich zwischen dem ersten Ritzel 243 und dem zweiten Ritzel 242 erstreckt. Der Riemenspanner 162 kann ein Mitläuferrad 164 enthalten, das drehbar auf einer Nabe 165 montiert ist. Wie am besten in 8 gezeigt, kann die Nabe 165 auf einem Befestigungsmittel 166 gestützt werden, das sich durch die Montageplatte 160 erstreckt. Die Montageplatte 160 kann eine geschlitzte Öffnung 167 definieren, die so ausgerichtet ist, dass eine vertikale Justierung der Position der mechanischen Spannung 161 möglich ist. Wie am besten in 9 gezeigt, kann die Oszillatorantriebsbaugruppe 225 teilweise innerhalb einer Brennerkopfmontageplatte untergebracht sein, die allgemein durch die Zahl 250 angedeutet ist. Die Brennerkopfmontageplatte 250 kann eine Aufnahme definieren, die allgemein durch die Zahl 252 angedeutet ist (7), die mindestens teilweise die Antriebskupplung 240, die Ritzel 241, 242 und 243 und das Mitläuferrad 164 aufnimmt. Die Aufnahme 252 kann eine Aussparung sein, die in der Brennerkopfmontageplatte 250 auf einer Innenfläche 251 davon ausgebildet ist, um eine vertikale Bewegung des Mitläuferrades 164 zu ermöglichen. Die Aufnahme 252 kann eine Aussparung 254 über dem Mitläuferrad 164 enthalten, um zusätzlichen Freiraum für eine solche vertikale Bewegung zu schaffen. Eine entsprechende Aufnahme ist in der Isolierplatte 115 ausgebildet, um die Abschnitte der Oszillatorantriebsbaugruppe 225 zu umschließen, die sich über die Innenfläche 251 der Brennerkopfmontageplatte 250 hinaus erstrecken.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Brennerkopfmontageplatte 250 eine Brennerführungsbaugruppe stützen, die allgemein durch die Zahl 260 angedeutet ist. Die Führungsbaugruppe 260 kann ein oder mehrere Führungselemente enthalten, wie zum Beispiel eine erste Führungsstange 261 und eine zweite Führungsstange 262, die sich durch die Brennerkopfmontageplatte 250 und parallel zur Leitspindel 231 erstrecken. Die Führungsstangen 261, 262 können jede beliebige Form haben, einschließlich beispielsweise der gezeigten zylindrischen Form. Die Führungsstangen 261, 262 können aus jedem geeigneten Material bestehen, das in der Lage ist, den Brennerkopf 20 zu stützen und den Temperaturbedingungen in der Umgebung des Brennerkopfes 20 zu widerstehen. Zum Beispiel kann Aluminium mit einer Keramikbeschichtung oder ein Edelstahl verwendet werden. In dem gezeigten Beispiel bestehen die Führungsstangen 261, 262 aus Edelstahl. Eine oder mehrere der Führungsstangen 261, 262 können dafür verwendet werden, eine Spannungsrückmeldung von dem Brennerkopfes 20 auszugeben. Zu diesem Zweck können sich die Enden 263, 264 der Führungsstangen 261, 262 durch die Isolierplatte 115 erstrecken, um leitfähige Kontaktinseln 265 auf der Leiterplatte 122 der Systemsteuereinheit 120 zu kontaktieren, um eine Spannungsrückmeldung auszugeben. Wie oben besprochen, kann die Spannungsrückmeldung von den leitfähigen Kontaktinseln 265 durch die Leiterplatte 122 zu dem Verbinder 217 geroutet werden, der die Spannungsrückmeldung zur Systemsteuereinheit 120 sendet.
Wir wenden uns den 9 und 10 zu. Um die Aktuatorbaugruppe 230 unterzubringen, enthält der Brennerkopf 20 allgemein einen Brennerkörper 270, der aus einer Vielzahl von Materialien bestehen kann, einschließlich Metall- und Keramikarten. In dem gezeigten Beispiel wird Strom direkt an den Brennerkörper 270 angelegt, weshalb der Brennerkörper 270, und damit der Brennerkörper 270, aus einem leitfähigen Material besteht, wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium oder Messing. In dem konkret gezeigten Beispiel wurde Messing verwendet. Der Brennerkörper 270 kann Führungsbohrungen 271, 272 definieren, die jeweils Führungsstangen 261, 262 aufnehmen. Des Weiteren ist eine Aktuatorbohrung 274 vorhanden, um die Leitspindelmutter 233 aufzunehmen, wie oben besprochen.
Der Brennerkörper 270 kann jede beliebige Form haben, einschließlich einer Blockformen und der gleichen. In dem gezeigten Beispiel hat der Brennerkörper 270 allgemein eine Keilform, um den radial Spielraum zu verbessern. Der Brennerkörper 270 ist auf einer ersten Seite 276 dicker, um Kühlungsverbindungen zu dem Brennerkopf 20 zu ermöglichen, was unten noch ausführlicher besprochen wird. Von der ersten Seite 276 erstreckt sich die Unterseite 278 des Brennerkörpers 270 aufwärts in Richtung der zweiten Seite 280, um die Höhe des Brennerkörpers 270 auf dieser Seite 280 zu verringern. Die ausgesparte Oberfläche, die allgemein mit 282 angedeutet ist und durch die Unterseite 278 gebildet wird, schafft Freiraum für einen Abschirmbecher, der allgemein durch die Zahl 285 angedeutet ist, und die Elektrode E, die darin montiert ist. Diese kompakte Anordnung verbessert des Weiteren den radialen Freiraum für den Brennerkopf 20.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Brennerkopfkühlungsbaugruppe, allgemein durch die Zahl 300 angedeutet, bereitgestellt. Die Brennerkopfkühlungsbaugruppe 300 enthält einen Brennerkühldurchgang 305, der innerhalb des Brennerkörpers 270 definiert ist. Der Brennerkühldurchgang 305 enthält allgemein einen Einlassdurchgang 301 und einen Auslassdurchgang 302, die an entsprechende Einlass- und Auslasskühlleitungen 307, 308 angeschlossen sind. Ein Verbindungsdurchgang 304 überbrückt den Einlassdurchgang 301 und den Auslassdurchgang 302, um eine kontinuierliche Zirkulation durch den Brennerkörper 270 zu gestatten. In dem gezeigten Beispiel wird der Durchgang 305 gebildet, indem der Einlassdurchgang 301 und der Auslassdurchgang 302 in einem aufwärts gerichteten Winkel gebohrt werden, der sich von der ersten Seite 276 her in den Brennerkörper 270 hinein erstreckt. Um den Brennerkörper 270 so kompakt wie möglich zu gestalten, können diese Durchgänge 301, 302 aufeinander ausgerichtet werden und in derselben Ebene liegen. Gleichermaßen kann ein Verbindungsdurchgang 304 durch Bohren in den Brennerkörper 270 von einer Innenfläche 277 des Brennerkörpers 270 aus entlang einer Achse parallel zur Oszillationsachse OA ausgebildet werden und innerhalb der Ebene liegen, die durch die Durchgänge 301, 302 definiert. Wie gezeigt, schneidet der Durchgang 304 die inneren Extremitäten der Durchgänge 301, 302, um eine Strömungsverbindung dazwischen herzustellen, und bildet allgemein einen U-förmigen Kühldurchgang 305. Um den Durchgang 304 einwärts des Auslassdurchgangs 302 zu schließen, kann ein Stopfen in den Abschnitt der Bohrung gesteckt werden, die sich einwärts davon erstreckt.
Wie am besten in den 12 und 13 zu sehen, können die Bohrungen, die die Einlass- und Auslassdurchgänge 301, 302 bilden, gesenkt sein, um ein Rohranschlussstück 320 aufzunehmen, an das Fluidleitungen 307, 308 angeschlossen werden. Angesichts der Nähe der Leitungen 307, 308 zum Brennerkopf 20 können Schutzkappen 311, 312 vorhanden sein, um das Rohranschlussstück 320 und die Leitungen 307, 308 an ihren Enden abzudecken. Von den Schutzkappen 311, 312 können die Fluidleitungen 307, 308 zu einer Halterung 215 und von dort zu einer geeigneten Kühlmittelversorgung zurückgeführt werden. In dem gezeigten Beispiel wird der Brennerkopf durch Wasser gekühlt.
Der gezeigte Brennerkopf 20 kann mit einer Gasabschirmungsbaugruppe versehen sein, die allgemein durch die Zahl 325 in 14 angedeutet ist. Die Gasabschirmungsbaugruppe enthält eine Gaszuleitung 326, die zu der Halterung 215 und von dort zu einer geeigneten Gaszufuhr geroutet werden kann. Die Gaszufuhr kann eine Druckgasflasche oder eine drucklose Quelle, die mit einer Pumpe verbunden ist, enthalten. Das zugeführte Gas ist allgemein ein Inertgas, wie zum Beispiel Argon. Dieses Beispiel ist nicht einschränkend, da es bekannt ist, auch andere Arten von Gas zu verwenden, um eine Abschirmung während des Schweißens bereitzustellen. Die Schutzgasbaugruppe 325 enthält des Weiteren einen Gasdurchgang, der allgemein durch die Zahl 330 angedeutet ist und innerhalb des Brennerkörpers 270 definiert wird. Der Gasdurchgang 330 schafft eine Strömungsverbindung zwischen der Gaszuleitung 326 und einem Schutzgasauslass 332, der in dem Brennerkörper 270 ausgebildet ist. Der Gasauslass 332 steht mit der Elektrodenbaugruppe 350 (17) in Strömungsverbindung. Kurz gesagt, verlässt das Schutzgas den Brennerkörper 270 am Auslass 332 und wird durch die Elektrodenbaugruppe 350 kanalisiert, um Schutzgas in Richtung der Elektrode und der Schweißzone Z zu richten. Wir kehren zu 14 zurück. Der Durchgang 30 kann jede beliebige Konfiguration haben, einschließlich der gezeigten allgemeinen L-Konfiguration. In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich ein Gaseinlassdurchgang 331 abwärts und in Richtung der ersten Seite 276 des Brennerkörpers 270. Der Gaseinlassdurchgang 331 kann bei 333 gesenkt sein, um ein Schnellkupplungs-Rohranschlussstück 335 aufzunehmen. Das beispielhafte Schnellkupplungs-Rohranschlussstück hat ein Paar kegelstumpfförmiger Ringe, die sich nach außen in Richtung des Einlassdurchgangs 331 ausdehnen, so dass die Leitung 326 auf die Schnellkupplung 335 gepresst werden kann. Der Brennerkörper 270 kann relativ zu der ersten Seite 276 bei 336 eingerückt sein, um Freiraum für die Schnellkupplung 335 und einen vertikalen Höhenjustiermechanismus zu schaffen, was unten noch ausführlicher beschrieben wird. Der Gasdurchgang 330 kann des Weiteren einen Verbindungsdurchgang 337 enthalten, der sich von dem Einlassdurchgang 331 am Brennerkörper 270 entlang einer Leitung parallel zur Achse OA erstreckt, die durch Bohren in den Brennerkörper von seiner einwärtigen Seite 277 her gebildet werden kann. Auch hier kann jeder Abschnitt der Bohrung, die den Durchgang 337 bildet, der sich über den Einlassdurchgang 331 hinaus erstreckt, mit einem Stopfen versehen werden, um diesen Durchgang gegen die Atmosphäre zu verschließen.
Wie am besten in 17 gezeigt, wird Schutzgas S vom Auslass 332 in die Elektrodenbaugruppe 350 gerichtet. Die Elektrodenbaugruppe 350 kann eine handelsübliche Elektrodenbaugruppe sein, wie zum Beispiel die Gas Saver^TM-Elektrodenbaugruppe von der Firma CK Worldwide. Im Allgemeinen enthält die Elektrodenbaugruppe 350 einen Spannringkörper 352, der einen Halsabschnitt 354 enthält, der sich aufwärts zu dem Gasauslass 332 erstreckt und eine mittige Bohrung definiert, durch die Schutzgas S erhalten wird. Der Spannringkörper 352 enthält außerdem einen mittigen Abschnitt, der allgemein mit 355 angedeutet ist, der einen scheibenförmigen Körper 356 hat, der sich radial auswärts von dem Halsabschnitt 354 erstreckt und einen mittigen Flansch 357 und einen oberen Flansch 358 enthält, die voneinander beabstandet sind, um ein Dichtungselement 360 aufzunehmen, wie zum Beispiel einen Silikon-O-Ring, wie gezeigt. Ein unterer Flansch 359 kann von dem mittigen Flansch 357 beabstandet sein, um eine ringförmige Aussparung um den Spannringkörper 355 herum zu definieren. Ein Schutzgasverteilerrohr kann innerhalb des Spannringkörpers 355 bei 362 gebildet werden und enthält hohle Gasauslässe 364, die sich radial auswärts des hohlen Innenraums 362 und in den ringförmigen Raum hinein erstrecken, der zwischen Flanschen 357 und 359 definiert wird. Ein Wolframadapter, der allgemein mit 365 angedeutet ist, kann an einem unteren Abschnitt des Spannringkörpers 355 angebracht sein und eine Diffusorplatte 366 enthalten. Die Diffusorplatte 366 kann ein Paar perforierter Wolframplatten enthalten, die ein mittig angeordnetes Sieb zwischen sich aufnehmen. Ein Pyrex^®-Abschirmbecher kann auf das Dichtungselement 360 gepresst werden und den Spannringkörper 355 und die Diffusorplatte 366 umgeben. Gas, das das Verteilerrohr 362 verlässt und durch die Diffusorplatte 366 strömt, wird durch den Abschirmbecher 285 in Richtung der Elektrode E und der Schweißzone kanalisiert.
Wir bleiben bei 17. Der Brennerkörper 270 ist so ausgebildet, dass er eine Senkbohrung 375 findet, die sich von der Oberseite 275 des Brennerkörpers 270 abwärts erstreckt. Ein Keilspannring 376 kann dafür verwendet werden, die Elektrode innerhalb der mittigen Bohrung zu halten, die in dem Spannringkörper ausgebildet ist, wo sich ein Abschnitt des Keilspannrings 376 und die Elektrode E in der Bohrung 375 aufwärts erstrecken. Der untere Abschnitt 377 der Senkbohrung 375 kann mit einem Gewinde versehen sein, um eine Kopfschraube 380 (12) darin aufzunehmen, um die Bohrung zu verschließen und die Elektrode E zu befestigen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine kompakte Drahthalterbaugruppe, allgemein durch die Zahl 400 angedeutet, in den Brennerkopf 20 eingebettet, wie am besten in den 15–20 gezeigt. Die Drahthalterbaugruppe 400 enthält allgemein eine Drahthöhenjustierungsbaugruppe, die allgemein durch die Zahl 405 angedeutet ist, und kann optional auch eine Drahtausrichtungsbaugruppe enthalten, die allgemein mit angedeutet ist.
Enthält eine Halterung 402, an der die Drahtführung 90 angebracht ist. Die vertikale Position der Drahtführung 90 kann mittels einer Höhenjustierungsbaugruppe verstellt werden, die allgemein durch die Zahl 405 angedeutet. Wie am besten in den 15 und 16 gezeigt, kann die Drahthöhenjustierungsbaugruppe 405 eine Zahnstange 406 enthalten, die durch ein Ritzel 408 betätigt wird, das auf einer Welle 410 gestützt wird, die durch ein leicht greifbares Element gedreht werden kann, wie zum Beispiel einen Spatenkopf, einen Rändelkopf oder einen Drehknauf 412, wie gezeigt, der mit einem Stift an der Welle angebracht ist und innerhalb des ausgesparten Abschnitts 336 des Brennerkörpers 270 über der Schutzgasleitung 326 angeordnet ist.
Wie am besten in 14 gezeigt, definiert der Brennerkörper einen mittigen Schlitz 415, der sich vertikal durch den Brennerkörper 270 zwischen dem Kühlungseinlassdurchgang 302 und dem Verbinder 304 erstreckt. Der Schlitz 415 ist in einer ersten Seite 276 des Brennerkörpers 270 gebildet und erstreckt sich von der ersten Seite 276 einwärts. Dieser vertikale Schlitz 415 nimmt sowohl die Zahnstange 406 als auch das Ritzel 408 auf und bringt sie innerhalb des Brennerkörpers 270 unter. Die Ritzelwelle 410 ist innerhalb einer Bohrung 420 gelagert. Die Bohrung 420 kann an ihrem auswärtigen Ende 422 gesenkt sein, um ein kreisförmiges Rad 424 aufzunehmen, das an einer nicht-kreisförmigen Ritzelwelle 410 montiert sein kann. Die Ritzelwelle 410 kann des Weiteren eine zylindrische Hülse 426 enthalten, die innerhalb des schmalen Abschnitts 421 der Bohrung 420 gelagert sein kann. Das Rad 424 hat einen größeren Durchmesser als die Hülse 426 und kann mit dem Rand 428 interagieren, der die Abschnitte 421, 422 teilt, um nach Bedarf eine axial einwärtige Bewegung der Welle 410 zu stoppen. Wie am besten in 15 zu sehen, kann das Ritzel 408 mit einer Feder an dem nicht-kreisförmigen Abschnitt der Welle 410 befestigt sein, um die Welle 410 drehbar mit dem Ritzel 408 zu verbinden. Um die Höhe der Drahtführung 90 zu fixieren, kann ein Befestigungsmittel, einschließlich beispielsweise einer Stiftklammer oder einer Stellschraube 430, wie gezeigt, verwendet werden, um die Zahnstange 406 zu arretieren. Eine Stellschraubenbohrung, die allgemein mit 435 angedeutet ist, kann vorhanden sein, die sich von der Vorderseite 279 des Brennerkörpers 270 einwärts in den Schlitz 415 erstreckt, um mit der Seitenwand 407 der Zahnstange 406 zu interagieren. Wie am besten in 16 gezeigt, kann die Stellschraube 430 eine Allen^®-Schraube sein.
Wir wenden uns 18 zu. Die Zahnstange 406 kann mit der Halterung 402 durch ein Querstück 440 verbunden sein. Das Querstück 440 hat eine ähnliche Breite wie die Zahnstange 406 und ist so konfiguriert, dass es sich innerhalb des Schlitzes 415 bewegt, um die Kompaktheit der Drahthöhenjustierungsbaugruppe 405 zu wahren. Um die Drahthöhenjustierungsbaugruppe 405 noch kompakter zu bauen, kann optional die Oberseite 442 des Querstücks 440 konkav gestaltet werden, um eine Aussparung 443 zu erhalten, in der das Ritzel 408 aufgenommen wird (20).
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Drahthalterbaugruppe 400 eine Drahtausrichtungsbaugruppe 450 enthalten, um die Position des Drahtes W noch genauer zu justieren. Die Drahtausrichtungsbaugruppe 450 kann zwischen der Halterung 402 und der Höhenjustierungsbaugruppe 405 angeordnet sein, wie gezeigt. Wie am besten in den 18 und 19 gezeigt, definiert die Halterung 402 allgemein eine Durchgangsbohrung 401, durch die die Drahtführung 90 eingeführt wird und ein Abschnitt des Drahtkanals 86 aufgenommen werden kann. Eine Klemmbaugruppe 403 kann angeordnet werden, um die Drahtführung 90 innerhalb dieser Bohrung 401 zu sichern. Obgleich die Halterung 402 durch eine solide Verbindung an der vertikalen Höhenjustierungsbaugruppe 405 angebracht werden kann, so dass keine andere Positionsjustierung der Drahtführung 90 vorgenommen werden kann als die Höhenjustierung, kann eine weitere Positionsjustierung ermöglicht werden, indem man die Halterung 402 über die Drahtausrichtungsbaugruppe 450 an der vertikalen Höhenjustierungsbaugruppe anbringt. Die Drahtausrichtungsbaugruppe 450 ist allgemein dafür ausgelegt, den Draht W auf die Elektrode E auszurichten, und kann einfach eine Drehung um eine vertikale Achse ermöglichen. Optional, wie gezeigt, erlaubt die Drahtausrichtungsbaugruppe 450 einen zusätzlichen Freiheitsgrad mittels einer Kugelzapfenbefestigung 451.
Die beispielhafte Kugelzapfenbefestigung kann eine Hülse 452 enthalten, die mit dem Querstück 440 verbunden ist. Die Hülse 452 definiert eine Pfanne 453, die eine zylindrische Bohrung 454 enthält, die an einem oberen Abschnitt gesenkt kann sein, um einen Senkabschnitt 456 mit einem größeren Radius als die Bohrung 454 zu bilden. Die Drahtausrichtungsbaugruppe enthält des Weiteren einen Kugelzapfen 460, der eine Kugel 461 mit einem Hals 462 enthält, der sich von der Kugel 461 abwärts erstreckt. Der Hals 462 kann ein Außengewinde, das schematisch bei 464 gezeigt ist, in Richtung des unteren Endes 465 des Halses 462 haben, um an Anbringen des Kugelzapfens an der Halterung 402 zu ermöglichen. Im zusammengebauten Zustand erstreckt sich der Hals 462 durch die Bohrung 454 und ist in eine Aufnahme 470 geschraubt, die in einem sich aufwärts erstreckenden Vorsprung 472 in der Halterung 402 definiert ist. Es versteht sich, dass der Kugelzapfen 460 auch auf andere Weise an der Halterung 402 angebracht werden kann, einschließlich beispielsweise mit einer Presspassung (17), Übermaßpassung, Stiftbefestigung oder Schweißen.
Wie am besten in 19 gezeigt, kann der Vorsprung 472 einen Absatz 474 aufweisen, der sich aufwärts und einwärts in einem Winkel relativ zu der Bohrung 401 erstreckt. Dieser Absatz 474 kann, wenn er an dem Hals 462 angebracht ist, an der Unterseite der Hülse 452 anliegen, um einen voreingestellten Winkel Θ zwischen der Drahtführung 90 und dem Querstück 42 zu bilden. Der Hals 462 kann, wie gezeigt, deutlich kleiner als die Bohrung 54 sein, was eine freie Bewegung der Halterung 402 durch Drehen der Kugel 461 innerhalb der durch die Hülse 452 gebildeten Pfanne 453 gestattet. Diese Positionierbarkeit enthält eine Drehung um die vertikale Achse 480, die durch den Hals 462 definiert wird; ein Neigen von einer Seite zur anderen; ein Kippen der Halterung 402 vor und zurück; und eine Kombinationen dieser Bewegungen. Diese Bewegungsfreiheit erlaubt es, den Draht W auf die Elektrode E auszurichten und so zu orientieren, dass der Schweißprozess ermöglicht wird. Sobald die gewünschte Position der Drahtführung 90 und des Drahtes W erreicht ist, kann die ausgewählte Position durch Arretieren der Kugel 461 an ihrem Platz gehalten werden. Dies kann unter Verwendung einer Stellschraube oder anderer bekannter Verfahren zum Fixieren eines Kugelzapfens geschehen. In dem gezeigten Beispiel enthält eine Arretierungsbaugruppe, die allgemein mit 485 angedeutet ist, einen Aufsatz 486, der eine konkave Aufnahme 488 definiert, in der ein oberer Abschnitt der Kugel 461 aufgenommen wird. Die Außenseite 490 des Aufsatzes 486, die die Aufnahme 488 umgibt, ist so bemessen, dass sie in den Senkabschnitt 456 der Hülse 452 passt, so dass der Aufsatz 486 nach unten bewegt werden kann, um die Kugel 461 in die Pfanne 453 zu pressen, um sie in einer ausgewählten Position zu arretieren. Es versteht sich, dass ein Aufsatz 486 auf unterschiedliche Weise nach unten bewegt werden kann, um gegen die Kugel 461 zu drücken und sie in ihrer Position zu arretieren, einschließlich eines manuellen Drückens des Aufsatzes 486 auf die Kugel 461. Alternativ können, wie gezeigt, die Außenseite 490 des Aufsatzes und die Innenfläche 492 des Senkabschnitts 456 ein Gewinde 493 enthalten, das dafür verwendet werden kann, die Höhe des Aufsatzes 486 relativ zu der Kugel 461 durch Drehen des Aufsatzes 486 zu justieren. Ein entsprechendes Innengewinde 494 kann am Senkabschnitt 456 der Hülse 452 ausgebildet werden. Zum Beispiel kann eine Drehung im Uhrzeigersinn den Aufsatz 486 abwärts bewegen, um die Kugel 461 in die Pfanne 453 zu pressen, und eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn kann den Aufsatz 486 nach oben bewegen, um die Kompressionskraft auf die Kugel 461 zu lösen. Um diese Drehung zu ermöglichen, kann ein Kopf 495 an dem Aufsatz 486 angebracht sein, der einfacher zu ergreifen sein kann als der Aufsatz 486, und der so bemessen sein kann, dass er dem Bediener eine Hebelwirkung ermöglicht. Zum Beispiel kann der Kopf einen Spatenkopf, einen Rändelkopf, einen Flügelkopf oder einen Drehknauf enthalten. Der Kopf 495 kann an dem Aufsatz 486 angebracht sein, oder der Aufsatz 486 und der Kopf 495 können, wie gezeigt, als ein integrales Teil ausgebildet werden.
Wie am besten in 21 zu sehen, kann die Drahthalterbaugruppe 400 allgemein in derselben Ebene wie die Elektrode E angeordnet sein, um den Draht W global auf die Elektrode E auszurichten. Die Drahthalterbaugruppe 400 kann dann eine zusätzliche Feinabstimmung der Drahtposition erlauben, um die Leistung des Brennerkopfes 20 zu optimieren. Wie besprochen, ist die Drahthalterbaugruppe 400 zu einem großen Teil innerhalb des Körpers 270 des Brennerkopfes 20 aufgenommen und ist so positioniert, dass die Halterung 402 zwischen den Brennerkopf-Einlass- und -Auslasskühlleitungen 307, 308 gehalten wird. Durch Aufnehmen eines Abschnitts der Halterung 402 und Abwärtswinkeln der Drahtführung 90 wird ein größerer radialer Freiraum neben der Elektrode E geschaffen. Die Klemmbaugruppe 403 steht von den Kühlleitungen 307, 308 hervor, um dem Bediener den Zugang zur Klemmbaugruppe 403 zu erleichtern und ihm das Justieren des Herausstehens der Drahtführung 90 nach Bedarf zu gestatten. Wie oben beschrieben, kann die Drahthöhenjustierungsbaugruppe 405 dafür verwendet werden, den Draht W vertikal zu bewegen. Sobald eine ausgewählte vertikale Position erreicht ist, kann die Höhenjustierungsbaugruppe 405 in ihrer Position durch eine Drahthöhenarretierungsbaugruppe arretiert werden, wie zum Beispiel einer Stellschraube 430, die die Zahnstange 406 gegen eine Wand des mittigen Schlitzes 415 hält. Gleichermaßen kann mittels der Kugelzapfenverbindung, die durch die Hülse 452 und die Kugel 461 bereitgestellt wird, eine zusätzliche Justierung der Drahtposition mit der Drahtausrichtungsbaugruppe 450 vorgenommen werden, einschließlich Drehen um eine vertikale Achse, Neigen um eine Querachse, Neigen um eine Längsachse, und Kombinationen davon. Sobald mittels einer Drahtausrichtungsbaugruppe 450 eine ausgewählte Position erreicht ist, kann diese Position durch eine Arretierungsbaugruppe, wie zum Beispiel einen Aufsatz 486, gehalten werden, die auf die Kugel 461 herab festgezogen wird, um die Kugel 461 in die Hülse 452 hinein zusammenzudrücken. Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Drahtpositionierungsschritte in jeder beliebigen Reihenfolge ausgeführt oder weggelassen werden können und nur eines von vielen Verfahren zur Verwendung der beschriebenen Drahthalterbaugruppe 400 sind.
Insgesamt kann der Betrieb des Schweißsystems 10 die Positionierung eines Werkstücks WP innerhalb der Öffnung 35 und die Energiebeaufschlagung des Systems 10 in einer solchen Weise enthalten, dass der Brennerkopf 20 seitlich und vertikal bewegt wird, um die Elektrode E auf die Fuge zwischen den zu schweißenden Teilen des Werkstücks auszurichten. Die Systemsteuereinheit 120 kann dafür programmiert werden, eine Schweißnaht an der Fuge zu ziehen, während eine relative Drehung zwischen dem Werkstück WP und der Elektrode ausgeführt wird. Dies kann ein seitliches Bewegen des Brennerkopfes 20 auf der Führungsbaugruppe 260 durch Betätigen der Aktuatorbaugruppe 230 enthalten. Justierungen der Höhen- und Seitenposition der Elektrode können automatisch durch Rückmeldung vom Brennerkopf 20 und anderen Sensoren und/oder durch manuelle Justierungen durch den Bediener vorgenommen werden. Zum Beispiel kann eine Spannungsrückmeldung vom Brennerkopf 20 durch die Systemsteuereinheit verwendet werden, um den Brennerhöhenmotor 112 anzusteuern, um den Schweißkopf durch Bewegen der Montagehalterung relativ zu dem Rahmen 25 anzuheben oder abzusenken. Eine ähnliche Rückmeldung kann dafür verwendet werden, die Drahtzufuhrgeschwindigkeit, die Geschwindigkeit der Drehung zwischen dem Brennerkopf und dem Werkstück WP, die laterale Brennerkopfgeschwindigkeit, die Hublänge und andere Schweißsystemparameter zu justieren. Die Systemsteuereinheit 120 kann auch manuelle Eingaben entgegennehmen, um diese Parameter zu justieren. Zum Beispiel kann der Bediener den Brennerkopf 20 lenken, indem er manuelle Justierungen während der Oszillation (der lateralen Bewegung) des Brennerkopfes 20 vornimmt. Die Systemsteuereinheit 120 sieht die Schweißfuge praktisch als die Mitte der Oszillationsbewegung, und die manuelle Eingabe vom Benutzer kann dafür verwendet werden, um diesen Mittelpunkt zuzurückzusetzen, wodurch die Oszillation effektiv nach links oder rechts vom ursprünglichen Mittelpunktwert gesteuert wird.
Des Weiteren kann eine manuelle Justierung der Drahtposition während der Einrichtung des Brennerkopfes 20 unter Verwendung der Drahthalterbaugruppe 400 vorgenommen werden, wie oben besprochen. Die Drahthalterbaugruppe 400 ist innerhalb des Körpers 270 des Brennerkopfes 20 untergebracht, um den radialen Freiraum für das Werkstück WP zu maximieren. Der Körper 270 des Brennerkopfes 20 kann einen Keilform haben, die sich von der Seite 276 des Körpers 270 her, die die Drahthalterbaugruppe 400 und die Brennerkopfkühlungsbaugruppe 300 aufnimmt, aufwärts und einwärts verjüngt, um einen ausgesparten Bereich 280 zu definieren, in dem die Elektrodenbaugruppe 350 und der Abschirmbecher 285 aufgenommen werden, um den radialen Freiraum für das Werkstück WP zusätzlich zu maximieren.
Beim Betrieb des Schweißsystems 10 entsteht Wärme am Brennerkopf 20, wie auch durch den Betrieb der Motoren 112, 140, die zum Positionieren des Brennerkopfes 20 verwendet werden. Das Schweißsystem 10 kann Kühlmittel über eine Motorgehäusekühlungsbaugruppe 175 und eine Brennerkopfkühlungsbaugruppe 300 zuführen. Diese Baugruppen können durch die Systemsteuereinheit 120 gesteuert oder manuell aktiviert werden oder können kontinuierlich arbeiten, wenn das System 10 eingeschaltet wird.
Obgleich Betriebsprinzipien und -modi mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen erläutert und veranschaulicht wurden, versteht es sich, dass diese auch auf andere Weise praktiziert werden können, als ausdrücklich erläutert und veranschaulicht wurde, ohne von ihrem Wesen oder Schutzumfang abzuweichen.
Das oben Beschriebene enthält Beispiele der vorliegenden Innovation. Es ist natürlich nicht möglich, jede denkbare Kombination von Komponenten oder Methodologien zum Zwecke des Beschreibens des beanspruchten Gegenstandes zu beschreiben. Doch der Durchschnittsfachmann erkennt, dass viele weitere Kombinationen und Abwandlungen der hier besprochenen Innovation möglich sind. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand alle derartigen Abänderungen, Modifizierungen und Varianten umfasst, die unter das Wesen und den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.
Im vorliegenden Text sind konkrete Ausführungsformen einer Innovation offenbart. Der Durchschnittsfachmann erkennt ohne Weiteres, dass die Innovation auch andere Anwendungen in anderen Umgebungen haben kann. Es sind praktisch viele Ausführungsformen und Implementierungen möglich. Die folgenden Ansprüche sollen in keiner Weise den Schutzumfang der vorliegenden Innovation auf die oben beschriebenen konkreten Ausführungsformen beschränken. Außerdem soll jeder Verweis auf „ein Mittel zum” als eine Mittel-plus-Funktion eines Elements und eines Anspruchs verstanden werden, während alle Elemente, die nicht ausdrücklich die Formulierung „ein Mittel zum” verwenden, nicht als Mittel-plus-Funktion-Elementen gedacht sind, selbst wenn der Anspruch ansonsten das „Mittel” enthält.
Obgleich die vorliegende Innovation mit Bezug auf eine oder mehrere konkrete bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich, dass dem Fachmann beim Lesen und Verstehen dieser Spezifikation und der angehängten Zeichnungen äquivalente Änderungen und Modifikationen einfallen. Speziell in Bezug auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Elemente (Gehäuse, Seiten, Komponenten, Baugruppen usw.) ausgeführt werden, ist es beabsichtigt, dass – sofern nicht etwas anderes angegeben ist – die Begriffe (einschließlich der Verwendung des Begriffes „Mittel”), die dafür verwendet werden, solche Elemente zu beschreiben, jeglichen Elementen entsprechen, die die spezifizierte Funktion des beschriebenen Elements (das beispielsweise funktional äquivalent ist) ausführen, selbst wenn sie der offenbarten Struktur, welche die Funktion in der oder den im vorliegenden Text veranschaulichten beispielhaften Ausführungsformen der Innovation ausführt, nicht strukturell äquivalent ist. Des Weiteren kann, auch wenn ein bestimmtes Merkmal der Innovation oben mit Bezug auf nur eine oder mehrere von verschiedenen veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben wurde, ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, so wie es für eine gegebene oder bestimmte Anwendung gewünscht wird und vorteilhaft ist. Obgleich konkrete Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, versteht es sich, dass dem Fachmann beim Lesen und Verstehen dieser Spezifikation Äquivalente und Modifizierungen, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen, einfallen.
Des Weiteren kann, auch wenn ein bestimmtes Merkmal der vorliegenden Innovation mit Bezug auf nur eine von verschiedenen Implementierungen offenbart wurde, ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, so wie es für eine gegebene oder bestimmte Anwendung gewünscht wird und vorteilhaft ist. Insofern die Begriffe „einschließlich”, „enthält”, „aufweist”, „hat”, „mit” oder Varianten davon in der detaillierten Beschreibung und/oder in den Ansprüchen verwendet werden, ist es des Weiteren beabsichtigt, dass diese Begriffe in einer Weise ähnlich dem Begriff „umfassen” als einem offenen Übergangswort inkludierend sind, ohne dass weitere oder andere Elemente ausgeschlossen sind.
Bezugszeichenliste

10: Schweißsystem
19: Gehäuse
20: Schweißbrennerkopf
25: C-förmiger Rahmen
26: Grundplatte
31: erster Arm
32: zweiter Arm
33: Querstück
35: Öffnung
37: Extremitäten
40: Mündung
45: Brennerhöhenpositionierungsbaugruppe
46: Schienen
48: Endanschlag
49: Endanschlag
50: Zahnstange
51: Zahnradzähne/erster Arm
52: zweiter Arm
55: Montageplatte
56: Aufnahmen
58: Hinterseite
60: Gleitblöcke
61: erster Gleitblock
62: zweiter Gleitblock
63: ausgesparter Kanal
65: Spalt
66: Einrückung
67: Teiler
67A: erste Teilersektion
67B: zweite Teilersektion
68: Öffnung
70: Ritzel
71: Vorderseite
80: Drahtzufuhrbaugruppe
82: Rolle
85: Drahtzuführvorrichtung
86: Leitung
88: Schritt
90: Drahtführung
100: Antriebsbaugruppe
110: Schweißbrennerhöhenantriebsbaugruppe
112: Schweißbrennerhöhenmotor
114: Kugellager
115: isolierende Platte
120: Systemsteuereinheit
122: Leiterplatte
125: Antriebsblock
126: Innenfläche
127: Antriebsaufnahme
128: Empfänger
129: Potentiometeraufnahme
130: Befestigungsmittelaufnahme
131: erster Abschnitt
132: Abschnitt mit größerem Durchmesser
135: Befestigungsmittel
140: Oszillationsmotor
141: Motorantriebswelle
150: Potentiometer
153: Potentiometerwelle
155: Abdeckung
156: Verbindungsmittel
157: Ausnehmung
158: einwärtiges Ende
160: Montageplatte
161: Spannung
162: Riemenspanner
164: Mitläuferrad
165: Nabe
166: Befestigungsmittel
167: Geschlitzte Öffnung
170: Kühlmitteldurchgänge
171: erster Kühlmitteldurchgang
172: zweiter Kühlmitteldurchgang
174: durch maschinelle Bearbeitung hergestellte Aussparung
175: Kühlungsbaugruppe
176: Kappe
177: Zuleitung
178: Rücklaufleitung
180: Verbinder
181: erster Verbindung
182: zweiter Verbindung
183: ringförmige Aussparung
184: Dichtungselement
185: Aufnahme
186: Verbindergehäuse
187: Abgriff
188: Abgriff
189: eine Seite
190: zweiter Verbinder
191: Gehäuse
193: Rohranschlussstück
194: Rohranschlussstück
195: Klemmbaugruppe
196: Klemmhälfte
197: Klemmhälfte
199: Befestigungsmittel
200: Kühlmittelbaugruppeaufnahme
201: Aussparung
202: Kühlmittelleitungsaussparung
204: Öffnung
205: Absatz
206: Oberseite
207: Klemmabsatz
208: Kühlmittelleitung
210: aufragende Führung
212: Aussparung
213: Aussparung
214: Aussparung
215: Leitungshalterung
216: Verbinder
217: Verbinder
218: Verbinder
225: Oszillatorantriebsbaugruppe
230: Aktuator
231: Schraubenaktuator
232: Leitspindelmutter
233: Bohrung/Leitspindelmutter
235: geeignetes Lager
236: Kugellagerzapfen
237: Bohrung
240: Antriebskupplung
241: erstes Ritzel
242: zweites Ritzel
243: drittes Ritzel
245: Zahnriemen
250: Montageplatte
251: Innenfläche
252: Aufnahme
254: Ausnehmung
260: Schweißbrennerführungsbaugruppe
261: erste Führungsstange
262: zweite Führungsstange
263: Ende
264: Ende
265: Leitfähige Kontaktinseln
270: Schweißbrennerkörper
271: Führungsbohrung
272: Führungsbohrung
274: Aktuatorbohrung
275: Oberseite
276: erste Seite
278: Unterseite
279: Vorderfläche
280: zweite Seite
282: ausgesparter Bereich
285: Abschirmbecher
300: Schweißbrennerkopfkühlungsbaugruppe
301: Einlassdurchgang
302: Auslassdurchgang
304: Verbindungsdurchgang
305: Schweißbrennerkühldurchgang
307: Kühlmittelleitung
308: Auslasskühlleitung
311: Schutzkappe
312: Schutzkappe
320: Rohranschlussstück
325: Gasabschirmungsbaugruppe
326: Gaszuleitung
330: Gasdurchgang
331: Einlassdurchgang
332: Schutzgasauslass
333: Senkbohrung
335: Rohranschlussstück
336: ausgesparter Abschnitt
337: Verbindungsdurchgang
350: Elektrodenbaugruppe
352: Spannringkörper
354: Halsabschnitt
355: Mittelabschnitt
356: scheibenartiger Körper
357: mittiger Flansch
358: oberer Flansch
359: unterer Flansch
360: Dichtungselement
362: hohler Innenraum
364: Gasauslässe
365: Schritt
366: Diffusorplatte
375: Senkbohrung
376: Keilspannring
377: unterer Abschnitt
380: Kopfschraube
400: Drahthalter
401: Bohrung
402: Halterung
403: Klemmbaugruppe
405: Drahthöhenjustierung
406: Zahnstange
407: Seitenwand
408: Ritzel
410: Welle
412: Knauf
415: mittiger Schlitz
420: Bohrung
421: schmaler Abschnitt
422: auswärtiges Ende
424: kreisförmiges Rad
426: zylindrische Hülse
428: Rand
430: Schraube
435: Schraubenbohrung
440: Querstück
442: Oberseite
443: Aussparung
450: Drahtausrichtungsbaugruppe
451: Befestigungspfanne
452: Hülse
453: Buchse
454: zylindrische Bohrung
456: gesenkter Abschnitt
460: Kugelzapfen
461: Kugel
462: Hals
464: Außengewinde
465: unteres Ende
470: Aufnahme
472: hervorstehender Vorsprung
474: Absatz
480: vertikale Achse
485: Arretierbaugruppe
486: Aufsatz
488: konkave Aufnahme
490: Außenfläche
492: Innenfläche
493: Gewindegänge
494: Innengewinde
495: Kopf
E: Elektrode
OA: Oszillationsachse
S: Schutzgas
W: Draht
WP: Werkstück
Z: Schweißzone

Claims

Schweißbrennerkopf (20) in einem Schweißsystem (10) zum Auftragen einer Schweißnaht auf ein Werkstück (WP), wobei der Schweißbrennerkopf (20) Folgendes umfasst: einen Schweißbrennerkopfkörper (270), der eine erste Seite (276), eine zweite Seite (280), eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, wobei der Schweißbrennerkopfkörper (270) des Weiteren eine Unterseite (278) und eine Oberseite (275) enthält, die einen massiven Körper bilden; wobei der Schweißbrennerkörper (270) einen Schlitz definiert, die sich von der Unterseite (278) zur Oberseite (275) auf der ersten Seite erstreckt; eine Elektrodenbaugruppe, die eine Elektrode (E) enthält, die an dem Schweißbrennerkopfkörper (270) montiert ist, wobei sich die Elektrode (E) relativ zur Unterseite (278) des Schweißbrennerkopfkörpers (270) abwärts erstreckt; eine Drahtjustierungsbaugruppe (450), die eine Halterung (402) enthält, die eine Drahtführung (90) stützt, der einen Draht (W) von einer Drahtzufuhr empfängt; wobei die Halterung (402) an einer Zahnstange (406) und einem Ritzel angebracht ist, das in dem Schlitz gestützt wird, wobei die Zahnstange (406) einwärts des Ritzels angeordnet ist und in dem Schlitz gleiten kann, wobei das Ritzel in dem Schlitz drehbar ist und mit der Zahnstange (406) im Eingriff steht, um die Halterung (402) bei Rotation des Ritzels vertikal zu bewegen, um die vertikale Position des Drahtes (W) zu justieren.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 1, wobei die Halterung (402) mit der Zahnstange (406) durch ein Querstück verbunden ist, das mindestens zum Teil in dem Schlitz enthalten ist und sich auswärts von der Zahnstange unter dem Ritzel erstreckt, wobei das Querelement eine konkave Oberseite aufweist, die eine Aussparung (443) definiert, die dafür ausgelegt ist, mindestens einen Abschnitt des Ritzels darin aufzunehmen.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 2, wobei das Querstück eine Kugelzapfenbaugruppe enthält, die eine Hülse (452) enthält, die an dem Querelement außerhalb des Schlitzes und neben dem Körper gestützt wird, wobei die Hülse (452) eine Pfanne (453) definiert; und einen Kugelzapfen (460) enthält, der eine Kugel (461) enthält, die in der Pfanne (453) aufgenommen ist, wobei die Kugel einen Hals aufweist, der sich abwärts durch die Pfanne erstreckt, wobei die Halterung (402) an dem Hals (462) des Kugelzapfens (460) angebracht ist.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 3, der des Weiteren eine Arretierbaugruppe umfasst, die einen Aufsatz (486) enthält, der dafür ausgelegt ist, die Kugel (461) in der Pfanne (453) gezielt zusammenzudrücken, um die Kugel (461) in einer ausgewählten Position zu arretieren.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 4, wobei die Arretierbaugruppe ein Innengewinde enthält, das in der Pfanne (453) in einem oberen Abschnitt davon ausgebildet ist, und ein Außengewinde enthält, das an einem unteren Abschnitt des Aufsatzes (486) getragen wird und mit dem Innengewinde in Eingriff gebracht werden kann, wobei der Aufsatz (486) gezielt gedreht werden kann, um die Kugel (461) in der Pfanne zusammenzudrücken.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 4 oder 5, der des Weiteren einen Knauf (495) umfasst, der sich von dem Aufsatz (486) nach oben erstreckt.
Schweißbrennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der des Weiteren ein Befestigungsmittel umfasst, das an dem Körper (270) gestützt wird und mit der Zahnstange in Eingriff gebracht werden kann, um eine ausgewählte vertikale Position des Drahtes (W) zu halten.
Schweißbrennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der des Weiteren eine Schweißbrennerkopfkühlbaugruppe (300) umfasst, wobei die Schweißbrennerkopfkühlbaugruppe einen Kühldurchgang enthält, der in dem Schweißbrennerkopf (20) ausgebildet ist und mit einer Zufuhr von Kühlmittel, insbesondere Wasser, in Strömungsverbindung steht.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 8, wobei der Kühldurchgang einen Kühleinlass und einen Kühlauslass enthält, wobei der Kühleinlass und der Kühlauslass auf gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes ausgebildet sind und durch einen Verbindungsdurchgang (304) verbunden sind.
Schweißbrennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schweißbrennerkörper (270) aus Messing besteht und Strom an den Schweißbrennerkörper (270) angelegt wird, um die Elektrode (E) zu betreiben.
Schweißbrennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schweißbrennerkörper (270) an einem Linearaktuator gestützt wird, der eine Achse aufweist, die senkrecht zu der Elektrode (E) verläuft, wobei der Linearaktuator dafür ausgelegt ist, den Schweißbrennerkopf (20) gezielt anzutreiben, um die Elektrode (E) seitlich relativ zu dem Werkstück (WP) zu bewegen.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 11, wobei der Linearaktuator ein Paar Führungsstangen (261, 262) enthält, wobei der Schweißbrennerkörper (270) ein Paar Führungsbohrungen definiert, die gleitfähig einen Abschnitt der Führungsstangen darin aufnehmen.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Linearaktuator eine Schraube, insbesondere eine Leitspindel, enthält, die ein Außengewinde aufweist, und wobei der Schweißbrennerkörper (270) eine Aktuatorbohrung (274) definiert, die dafür ausgelegt ist, die Schraube in einem Schraubeingriff aufzunehmen, wobei sich die Aktuatorbohrung in den Körper (270) von seiner Innenfläche her hinein erstreckt, wobei die Schraube gezielt gedreht wird, um den Schweißbrennerkörper (270) seitlich an dem Außengewinde zu bewegen.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 13, wobei der Aktuator eine Schraubenmutter enthält, die ein Innengewinde definiert, das dem Außengewinde der Schraube entspricht, wobei die Schraubenmutter in der Aktuatorbohrung (274) aufgenommen ist.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 13 oder 14, der des Weiteren eine Antriebsbaugruppe umfasst, die einen Oszillatormotor (140) enthält, der mit der Schraube verbunden ist, um die Schraube gezielt zu drehen.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 15, wobei die Antriebsbaugruppe ein erstes Ritzel auf einer Antriebswelle des Oszillatormotors (140) enthält und ein zweites Ritzel an der Schraube angebracht ist, wobei das erste Ritzel und das zweite Ritzel über einen Riemen verbunden sind.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 16, der des Weiteren ein drittes Ritzel umfasst, das mit dem Riemen verbunden ist, wobei eine Drehung des ersten Ritzels durch den Oszillatormotor (140) eine Drehung des zweiten und des dritten Ritzels veranlasst; und ein Positionssensor, der an dem dritten Ritzel angebracht ist, wobei der Positionssensor bevorzugt ein Potentiometer ist.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 16 oder 17, der des Weiteren einen Riemenspanner umfasst, der ein Mitläuferrad enthält, das zwischen dem ersten Ritzel und dem zweiten Ritzel montiert ist; wobei das Mitläuferrad gezielt bewegt werden kann, um die Spannung an dem Riemen zwischen dem ersten Ritzel und dem zweiten Ritzel zu justieren.
Schweißbrennerkopf nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Oszillatormotor (140) innerhalb eines Antriebsblocks untergebracht ist, wobei der Antriebsblock einen Antriebskühldurchgang definiert, der einen Einlass und einen Auslass enthält, die in Strömungsverbindung mit einer Kühlmittelversorgung stehen, wobei das Kühlmittel durch den Durchgang zirkuliert wird, um Wärme von dem Antriebsblock abzuführen.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 19, wobei der Kühlmitteldurchgang ein Paar paralleler Durchgänge enthält, die in dem Block definiert sind und durch eine Aussparung an einer äußeren Extremität des Blocks verbunden sind, wobei die Antriebskühlbaugruppe des Weiteren eine Kappe enthält, die in die Aussparung eingesetzt werden kann, um die Aussparung neben der Verbindung der Durchgänge abzudichten.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 20, wobei die Antriebskühlbaugruppe des Weiteren eine Zuleitung (177) und eine Rücklaufleitung (178) enthält, die mit einem ersten Verbinder (181) und einem zweiten Verbinder (182) in Strömungsverbindung stehen; wobei der erste Verbinder (181) in den Einlassdurchgang eingeführt ist und der zweiter Verbinder (182) in den zweiten Durchgang eingeführt ist, wobei beide Verbinder (181, 182) in abdichtender Weise in dem Einlass- und dem Auslassdurchgang aufgenommen sind.
Schweißbrennerkopf nach Anspruch 21, der des Weiteren eine Grundplatte (26) umfasst, die aus einem isolierenden Material besteht, und eine Montageplatte (55) umfasst, wobei der Schweißbrennerkopf und die Antriebsbaugruppe an der Grundplatte (26) gestützt werden, und wobei die Grundplatte (26) an der Montageplatte (55) angebracht ist; wobei eine Aufnahme in der Grundplatte (26) und/oder in der Montageplatte (55) ausgebildet und dafür konfiguriert ist, den ersten Verbinder, die Zuleitung und die Rücklaufleitung in der Grundplatte (26) und/oder in der Montageplatte (55) zu umschließen, wobei das isolierende Material bevorzugt ein Phenolmaterial ist.
Schweißbrennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei sich die erste Seite (276) von der Oberseite um eine größere Erstreckung abwärts erstreckt als die zweite Seite (280), und wobei die Unterseite (278) des Schweißbrennerkörpers (270) von der ersten Seite (276) zur zweiten Seite (280) in einem Bogen aufwärts verläuft, der einen ausgesparten Bereich zur ersten Seite (276) hin definiert, wobei die Elektrodenbaugruppe in dem ausgesparten Bereich aufgenommen ist.
Orbitalschweißsystem zum Schweißen eines Werkstücks (WP), wobei das System Folgendes umfasst: einen Schweißbrennerkopf (20), insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, der eine Elektrodenbaugruppe trägt, die eine Elektrode (E) aufweist, die sich entlang einer Schweißbrennerhöhenachse in Richtung des Werkstücks (WP) erstreckt, wobei der Schweißbrennerkopf (20) eine Aktuatorbohrung definiert; eine Schweißbrennerkopfplatte; eine Schweißbrennerkopfantriebsbaugruppe (110), die an der Schweißbrennerkopfplatte gestützt wird, wobei die Schweißbrennerkopfantriebsbaugruppe (110) einen Schraubenaktuator enthält, der drehbar an der Schweißbrennerkopfplatte gestützt wird und sich von dort axial auswärts erstreckt, und einen Motor enthält, der mit dem Schraubenaktuator wirkverbunden ist; wobei der Schraubenaktuator in der Aktuatorbohrung aufgenommen ist und mit dem Schweißbrennerkopf (20) im Schraubeingriff steht, um den Schweißbrennerkopf (20) bei Drehung des Schraubenaktuators gezielt senkrecht zur Schweißbrennerhöhenachse zu bewegen.
Orbitalschweißsystem nach Anspruch 24, das des Weiteren ein erstes Führungselement umfasst, das an der Schweißbrennerkopfplatte gestützt wird; wobei der Schweißbrennerkopf eine Führungsbohrung definiert, und wobei sich das Führungselement von der Schweißbrennerkopfplatte auswärts erstreckt und verschiebbar in der Führungsbohrung aufgenommen ist.
Orbitalschweißsystem nach Anspruch 25, das des Weiteren eine zweite Führungsbohrung umfasst, die in dem Schweißbrennerkopf ausgebildet ist, wobei die zweite Führungsbohrung parallel zu der ersten Führungsbohrung verläuft, und wobei die erste und die zweite Führungsbohrung über der Aktuatorbohrung angeordnet sind; und ein zweites Führungselement, das an der Schweißbrennerkopfplatte gestützt wird und sich parallel zu dem ersten Führungselement erstreckt, wobei das zweite Führungselement in der zweiten Führungsbohrung aufgenommen ist.
Orbitalschweißsystem nach Anspruch 26, das des Weiteren eine Systemsteuereinheit umfasst, die elektrisch mit dem ersten Führungselement und dem zweiten Führungselement verbunden ist, wobei das erste Führungselement, das zweite Führungselement und der Schweißbrennerkopf (20) aus einem leitfähigen Material bestehen.
Orbitalschweißsystem nach Anspruch 26 oder 27, wobei der Schweißbrennerkopf (20) aus Messing besteht, und wobei das erste Führungselement und das zweite Führungselement aus Edelstahl bestehen.
Orbitalschweißsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei die Antriebsbaugruppe ein erstes Ritzel enthält, das drehbar an dem Motor angebracht ist, ein zweites Ritzel enthält, das drehbar an dem Schraubenaktuator angebracht ist, und einen Riemen enthält, der das erste Ritzel mit dem zweiten Ritzel verbindet.
Orbitalschweißsystem nach Anspruch 29, das des Weiteren eine Montageplatte umfasst, die an der Schweißbrennerkopfplatte auf einer Innenseite der Schweißbrennerkopfplatte angebracht werden kann; wobei der Schweißbrennerkopf (20) und der Motor neben einer Außenseite der Schweißbrennerkopfplatte angeordnet sind und das erste Ritzel, das zweite Ritzel und der Riemen auf der Innenseite der Platte angeordnet sind; und wobei die Montageplatte und/oder die Schweißbrennerkopfplatte eine Aufnahme definieren, die dafür konfiguriert ist, das erste Ritzel, das zweite Ritzel und den Riemen zu umschließen.
Orbitalschweißsystem nach Anspruch 29 oder 30, das des Weiteren ein drittes Ritzel umfasst, das drehbar mit dem Antriebsmotor und dem Aktuator durch den Riemen gekoppelt ist, und einen Positionssensor umfasst, der mit dem dritten Ritzel gekoppelt ist; wobei der Positionssensor bevorzugt ein Potentiometer ist.
Orbitalschweißsystem nach einem der Ansprüche 29 bis 31, das des Weiteren einen Riemenspanner umfasst, der zwischen dem ersten Ritzel und dem zweiten Ritzel montiert ist, wobei der Riemenspanner ein Mitläuferrad enthält, das an der Schweißbrennerkopfplatte gestützt wird und mit dem Riemen in Eingriff gebracht werden kann, wobei der Spanner gezielt bewegt werden kann, um eine Spannung an dem Riemen zu justieren.
Orbitalschweißsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 32, wobei der Schweißbrennerkopf (20) einen Kühlmitteldurchgang definiert, der mit einer Kühlmittelzufuhr in Strömungsverbindung steht.
Orbitalschweißsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 33, das des Weiteren ein Antriebsgehäuse umfasst, das einen Antriebsblock enthält, der an der Schweißbrennerkopfplatte angebracht ist und die Antriebsbaugruppe umschließt; und eine Antriebsgehäusekühlbaugruppe umfasst, die einen Kühldurchgang enthält, der in dem Antriebsblock definiert ist und mit einer Kühlmittelzufuhr in Strömungsverbindung steht.
Orbitalschweißsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 32, das des Weiteren Folgendes umfasst: eine Schweißbrennerhöhenjustierbaugruppe, die mit der Schweißbrennerkopfplatte wirkverbunden ist, wobei die Schweißbrennerhöhenbaugruppe einen Rahmen enthält, wobei die Schweißbrennerkopfplatte und der Rahmen relativ zueinander verschiebbar sind; eine Zahnstange, die an dem Rahmen oder an der Schweißbrennerkopfplatte gestützt wird, wobei sich die Zahnstange entlang einer Achse parallel zur Schweißbrennerhöhenachse erstreckt; und einen Schweißbrennerhöhenmotor, der dafür ausgelegt ist, ein Ritzel zu drehen, das mit der Zahnstange in Eingriff gebracht werden kann, um die Elektrode (E) gezielt entlang der Schweißbrennerhöhenachse zu bewegen.