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Diese Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlung der, und beansprucht die Priorität der, US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/610,724, eingereicht am 02. November 2009, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Schweißdrahtzuführvorrichtungen, und betrifft insbesondere Schweißdrahtzuführvorrichtungen mit elektrisch isolierten Komponenten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Drahtzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, ein Schub-Zug-Antriebssystem nach Anspruch 7 und ein Spulenpistolen-Antriebssystem nach Anspruch 9.
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Technischer Hintergrund
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Drahtzufuhrvorrichtungen, so wie jene, die in Lichtbogenschweißanwendungen verwendet werden, transportieren Draht von einer kontinuierlichen Zufuhrquelle zu einem Schweißbrenner. In vielen Fällen wird der Draht von einer Rolle oder Trommel mit einer Rate abgerollt, die durch die Betriebsparameter der Stromquelle bestimmt wird. Dementsprechend enthält die Drahtzufuhrvorrichtung einen Antriebsmotor, der den Draht mit verschiedenen Zufuhrraten zuführt. In der Regel werden Quetschrollen verwendet, um dem Draht zu ergreifen und in Richtung des Werkstücks zu schieben oder in einigen Fällen zu ziehen. Um einen störungsfreien Betrieb zu unterstützen, können Lager eingebaut werden, dank derer sich die Quetschrollen mit weniger Reibung drehen können.
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Es ist jedoch bekannt, dass die Verwendung von Aluminium als Schweißdraht zunimmt, weil es ein geringes Gewicht hat und korrosionsbeständig ist. Jedoch können mit Aluminium eine Reihe echter Herausforderungen einhergehen. Die Ausrüstung muss speziell auf die Handhabung des weicheren Aluminiumdrahtes abgestimmt werden, und Maschineneinstellungen, die gut für Stahldraht funktionieren, sind möglicherweise unzweckmäßig. Aluminiumdraht kann in der Tat leicht durch Ausrüstung beschädigt werden, die für Stahldraht eingerichtet ist.
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Eine der empfohlenen Änderungen ist die Verwendung einer Nylon- oder Teflon®-Auskleidung zum Verringern von Reibung und Drahtabschabung. Es wird auch empfohlen, anstatt einer herkömmlicheren V-Nut eine U-Nut in die Antriebsrollen einzuarbeiten, so dass es keine scharfen Kanten gibt, an denen der Aluminiumdraht abgeschabt werden könnte. Außerdem sollte die Zugspannung an der Antriebsrolle im Vergleich zu typischen Stahleinstellungen verringert werden, um zu verhindern, dass der Aluminiumdraht während des Zuführens gequetscht wird. Da sich Aluminium bei Erwärmung stärker ausdehnt als Stahl, ist das korrekt bemessene Loch in der Kontaktspitze für Aluminium größer als für Stahl. Die Bremsspannung an der Drahtspindel sollte lockerer eingestellt werden, als sie normalerweise für Stahl eingestellt werden würde, so dass weniger Kraft benötigt wird, um den Draht von der Spule zu ziehen.
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Weil die Knickfestigkeit von Aluminium viel geringer als die von Stahl ist, erfordert das Zuführen von Aluminiumdraht oft spezielle Zuführmechanismen. Eine Möglichkeit, das Zuführen von Aluminiumdraht zu unterstützen, ist die Verwendung eines „Schub-Zug”-Systems, das mit zwei Motoren arbeitet: einem Hilfsmotor, der die Elektrode von der Zufuhrvorrichtung schiebt, und einem Primärmotor, der sich in der Pistole befindet und die Elektrode zieht. Diese Art von System bietet ein überragendes Zuführverhalten einer Spulenpistole mit vielen der Vorteile eines kompakten Schubsystems. Ein Schub-Zug-System ermöglicht das gleichmäßigste Zuführen und kann größere Drahtspulen aufnehmen. Die Pistole kann über große Entfernungen von der Stromquelle gezogen werden, erfordert keine teuren 1 lb.-Spulen des Spulenpistolenverfahrens und hat eine komfortable, ergonomische Pistole, die in engere Stellen passt.
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Beschreibung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die oben angesprochen Nachteile zu überwinden und Anordnungen zum Verbessern der Drahtzufuhr bereitzustellen. Dieses Problem wird durch eine Drahtzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, durch ein Schub-Zug-Antriebssystem nach Anspruch 7 und durch ein Spulenpistolen-Antriebssystem nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Schub-Zug-Drahtzufuhrvorrichtung mit einem Drahtzufuhrvorrichtungsgehäuse, das eine oder mehrere Antriebsrollen umschließt, die in Bezug auf das Drahtzufuhrvorrichtungsgehäuse drehbar verbunden sind, um Schweißdraht in Eingriff zu nehmen, und einer oder mehreren Antriebsrollen, die innerhalb der Schweißpistole positioniert sind. Die eine oder die mehreren Antriebsrollen sind justierbar und dafür ausgelegt, den Schweißdraht zu einer Schweißpistole voranzuschieben, die mit der Drahtzufuhrvorrichtung verbunden ist. Ein Antriebsmotor ist enthalten, um Leistung und insbesondere Drehmoment zum Drehen der einen oder der mehreren Antriebsrollen zu liefern. Reibungsminderungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Lager, werden verwendet und sind zwischen einer oder mehreren Antriebsrollen und dem Gehäuse positioniert, wobei die Lager elektrisch nicht-leitend sind, um das Entladen von elektrischer Energie über die Gehäuseflächen zu vermeiden.
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In einem Aspekt der Erfindung wird eine Drahtzufuhrvorrichtung zum Transportieren eines zugehörigen Schweißdrahtes beschrieben, die mindestens Folgendes enthält: eine Drahtzufuhrvorrichtung mit einer oder mehreren Antriebsrollen, wobei die eine oder die mehreren Antriebsrollen dafür ausgelegt sind, den zugehörigen Schweißdraht in Richtung der Schweißpistole zu schieben; eine Schweißpistole, die mit der Drahtzufuhrvorrichtung wirkverbunden ist, um einen zugehörigen Schweißdraht zu transportieren, der beim Lichtbogenschweißen verwendet wird, wobei die Schweißpistole mindestens eine Antriebsrolle innerhalb der Schweißpistole aufweist, um den Schweißdraht in Richtung einer Austrittsöffnung in der Schweißpistole zu ziehen; mindestens einen ersten Antriebsmotor, der wirkverbunden ist, um Leistung zum Drehen der einen oder der mehreren Antriebsrollen in der Drahtzufuhrvorrichtung zu liefern; mindestens einen zweiten Antriebsmotor, der wirkverbunden ist, um Leistung zum Drehen der mindestens einen Antriebsrolle in der Schweißpistole zu liefern; und ein oder mehrere Lager, die zwischen der einen oder den mehreren Antriebsrollen in der Drahtzufuhrvorrichtung und der mindestens einen Antriebsrolle innerhalb der Schweißpistole positioniert sind, wobei das eine oder die mehreren Lager koaxial zu jeder der einen oder der mehreren Antriebsrollen angeordnet sind, wobei jedes des einen oder der mehreren Lager elektrisch nicht-leitend ist, um das Entladen von elektrischer Energie über das eine oder die mehreren Lager zu verhindern.
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Das eine oder die mehreren Lager bestehen aus einem dielektrischen Material, oft Keramik, und einem elektrisch nicht-leitenden Material. Die Antriebsrollen enthalten des Weiteren mehrere benachbarte sphärisch Lagerkugeln, wobei die Lagerkugeln aus Keramik bestehen. Oft sind die Antriebsmotoren drehzahlvariable Antriebsmotoren zum Transportieren des zugehörigen Schweißdrahtes mit variierenden Drehzahlen.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Schub-Zug-Antriebssystem für eine Schweißdrahtzufuhrvorrichtung beschrieben, die einen zugehörigen elektrisch geladenen Draht transportiert, und die mindestens Folgendes enthält: ein erstes Drahtzufuhrmittel, das außerhalb einer Schweißdrahtpistole positioniert ist, wobei das erste Drahtzufuhrmittel Folgendes umfasst: eine allgemein starre, mit Öffnungen versehene erste Zufuhrplatte mit einer oder mehreren Aussparungen; mindestens ein erstes Paar Antriebsrollen, die in Bezug auf die erste Zufuhrplatte drehbar verbunden sind, wobei die Antriebsrollen voneinander beabstandet sind, um den zugehörigen elektrisch geladenen Draht voranzuschieben, wobei das erste Paar Antriebsrollen ein erstes Paar gegenüberliegender Rollen aufweist, die jede der Antriebsrollen in einen Passeingriff nehmen; ein erstes Mittel zum Reduzieren der Rollreibung, das funktional zwischen jeder der erste Rollen und der ersten Zufuhrplatte positioniert ist, wobei das erste Mittel zum Reduzieren der Rollreibung koaxial zu den ersten Rollen positioniert ist, und wobei das erste Mittel zum Reduzieren der Rollreibung elektrisch nicht-leitend ist, um das Entladen von elektrischer Energie zwischen der ersten Zufuhrplatte und den erste Rollen im Wesentlichen zu verhindern; und ein zweites Drahtzufuhrmittel, das innerhalb der Schweißdrahtpistole positioniert ist, wobei das zweite Drahtzufuhrmittel Folgendes umfasst: eine zweite, mit Öffnungen versehene Schweißdraht-Zufuhrplatte, die innerhalb der Schweißpistole positioniert ist, wobei eine Seite der zweiten Zufuhrplatte mit einem Pistolenschwanenhals verbunden ist; mindestens ein zweites Paar Antriebsrollen, die in Bezug auf die zweite Zufuhrplatte drehbar verbunden sind, wobei das zweite Paar Antriebsrollen voneinander beabstandet sind, um den zugehörigen elektrisch geladenen Draht voranzuschieben, wobei die zweiten Antriebsrollen ein Paar zweiter gegenüberliegender Rollen aufweisen, die jede der zweiten Antriebsrollen in einen Passeingriff nehmen; und ein zweites Mittel zum Reduzieren der Rollreibung, das funktional zwischen jeder der zweiten Rollen und der zweiten Zufuhrplatte positioniert ist, wobei das zweite Mittel zum Reduzieren der Rollreibung koaxial zu den zweiten Rollen positioniert ist, und wobei das zweite Mittel zum Reduzieren der Rollreibung elektrisch nicht-leitend ist, um das Entladen von elektrischer Energie zwischen der zweiten Zufuhrplatte und der zweiten Rolle im Wesentlichen zu verhindern.
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Jedes der Mittel zum Reduzieren der Rollreibung umfasst ein oder mehrere Rollelemente, die aus Keramik bestehen, obgleich es auch möglich ist, dass jedes des einen oder der mehreren Rollelemente aus Metall besteht, und wobei das eine oder die mehreren Rollelemente mit Keramik beschichtet sind, wodurch das eine oder die mehreren metallischen Rollelemente vollständig bedeckt werden. Optional umfasst jedes der Mittel zum Reduzieren der Rollreibung ein oder mehrere Rollelemente, die aus einem nicht-leitenden Polymermaterial bestehen.
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In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung enthält jede des mindestens einen Paares Antriebsrollen erste und zweite Antriebsrollen, wobei die Position der ersten Antriebsrolle in Bezug auf die zweite Antriebsrolle justierbar ist, um unterschiedlich großen zugehörigen Draht voranzuschieben. Das System kann des Weiteren Drahtstützführungen enthalten, die einen Drahtdurchgang zum Kanalisieren des zugehörigen elektrisch geladenen Drahtes aufweisen.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung bestehen die ersten und zweiten Zufuhrplatten aus einem elektrisch nicht-leitenden Material. In der Regel umfasst jedes der Mittel zum Reduzieren der Rollreibung eine Buchse, die aus einem dielektrischen Material besteht, z. B. Keramik, und bei einer häufigen Implementierung ist die Keramik Glas.
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Jedes der Mittel zum Reduzieren der Rollreibung umfasst mindestens einen Lagerlaufring und mehrere Rollelemente, wobei der mindestens eine Lagerlaufring in der einen oder den mehreren Aussparungen einer jeden der Zufuhrplatten aufgenommen ist; und wobei der mindestens eine Lagerlaufring oder die mehreren Rollelemente mit einem nicht-leitenden dielektrischen Material beschichtet sind oder daraus bestehen.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Spulenpistolen-Antriebssystem für eine Schweißdrahtzufuhrvorrichtung beschrieben, die einen zugehörigen elektrisch geladenen Draht transportiert, und die mindestens Folgendes enthält: ein Drahtzufuhrmittel, das innerhalb der Schweißdrahtpistole positioniert ist, wobei das Drahtzufuhrmittel Folgendes umfasst: eine mit Öffnungen versehene Schweißdraht-Zufuhrplatte, die innerhalb der Schweißpistole positioniert ist, wobei eine Seite der Zufuhrplatte mit einem Pistolenschwanenhals verbunden ist; mindestens ein Paar Antriebsrollen, die in Bezug auf die Zufuhrplatte drehbar verbunden sind, wobei das Paar Antriebsrollen voneinander beabstandet sind, um den zugehörigen elektrisch geladenen Draht voranzuschieben, wobei die Antriebsrollen ein Paar gegenüberliegender Rollen aufweisen, die jede der Antriebsrollen in einen Passeingriff nehmen; und ein Mittel zum Reduzieren der Rollreibung, das funktional zwischen jeder der Rollen und der Zufuhrplatte positioniert ist, wobei das Mittel zum Reduzieren der Rollreibung koaxial zu den Rollen positioniert ist, und wobei das Mittel zum Reduzieren der Rollreibung elektrisch nicht-leitend ist, um das Entladen von elektrischer Energie zwischen der Zufuhrplatte und der Rolle im Wesentlichen zu verhindern.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Mittel zum Reduzieren der Rollreibung ein oder mehrere Rollelemente, die aus Keramik bestehen, oder alternativ bestehen das eine oder die mehreren Rollelemente aus Metall, und wobei das eine oder die mehreren Rollelemente mit Keramik beschichtet sind, wodurch das eine oder die mehreren metallischen Rollelemente vollständig bedeckt werden. Optional umfasst das Mittel zum Reduzieren der Rollreibung ein oder mehrere Rollelemente, die aus einem nicht-leitenden Polymermaterial bestehen.
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Das mindestens eine Paar Antriebsrollen enthält erste und zweite Antriebsrollen, wobei die Position der ersten Antriebsrolle in Bezug auf die zweite Antriebsrolle justierbar ist, um unterschiedlich großen zugehörigen Draht voranzuschieben.
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Das Spulenpistolen-Antriebssystem hat optional Drahtstützführungen, die einen Drahtdurchgang zum Kanalisieren des zugehörigen elektrisch geladenen Drahtes aufweisen, wobei die Zufuhrplatte aus einem elektrisch nicht-leitenden Material besteht.
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Das Mittel zum Reduzieren der Rollreibung umfasst eine Buchse, die aus einem dielektrischen Material besteht, oft einem Keramikmaterial, z. B. Glas.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Drahtzufuhrvorrichtung, die in einer Schweißanwendung verwendet wird;
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2 ist eine Seitenansicht einer Drahtzufuhrvorrichtung und Drahtzufuhrquelle;
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3 ist eine seitliche Nahansicht von Antriebsrollen, die Draht zuführen;
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4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Zufuhrplatte und zugeordneten Antriebsrollen;
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5 ist geöffnete Seitenansicht einer nicht-leitenden Reibungsminderungsvorrichtung;
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6 ist eine Draufsicht einer Drahtzufuhrvorrichtung, die im Gehäuse einer Schweißpistole enthalten ist; und
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7 ist eine Montageansicht der Drahtzufuhrvorrichtung von 6.
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Detaillierte Beschreibung
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Wir wenden uns nun den Zeichnungen zu, deren Darstellung allein dem Zweck der Veranschaulichung von Ausführungsformen der Erfindung und nicht dem Zweck ihrer Einschränkung dient. 1 zeigt eine Drahtzufuhrvorrichtung, die allgemein bei 10 dargestellt ist. Die Drahtzufuhrvorrichtung 10 umfasst eine Vorrichtung zum Transportieren von Draht 13 von einer Zufuhrquelle 15, d. h. einem Drahtvorrat 15, zur Verwendung in einer bestimmten Anwendung. Zum Zweck der Veranschaulichung wird die Drahtzufuhrvorrichtung 10 im Kontext des Lichtbogenschweißens beschrieben. Jedoch fallen dem Fachmann noch weitere Anwendungen ein, die alle so zu verstehen sind, dass sie in den Geltungsbereich der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fallen. In einer Ausführungsform kann der Draht 13 eine Schweißelektrode 13a umfassen, die im vorliegenden Text auch als Schweißdraht 13a bezeichnet wird, und die Drahtzufuhrvorrichtung 10 kann eine Schweißdrahtzufuhrvorrichtung 11 umfassen. Der Draht 13, 13a kann kontinuierlich von einer Rolle 22, aus einem Kasten oder von einer Trommel gezogen und einem Werkstück 19 zugeführt werden, das in der vorliegenden Ausführungsform eine Schweißung ist. Dementsprechend kann die Drahtzufuhrvorrichtung 10 oder Schweißdrahtzufuhrvorrichtung 11 eine Antriebsbaugruppe enthalten, die Leistung von einer oder mehreren Bewegungsvorrichtungen nutzt, die den Draht 13, 13a zum eigentlichen Arbeitsort oder Werkstück 19 voranschiebt.
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Wir bleiben bei 1. Die Schweißdrahtzufuhrvorrichtung 11 kann in Verbindung mit einer Schweißstromquelle 12 verwendet werden, wie sie beispielsweise von der Lincoln Electrical Company aus Cleveland, Ohio, hergestellt wird. Die Schweißstromquelle 12 kann elektrische Eingangsleistung von einer externen Quelle empfangen, die in einen eingebauten Transformator eingespeist wird, der in den Figuren nicht dargestellt ist. Die Ausgangsleistung von dem Transformator kann anschließend in die Schweißausgangsanschlüsse 14 oder Polstifte 14 der Schweißstromquelle 12 eingespeist werden. Zusätzlich kann die Schweißstromquelle 12 eine geregelte Stromversorgung enthalten, um elektrische Leistung zu einem oder mehreren Schweißzusatzgeräten zu liefern, zu denen auch die Schweißdrahtzufuhrvorrichtung 11 gehören kann. Eine Schweißpistole, allgemein mit 26 bezeichnet, und ein Drahtzuleitungskanal können elektrisch mit der Schweißstromquelle 12 durch die Schweißdrahtzufuhrvorrichtung 11 verbunden sein, um Schweißstrom in einer dem Fachmann bekannten Weise zu liefern. Daraus folgt, dass Schweißdraht 13a durch eine Schweißpistole 26 geführt und entsprechend den Spezifikationen der Anwendung und/oder des Endnutzers in jeder für die Ausführung des Schweißprozesses geeigneten Weise in dosierter Form abgegeben, d. h. ausgegeben, wird. Es ist anzumerken, dass die Elektrode, d. h. der Schweißdraht 13, Elektrizität zum Erzeugen eines Schweißlichtbogens leitet, wobei die Elektrode zu dem Werkstück 19 transportiert wird, dessen Spannungspotential gleich oder ungefähr gleich der Ausgangsspannung der Schweißstromquelle 12 ist, die wesentlich größer als Erde sein kann.
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Dem Fachmann sind verschiedene Modi des Transportierens von Schweißdraht 13a bekannt. Ein Beispiel dafür ist das Schieben des Schweißdrahtes 13a zu der Schweißpistole 26 mittels Kraft oder Drehmoment, die bzw. das durch die Bewegungsvorrichtung bereitgestellt wird. Zu weiteren Modi des Transportierens von Schweißdraht 13a gehören Schub-Zug-Modi, die mehrere Bewegungsvorrichtungen nutzen. In jedem Fall wird der Schweißdraht 13a einer Schweißpistole 26 zugeführt, die einen Auslöser oder sonstigen Aktivierungsmechanismus zum Ausgeben des Drahtes 13 auf Anweisung des Nutzers haben kann. Mitunter kann es notwendig sein, Schweißdraht 13a mit variierenden Zufuhrraten zu liefern. Darum hat die Bewegungsvorrichtung, die einen Antriebsmotor 18 umfassen oder enthalten kann, einen Ausgang, der justierbar ist, um die Rate zu variieren, mit der der Schweißdraht 13a von der Drahtzufuhrvorrichtung 10 ausgegeben wird. Insbesondere kann der Antriebsmotor 18 selbst ein drehzahlvariabler Antriebsmotor 18 sein.
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Es ist hier anzumerken, dass die Drahtzufuhrvorrichtung 11 und/oder der oder die Antriebsmotoren 18 ihren Betriebsstrom von der geregelten Stromversorgung beziehen können, die in die Schweißstromquelle 12 eingebaut ist. Alternativ kann die Schweißdrahtzufuhrvorrichtung 11 Leistung aus der Offenkreisspannung der Schweißstromquelle 12 oder einer vollkommen separaten Stromquelle beziehen. Abgesehen davon kann jede beliebige Art und Weise des Bereitstellens von Strom zum Betreiben der Schweißdrahtzufuhrvorrichtung 11 und/oder der Antriebsmotoren 18 mit dem entsprechenden Sachverstand gemäß den Erfordernissen des Einsatzzwecks der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gewählt werden.
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Wir bleiben bei 1 und wenden uns nun auch den 2 und 3 zu. Die Schweißdrahtzufuhrvorrichtung 11 kann eine Antriebsbaugruppe oder Antriebsrollenbaugruppe enthalten. Wie oben angesprochen, liefert der Antriebsmotor 18, auch als ein Drahtzufuhrvorrichtungsmotor 18 bezeichnet, Leistung, d. h. Drehmoment, zum Transportieren des Schweißdrahtes 13a zu der Schweißpistole 26 und anschließend zu dem Werkstück 19. Es sind Antriebsrollen 36 enthalten, die den Schweißdraht 13a ergreifen, um den Schweißdraht 13a in die entsprechende Richtung, d. h. in Richtung des Werkstücks, zu schieben oder zu ziehen. Die Antriebsrollen 36 sind in Bezug auf ein Rahmenelement oder einen anderen Abschnitt der Drahtzufuhrvorrichtung 11 drehbar verbunden. In einer speziellen Ausführungsform sind die Antriebsrollen 36 drehbar mit einer Zufuhrplatte 39 oder eventuell dem Drahtzufuhrvorrichtungsgehäuse verbunden. Eine Reibungsminderungsvorrichtung kann zwischen den Antriebsrollen 36 und der Zufuhrplatte 39 angeordnet sein, was einen störungsfreien und gleichmäßigen Betrieb der Schweißdrahtzufuhrvorrichtung 11 ermöglicht. In einer beispielhaften Weise können die Lager 50, in 4 gezeigt, zwischen den Antriebsrollen 36 und der Zufuhrplatte 39 integriert sein, obgleich auch andere Reibungsminderungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Buchsen, verwendet werden können. Des Weiteren kann jede Art von Vorrichtung, die die Rollreibung reduziert, verwendet werden, um die dauerhafte Funktionstüchtigkeit der Antriebsrollen 36 entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
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Mit Bezug auf 3 kann die Antriebsrollenbaugruppe mehrere elektrisch leitfähige Drahtstützführungen 21 enthalten, die entlang einer Drahttrajektorie voneinander beabstandet sind. Die Drahtstützführungen 21 können jeweils einen Drahtdurchgang oder ein Drahtdurchgangsloch zum Führen des Drahtes 13, 13a enthalten. Die Drahtstützführungen 21 können so orientiert sein, dass die Drahtdurchgänge axial aufeinander ausgerichtet sind und dadurch die Drahttrajektorie in dem Bereich zwischen den Antriebsrollen 36 definieren, der nebeneinander positionierte Paare von Antriebsrollen 36 umfassen kann. Der mehreren Drahtstützführungen 21 können erste und zweite Endführungen 21a, 21b enthalten. Zusätzlich kann eine mittlere Führung 21c zwischen Paaren von Antriebsrollen 36 angeordnet sein. Des Weiteren versteht es sich, dass jede beliebige Konfiguration und Anzahl von Drahtstützführungen 21 und Antriebsrollen 36 gemäß dem sachkundigen Urteil des Fachmanns enthalten sein kann.
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Jede Antriebsrolle 36 kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einen Außenumfang 37 zum Kontaktieren des Schweißdrahtes 13a sowie eine Nabe 54 für eine Drehung um eine Mittelachse enthalten. In einer beispielhaften Weise können die Antriebsrollen 36 eine zylindrische Konfiguration haben oder insbesondere scheibenförmig sein, obgleich die spezielle Konfiguration nicht als einschränkend ausgelegt werden darf. Die Oberfläche, d. h. der Außenumfang 37, der Antriebsrolle 36 kann aus einem hinreichend gehärteten Material, wie Stahl, bestehen, das beständig und geeignet ist, den Draht 13, 13a zu ergreifen. In einer Ausführungsform können die Antriebsrollen 36 in Paaren entlang der Drahttrajektorie angeordnet sein, wobei jedes Antriebsrollenpaar auf jeweils gegenüberliegenden Seiten so gestützt wird, dass jeweilige Außenumfänge 37 gegenüberliegende Seiten des Drahtes 13, 13a berühren. Es ist anzumerken, dass die Mittelachsen jeweiliger Antriebsrollen 36 sich im Wesentlichen parallel zueinander und allgemein quer zur Trajektorie des Drahtes 13, 13a erstrecken. In einer speziellen Ausführungsform kann die relative Position der Antriebsrollen 36 in einem Satz oder Paar zur Verwendung mit Drähten von verschiedenem Durchmesser justierbar sein. Oder anders ausgedrückt: Der Außenumfang einer Antriebsrolle 36 kann mit Bezug auf den Außenumfang einer benachbarten Antriebsrolle 36 justierbar sein, um die Distanz dazwischen zu verändern, so dass verschiedene Größen des Drahtes 13, 13a aufgenommen werden können. Auf diese Weise können die Antriebsrollenpaare selektiv für das Ergreifen des Schweißdrahtes 13, 13a mit der richtigen Greifkraft positioniert werden.
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Die Naben 54 der Antriebsrollen 36 können durch die Zufuhrplatte 39 oder einen anderen Abschnitt des Gehäuses 39a drehbar gestützt werden, wie zuvor erwähnt. In einer Ausführungsform werden die Naben 54 durch ein oder mehrere Lager 50, die mehrere Rollelemente enthalten, oder alternativ durch Buchsen gestützt. Jedoch kann jedes beliebige Mittel, das für eine dauerhaft funktionierende Rotation der Antriebsrollen 36 geeignet ist, entsprechend dem Verwendungszweck der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gewählt werden. Wellen 55 können enthalten sein, die sich von der Nabe 54 und in einen Eingriff mit einem Lagerlaufring erstrecken. In einer beispielhaften Weise können die Antriebsrollen 36 auf entsprechenden Wellen 55 mittels einer Passfederanordnung montiert sein, um sich mit ihnen zu drehen, obgleich jede beliebige geeignete Anordnung zum Ineingriffnehmen der Antriebsrollen 36 integriert werden kann. Zusätzlich können Wellen 55 für jeden Satz oder jedes Paar Antriebsrollen 36 antreibbar mit dem Antriebsmotor 18 und miteinander in Eingriff gebracht werden, so dass die Wellen 55 sich gemeinsam zum Transportieren des Drahtes 13, 13a in einer gewünschten Richtung drehen. Die Wellen 55 können über Zahnräder oder Riemenscheiben und Riemen (nicht gezeigt), die durch jeden beliebigen geeigneten Mechanismus, wie zum Beispiel einen Satz Schrauben oder andere Befestigungsmittel, auf den Wellen 55 gehalten werden, antreibbar in Eingriff gebracht werden. Es versteht sich, dass die Zahnräder oder Riemenscheiben einen ausreichenden Freiraum zwischen ihren Erstreckungen haben können, um eine relative radiale Bewegung der Außenumfänge 37 der Antriebsrollen 36 in der oben dargelegten Weise aufzunehmen. Es ist hier anzumerken, dass sich die Wellen 55 und die entsprechenden Antriebsrollen 36 in entgegengesetzten Richtungen drehen, um den Draht 13, 13a in einer angegebenen Richtung voranzuschieben. Oder anders ausgedrückt: Die Antriebsrolle 36 auf einer Seite des Drahtes 13, 13a kann sich im Uhrzeigersinn drehen, während sich die Antriebsrolle 36 auf der gegenüberliegenden Seite des Drahtes 13, 13a entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, wie durch die Pfeile in 3 veranschaulicht.
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Wir bleiben bei 2 und wenden uns nun auch 4 zu. Die Zufuhrplatte 39 kann ein allgemein starres Stück Material umfassen, das hinreichend stark ist, um die Antriebsrollenbaugruppe zu stützen. In einer Ausführungsform kann die Zufuhrplatte 39 von dem Gehäuse der Drahtzufuhrvorrichtung 11 separat sein und kann an dem Gehäuse mit Hilfe von Befestigungsmitteln oder anderen Mitteln befestigt werden. Dementsprechend ist die Zufuhrplatte 39 an oder in dem Drahtzufuhrvorrichtungsgehäuse montiert. Die Zufuhrplatte 39 kann aus Aluminium bestehen. Jedoch kann die Zufuhrplatte 39 auch aus anderen Materialien, wie zum Beispiel Stahl, in allen beliebigen Legierungen oder aus anderen nicht-metallischen Materialien bestehen, die eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit zum Stützen der Antriebsbaugruppe besitzen. Es ist anzumerken, dass die Zufuhrplatte 39 während des Betriebes der Drahtzufuhrvorrichtung 11 einer erhöhten Temperatur ausgesetzt sein kann. Dementsprechend besitzt die Zufuhrplatte 39 die erforderliche Steifigkeit und die Fähigkeit, hohen Temperaturen ohne Ausfall zu widerstehen. In einer speziellen Ausführungsform kann die Zufuhrplatte 39 aus einem elektrisch nicht-leitenden Material bestehen, um Lichtbogen- oder Funkenbildung zu verhindern, die durch Unterschiede im Spannungspotential zwischen Komponenten der Antriebsrollenbaugruppe hervorgerufen wird. Beispiele dafür wären Materialien auf der Basis von Keramik. Alternativ kann die Zufuhrplatte 39 aus einem Polymermaterial bestehen. Des Weiteren kann der Fachmann mit dem nötigen Sachverstand jedes beliebige geeignete Material zum Herstellen der Zufuhrplatte 39 wählen. Die Zufuhrplatte 39 kann eine Dicke im Bereich von ¼ Inch bis 1½ Inch haben. Jedoch kann der Fachmann mit dem nötigen Sachverstand jede beliebige Dicke eines Materials oder Länge und Breite eines Materials wählen. Es sollte angemerkt werden, dass auch alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden, bei denen die Antriebsrollenbaugruppe direkt mit dem Gehäuse der Drahtzufuhrvorrichtung 11 und nicht mit der Zufuhrplatte 39 verbunden ist. In diesem Fall kann das Gehäuse 39a selbst hinreichend starr und stark sein, um die Antriebsrollenbaugruppe zu stützen und praktisch als die Zufuhrplatte 39 zu fungieren. Ungeachtet dessen ist zu beachten, dass jede beliebige Art und Weise des Stützens der Antriebsrollenbaugruppe gewählt werden kann, ohne vom beabsichtigten Geltungsbereich der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Konfiguration der Zufuhrplatte 39 und Antriebsrollen 36. In dieser Konfiguration können die Lager 50 in die Zufuhrplatte 39 hinein montiert sein, die Aussparungen haben kann, die den äußeren Lagerlaufring aufnehmen. Genau gesagt, sind vier (4) Lager gezeigt, obgleich die Anzahl der Lager 50 variieren kann, ohne vom beabsichtigten Geltungsbereich der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wellen 55, oder alternativ Stifte, können die Antriebsrollen 36 mit dem Lager 50 verbinden. Daraus folgt, dass die Wellen 55 in den Lagern 50 aufgenommen und in Bezug auf den inneren Laufring der Lager mittels Presspassung in einer fixierten Beziehung montiert sein können. Auf diese Weise drehen sich die Antriebsrolle 36, die Welle 55 und der innere Lagerlaufring miteinander.
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Wir bleiben bei 4 und wenden uns nun auch 5 zu. In einer beispielhaften Ausführungsform können eine oder mehrere Komponenten der Antriebsrollenbaugruppe aus nicht-leitenden Materialien, d. h. elektrisch nicht-leitenden oder elektrisch isolierenden Materialien bestehen. Zum Beispiel kann die Antriebsrollenbaugruppe ganz oder teilweise aus dielektrischen Materialien oder einem oder mehreren sonstigen Materialien bestehen, die Lichtbogenbildung, d. h. ein elektrisches Entladen über einen Spalt, aufgrund von Unterschieden beim Spannungspotential im Wesentlichen hemmen oder verhindern. Zu Beispielen diesen Materialien können Keramikmaterialien oder Materialien auf Keramikbasis gehören. Andere Arten von Materialien kann enthalten Glas. Darüber hinaus können bestimmte Arten von Polymermaterialien verwendet werden.
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In einer Ausführungsform können einige oder alle Lager 50 aus nicht-leitenden Materialien bestehen. Die Lager 50 können mehrere Rollelemente enthalten, die Lagerkugeln 56 sein können, die zwischen allgemein kreisförmigen inneren 58 und äußeren 59 Laufringen angeordnet sind. In einer speziellen Ausführungsform bestehen die Lagerkugeln 56, die sphärisch sein können, aus einem nicht-leitenden Material, während die verbleibenden Komponenten aus traditionelleren Materialien bestehen können, wie zum Beispiel Metall, z. B. Stahl oder eine andere Legierung. Zur Veranschaulichung können die Lagerkugeln 56 aus Keramik hergestellt werden, und die inneren und äußeren Laufringe 58, 59 können aus einem Stahl bestehen. Alternativ können ein oder beide Laufringe 58, 59 aus Keramik bestehen, während die Rollelemente aus einem Stahl bestehen. In einer weiteren Ausführungsform können alle Lagerkomponenten aus Keramik bestehen. Des Weiteren versteht es sich, dass jede beliebige Kombination der Komponenten, aus denen das Lager 50 besteht, aus einem nicht-leitenden Material bestehen kann, ohne vom beabsichtigten Geltungsbereich der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Auf diese Weise werden eine Lichtbogenbildung oder Funken, die aus Unterschieden beim Spannungspotential zwischen der Elektrode 13a, die die Antriebsrollen 36 berührt, und der Zufuhrplatte 39, 39a durch die dielektrischen Materialien im Wesentlichen gehemmt und/oder verhindert.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere der Lagerkomponenten mit einem dielektrischen Material bedeckt oder beschichtet sein. Zur Veranschaulichung können die Lagerkugeln 56 mit einer äußersten Schicht aus Keramik bedeckt sein. Es versteht sich, dass die gesamte Oberfläche der Lagerkugeln 56 mit Keramik bedeckt sein kann, da sich die Lagerkugeln drehen und schließlich über ihre gesamte Oberfläche Kontakt mit den inneren 58 und äußeren 59 Lagerlaufringen haben, wodurch eine Funkenbildung dazwischen verhindert oder reduziert wird. Andere Lagerkomponenten können vollständig oder nur teilweise mit einem dielektrischen Material bedeckt sein. Zum Beispiel können die inneren 58 und äußeren 59 Lagerlaufringe auf jenen Flächen, die die Lagerkugeln 56 berühren, oder über ihre gesamte Oberfläche mit Keramik oder einem anderen Dielektrikum bedeckt sein. Des Weiteren kann jede beliebige Kombination des oben Dargelegten integriert werden.
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Wie in den 6–7 veranschaulicht, und wie zuvor angesprochen, ist die Erfindung auf Schub-Zug-Systeme anwendbar, bei denen zwei Motoren werden verwendet: ein Hilfsmotor, der die Elektrode von der Zufuhrvorrichtung her schiebt, und ein Primärmotor, der sich in der Pistole befindet und der die Elektrode zieht. Dies ist besonders nützlich, wenn mit weicheren Schweißdrähten, z. B. Aluminium, gearbeitet wird. Die Erfindung ist gleichermaßen auf Spulenpistolen anwendbar. 6–7 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform einer Konfiguration von Zufuhrrollen 60, 62 (von denen mindestens eine eine Antriebsrolle ist), die innerhalb der Schweißpistole 68 positioniert sind, wobei die Schweißpistole einen abnehmbaren Deckel 70 aufweist, um mindestens eine der Zufuhrrollen frei zu legen. Lager 64 sind unter den Zufuhrrollen 60, 62 montiert, die Aussparungen haben können, die den äußeren Lagerlaufring aufnehmen. Genauer gesagt, wird ein Lager für jede Zufuhrrolle in einer Weise ähnlich der Situation verwendet, die in 4 veranschaulicht ist, oder alternativ in 7 veranschaulicht ist. Es ist anzumerken, dass die Anzahl der Lager 64 variieren kann, ohne vom beabsichtigten Geltungsbereich der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wellen, oder alternativ Stifte, können die Zufuhrrollen 60, 62 mit Lagern 64 verbinden, oder, wie in 7 veranschaulicht, die Welle und das Keramiklager sind einstückig ausgebildet, wobei mindestens die Welle aus einem nicht-leitenden Material besteht; und in einer Ausführungsform bestehen sowohl die Welle als auch das Lager aus einem nicht-leitenden Material. Daraus folgt, dass die Wellen in Lagern 64 aufgenommen sein können und mittels einer Presspassung in einer fixierten Beziehung in Bezug auf den inneren Laufring des Lagers gehalten werden können. Auf diese Weise drehen sich eine Zufuhrrolle 60 oder 62 und ihre jeweilige Welle und der innere Lagerlaufring gemeinsam.
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Eine oder mehrere Komponenten der Antriebsrollenbaugruppen bestehen aus nicht-leitenden Materialien, d. h. elektrisch nicht-leitenden oder elektrisch isolierenden Materialien. Zum Beispiel kann ein Teil der, oder die gesamte, Antriebsrollenbaugruppe aus dielektrischen Materialien oder aus einem oder mehreren beliebigen Materialien bestehen, die eine Lichtbogenbildung, d. h. ein elektrisches Entladen über einen Spalt hinweg, aufgrund von Unterschieden beim Spannungspotential im Wesentlichen hemmen oder verhindern. Zu Beispielen dieser Materialien können Keramik oder Materialien auf Keramikbasis gehören. Zu anderen Arten von Materialien kann Glas gehören. Darüber hinaus können bestimmte Arten von Polymermaterialien verwendet werden.
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In einer Ausführungsform können einige oder alle Lager 64 aus nicht-leitenden Materialien bestehen. Die Lager 64 können mehrere Rollelemente enthalten, die Lagerkugeln 66 sein können, die zwischen allgemein kreisförmigen inneren und äußeren Laufringen in einer Weise ähnlich derjenigen angeordnet sind, die zuvor mit Bezug auf 4 beschrieben wurden. In einer speziellen Ausführungsform bestehen die Lagerkugeln 66, die sphärisch sein können, aus einem nicht-leitenden Material, während die übrigen Komponenten aus traditionelleren Materialien bestehen können, wie zum Beispiel Metall, z. B. Stahl oder einer anderen Legierung. Zur Veranschaulichung können die Lagerkugeln 66 aus Keramik hergestellt werden, und die inneren und äußeren Laufringe können aus einem Stahl bestehen. Alternativ können ein oder beide Laufringe aus Keramik bestehen, während die Rollelemente aus Stahl bestehen. In einer weiteren Ausführungsform können alle Lagerkomponenten aus Keramik bestehen. Des Weiteren versteht es sich, dass jede beliebige Kombination der Komponenten, aus denen das Lager 64 besteht, aus einem nicht-leitenden Material bestehen kann, ohne vom beabsichtigten Geltungsbereich der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Auf diese Weise werden Lichtbogenbildung oder Funken infolge von Unterschieden beim Spannungspotential zwischen der Elektrode 13a, die die Antriebsrollen 36 berührt, und der Zufuhrplatte 39, 39a – zusätzlich zu den Zufuhrrollen 60, 62 – durch die dielektrischen Materialien im Wesentlichen gehemmt und/oder verhindert.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere der Lagerkomponenten mit einem dielektrischen Material bedeckt oder beschichtet sein. Zur Veranschaulichung können die Lagerkugeln mit einer äußersten Schicht aus Keramik bedeckt sein. Es versteht sich, dass die gesamte Oberfläche der Lagerkugeln mit Keramik bedeckt sein kann, da sich die Lagerkugeln drehen und schließlich über ihre gesamte Oberfläche Kontakt mit den inneren und äußeren Lagerlaufringen haben, wodurch eine Funkenbildung dazwischen verhindert oder reduziert wird. Andere Lagerkomponenten können vollständig oder nur teilweise mit einem dielektrischen Material bedeckt sein. Zum Beispiel können die inneren und äußeren Lagerlaufringe auf jenen Flächen, die die Lagerkugeln berühren, oder über ihre gesamte Oberfläche mit Keramik oder einem anderen Dielektrikum bedeckt sein. Des Weiteren kann jede beliebige Kombination des oben Dargelegten integriert werden.
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Wie in 7 – einer Montageansicht eines Zuführmechanismus der Erfindung – besser veranschaulicht ist, steht eine Kombination aus mindestens einer Antriebsrolle 62 in Wirkbeziehung mit einer Mitläuferantriebsrolle 60, die jeweils – über eine Welle mit zugehörigen Keramiklagern 64 – in eine mit Öffnungen versehene Zufuhrplatte 72 eingesetzt sind, von der ein Ende mit dem Schwanenhals 90 der Schweißpistole 68 verbunden ist. Die Zugspannung der Mitläuferantriebsrolle mit der angetriebenen Antriebsrolle 62 wird durch eine Feder 76 und Stellschrauben 78 gegen den Kipparm 74 aufrecht erhalten, in den das Keramiklager und die Welle 64 der Mitläuferantriebsrolle 60 eingesetzt sind. Neben den Antriebsrollen befindet sich eine Motorgetriebemontageplatte 80 in Kommunikation mit einem Motorgetriebe 82. Mehrere Rohre für Gas und Wasser in Form einer Zuleitung 84 führen durch das Motorgetriebe und die Zufuhrplatte in den Schwanenhals 90 über die Kabelverbindung 86 neben einem Spannungsentlaster 88 und dem Kabel 92.
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Die Erfindung wurde im vorliegenden Text mit Bezug auf die offenbarten Ausführungsformen beschrieben. Natürlich fallen dem Fachmann beim Lesen und Verstehen dieser Spezifikation Modifizierungen und Änderungen ein. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifizierungen und Änderungen aufgenommen sind, sofern sie in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche oder ihrer Äquivalente fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drahtzufuhrvorrichtung
- 11
- Drahtzufuhrvorrichtung
- 12
- Stromquelle
- 13
- Draht
- 13a
- Schweißelektrode/Schweißdraht
- 14
- Schweißausgangsanschluss
- 15
- Drahtvorrat
- 18
- Antriebsmotor
- 19
- Werkstück
- 21
- Drahtstützführung
- 21a
- erste Endführung
- 21b
- zweite Endführung
- 21c
- mittlere Führung
- 22
- Rolle
- 26
- Schweißpistole
- 36
- Antriebsrolle
- 37
- Außenumfang
- 39
- Zufuhrplatte
- 39a
- Gehäuse
- 50
- Lager
- 54
- Nabe
- 55
- Welle
- 56
- Lagerkugel
- 58
- kreisförmiger innerer Laufring
- 59
- kreisförmiger äußerer Laufring
- 60
- Zufuhrrolle
- 62
- Zufuhrrolle
- 64
- Lager
- 66
- Lagerkugel
- 68
- Schweißpistole
- 70
- Deckel
- 72
- Zufuhrplatte
- 74
- Kipparm
- 76
- Feder
- 78
- Schrauben
- 80
- Montageplatte
- 82
- Motorgetriebe
- 84
- Leitungskanal
- 86
- Kabelverbindung
- 88
- Spannungsentlaster
- 90
- Schwanenhals
- 92
- Kabel
