DE2231528B2 - Maschine zum Verschweissen von scheibenförmigen Teilen mittels Ladungsträgerstrahlen - Google Patents

Description

40 maschinen herbeigeführt. Die bekannte Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum bedingt jedoch ein sehr großes Bauvolumen, insbe-Verschweißen von scheibenförmigen Teilen mit sondere aber zwei Ladungstiägerstrahlquellen, die hochgestelltem Rand und ringförmigen Teilen, vor- grundlegend für die Gestehungskosten der Anlage zugsweise von Anlasserrädern und Zahnkränzen, ent- sind, sich jeweils aber nur maximal die Hälfte der lang einer zylindrischen Berührungsfläche durch 45 Zeit in Betrieb befinden. Dazu benötigen solche An-Ladungsträgerstrahlen im Vakuum, bestehend aus lagen eine Reihe von zusätzlichen Steuerungen und zwei drehbaren Halterungen für die paarweise Auf- Regelungen, die den unabhängigen Betrieb beider nähme von Schweißgut, wobei jede Halterung an Maschinenteile gewährleisten,
einem beweglichen, die Projektion des Schweißguts Maschinen der vorstehend beschriebenen Art wer-

überragenden Wandelement einer Vakuumkammer 50 den auch als »Halbvakuum-Maschinen« bezeichnet, angeordnet ist, welche mit einer Quelle für einen ge- Die Bezeichnung rührt daher, daß zur Ausführung bündelten Ladungsträgerstrahl in Verbindung steht. des Bearbeitungsvorgangs in der eigentlichen Arbeits-

Durch die schweizerische Patentschrift 419 378 ist oder Schweißkammer nur ein Vakuum in der Größeneine Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Ordnung von 5 X 10* Torr benötigt wird. In der Ladungsträgerstrahlen vorbekannt, bei der der für 55 Kammer für die Evrzeugung des Ladungsträgerstrahls die Bearbeitung benötigte Vakuumraum minimale herrscht hingegen ein wesentlich besseres Vakuum in Abmessungen besitzt. Dies wird dadurch erreicht, der Größenordnung von 1(H Torr und darunter. Die daß der Ladungsträgerstrahlgenerator einseitig offen Aufrechterhaltung der Druckdifferenz zwischen beiausgebildet ist, und daß die Werkstücke selbst durch den Kammern während des Betriebes wild durch ein Anpressen an die öffnung die Abdichtung überneh- 6_P entsprechend abgestuftes Pumpensystem und eine men. Dadurch werden jedoch während des Bestehens Druckstufung erreicht. Die eigentliche Schweißkamder Abdichtung Relativbewegungen zwischen Werk- mer hat zum Zwecke eines schnellen Bvakuierens stück und Ladungsträgerstrahlgenerator verhindert. hierbei außerordentlich geringe Abmessungen, die im Insbesondere ist es nicht möglich, längere Schweiß- wesentlichen denen der zu verschweißenden Werknähte oder gar umlaufende Schweißnähte herzu- 65 stUckteile entsprechen. Ein Teil der Vakuumkommer stellen^ wird dabei von einem beweglichen Wandelement

Durch die französische Patentschrift 1404 827 gebildet, dessen Abmessungen die Projektion des sind Elektronenstrahl-Schweißmaschinen vorbekannt, Schweißguts nur geringfügig übersteigen. Das

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Schweißgut wiird zusammen mit dem beweglichen Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet die

Wandelement in der Weise in die Schweißkammer Durchführung eines Betriebsverfahrens, bei welchem eingeführt, daß bei Erreichen der Arbeitslage das der Ladungsträgerstiahl im wesentlichen senkrecht Wandelement vakuumdicht an den übrigen Teilen der zur zylindrischen Berührungsfläche zwischen den Vakuum-Schwsißkammer anliegt. 5 Schweißgutteüen ausgerichtet und die Schweißung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den durch den hochgestellten Rand des scheibenförmigen baulichen Aufwand der vorbekannten Vorrichtung so Teils hindurch ausgeführt wird. Zum Verständnis zu verringern, daß nur noch eine einzige Ladung*- dieses Vorgangs sei auf die Konstruktion des trägerstrahlquelle für die Bearbeitung von zwei Schweißguts hingewiesen, für welches die Vorrich-Werkstücken benötigt wird, wobei die Vakuum- io tung vorgesehen ist. Anlasserräder werden seit einiger Schweißkammer geringstmögliche Abmessungen für Zeit aus zwei verschiedenen Teilen hergestellt, nämeine schnelle Evakuierung aufweisen soll. Außerdem Hch einem aus Blech gepreßten scheibenförmigen soii der Steuerungs- und Bedienungsaufwand für der- Teil mit hochgestelltem Rand sowie aus einem Zahnartige Maschinen erheblich herabgesetzt werden, wo- kranz mit einer Zahnbreite, die die Blechstärke crbei gleichzeitig die Taktzeiten für die Bearbeitung 15 heblich übersteigt. Die Abmessungen des hochgesteU-eines Werkstückes zusätzlich verringert werden. ten Randes entsprechen dabei im wesentlichen der

Die Losung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäß Zahnbreite bzw. der Stärke des Zahnkranzes. Die der Er?"dung dadurch, daß die Wandelemente an Berührung beider Teile erfolgt auf einer Zylinderzwei gegenüberliegenden Stellen einer gemeinsamen fläche zwischen dem hochgestellten Rand und dem Vakuumkammer angeordnet sind, daß die Drehach- ao Innendurchmesser des Zahnkranzes. Bei den vorbesen der Halterungen bei geschlossener Vakuum- kannten Schweißverfahren erfolgte die Verschweikammer einen Winkel zwischen 120 und 180° ein- ßung mittels eines Ladungsträgerstrahls, der parallel schließen und daß -«e Symmetrieachse der Ladungs- zur zylindrischen Berührungsfläche der zu verschweiträgerstrahlquelle im wesentlichen symmetrisch zu ßenden Teile ausgerichtet war. Zur Ausführung der den Drehachsen der Halterungen ausgerichtet ist. 25 Schweißung wurde das Schweißgut in Rotation um Durch eine solche Konstruktion der Maschine ist die Drehachse des Anlasserrades versetzt, wahrend es möglich, die gleiche Vakuumkammer gleichzeitig der Ladungsträgerstrahl stationär festgehalten wurde, mit zwei Werkstücken zu beschicken. Auf Grund der Auf Grund der mit Ladungsträgerstrahlen mog.ichen räumlichen Lage der Drehachsen der Halterungen bei »Tiefschweißung« mit einem sehr günstigen \ ergeschlossener Vakuumkammer nehmen die zu ver- 30 hältnis von Schweißnahttiefe zu -breite erfolgte die schweißenden Teile hinsichtlich ihrer Hauptebene im Verschweißung praktisch über die gesamte .lefe der allgemeinen eine V-förmige Stellung zueinander ein. Schweißnaht. Bei der Schlankheit des Ladungstrager-Im Grenzfall können die zu verschweißenden Teile Strahls setzte dies aber voraus, daß an die Kreisform auch parallel zueinander ausgerichtet sein, was we- des Schweißguts äußerst hohe Anforderungen gesteMt gen der leichten Ablenkbarkeit von Ladungsträger- 35 werden mußten, da ansonsten die Schweißung ment strahlen keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Strahl- an der Nahtstelle verlief. Diese Forderung führte aut führung verursacht. Durch die symmetrische Aus- Grund der Eigenheiten bei der Massenfertigung richtung der Ladungsträgerstrahlquelle zu den Dreh- immer wieder zu Ausschuß. Mittels der erhndungsachsen der Halterungen und damit zu den Werk- gemäßen Vorrichtung kann ein solches Schweißverstücken selbst ist es möglich, den gleichen Ladungs- 40 fahren nunmehr verlassen werden. Bei dem ernnträgerstrahl abwechselnd auf die Schweißstellen bei- dungsgemäßen Betriebsverfahren wird die Lage des der Werkstücke zu richten. Zur Erfüllung dieses Ladungsträgerstrahls zur Schweißnaht um etwa 90 Zwecks wird gemäß einer Weiterbildung der Erfin- geschwenkt und die Sch we· ßung wird ourch den dung dafür Sorge getragen, daß die Halterungen für hochgestellten Rand des scheibenförmigen Teils hindas Schweißgut bei geschlossener Vakuumkammer 45 durch ausgeführt. Hierbei steht furden Angriff des einen solchen Abstand besitzen, daß die der Ein- Ladungsträgerstrahls eine wesentlich größere Breite trittsöffnung für den Ladungsträgerstrahl jeweils ab- zur Verfügung, nämlich praktisch die gesamte Hone gewandten Umfangsteile des Schweißguts einander des hochgestellten Randes. Toleranzen bzw. schlage so nahe gegenüberliegen, daß der Ladungsträgerstrahl im Schweißgut sind hierbei von untergeordneter Beabwechselnd auf beide Schweißstellen ablenkbar ist. 50 deutung.

Die Bewegung der Wandelemente und damit des Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgernalien

Schweißguts kann auf verschiedene Weise erfolgen. Vorrichtung sei nachfolgend an »and der Hgur Es ist beispielsweise denkbar, die Wandelemente an näher beschrieben, die einen Vertikalschmtt durch die einer Geradführung anzuordnen, auf der sie parallel gesamte Schweißmaschine zeigt. zu ihrer Ausgangstage verschiebbar sind. Aus Grün- 55 In der Figur ist mit 1 eine Ladungstragerstranlden der Raumersparnis, einer möglichst einfachen quelle bezeichnet, die im vorliegenden Fall als blek-Konstruktion und Zugänglichkeit der Halterung ist es tronenstrahlgenerator ausgeführt ist. In diesem wiro jedoch besonders zweckmäßig, die Wandelemente ein vollbeschleunigter, sch anker ^Ele^^tr2ⁿff""; zum Zwecke der Ausführbarkeit einer Schwenkbewe- erzeugt, der über ein Strahlfuhrungsrohr Z aus der gung an der Vakuumkammer anzulenken. Dabei ist 60 Ladungsträgerstrahlquelle austritt. Im Innern der es besonders vorteilhaft, die Schwenkachse an eine Ladungsträgerstrahlquelle, d.h. in der Umgemmg Stelle unterhalb der Halterung zu verlegen. Beim der Kathode, ist ein Hochvakuum .e[^rei.^chbay;T*¹" Herausschwenken der Wandelemente um beispicls- ches besser oder gleich 10- Torr ist Am unteren weise 90° und bei einer Anordnung in Bauchhöhe der Ende der Ladungsträgerstrahlquelle befindet sich, das Bedienungsperson ergibt sich somit eine Beschik- 65 Strahlführungsrohr 2 umgebend, eine /uiien*einh«i J kungsposition füi die Halterung, die außerordentlich für die seitliche Ablenkung eines Ladungstragergut zugänglich ist und eine einfache Bedienung ge- Strahls 4. Sämtliche Einzelheiten einer solchen Lastetet ⁵ dungsträgerstrahlquelle sind jedoch Stand der Tech-

nik, so daß auf weitere Ausführungen an dieser allerdings spiegelbildlich angeordnet. Bei Schwen-

Sielle verzichtet werden kann. kung in die Betriebslage analog der Darstellung in

Der Ladungsträgerstrahl 4 tritt über eine in der der rechten Zeichnungshälfte bewegt sich der Spann-Zeichnung nicht im einzelnen dargestellte Druck- dom 16 auf einer Kreisbahn 27 und nimmt die mn stufenstrecke 5 in die eigentliche Vakuumkammer 6 5 teilweise dargestellte Position innerhalb der Vakuuniein, deren Höhenabmessungen die Breitenabmessun- kammer 6 ein. Die Schweißmaschine befindet sich gen wesentlich übersteigen. Die Vakuumkammer 6 nunmehr in Betriebsbereitschaft, wird unter anderem von zwei seitlichen Begrenzungs- In der Figur ist zu erkennen, daß die Achsen dtt wänden 7 und 8 gebildet, in denen Ausschnitte 9 und beiden Halterungen 15 im Betriebszustand, d. h. bei 10 von einer solchen Abmessung angeordnet sind, io allseitig geschlossener Vakuumkammer 6 unter einem daß das Schweißgut 11 und 12, im vorliegenden stumpfen Winkel von etwa 155° zueinander stehen. Falle zwei Anlasserräder, in der Arbeitslage in die Infolge dieser geometrischen Anordnung schließen Vakuumkammer 6 einführbar ist. die Hauptebenen des Sctiweißguts 11 bzw. 12 den

In der rechten Zeichnungshälfte ist die Schweiß- betreffenden Komplementärwinkel von etwa 25^D maschine in Betriebsposition dargestellt. Der Aus- 15 zwischen sich ein, bilden also ein schwach geöffne -schnitt 10 in der seitlichen Begrenzungswand 8 ist tes V- Die Achse des nicht abgelenkten Ladungsdurch ein bewegliches Wandelement 13 vakuumdicht trägerstrahls 4, die mit der Achse der Ladungsträgerverschlossen. In dem Wandelement ist eine Halte- strahlquelle 1 identisch ist, stimmt auch mit der rung 15 angeordnet, die aus einer unter einem kleinen Symmetrieachse des Schweißguts Ii bzw. 12 überein. Winkel zur Waagerechten liegenden Drehachse mit ao Bei Beaufschlagung der Ablenkeinheit 3 mit einer einem Spanndorn 16 für das Schweißgut 12 besteht. Ablenkspannung verändert der Elektronenstrahl Ί Ein Spannzylinder 17 dient zur Ent- und Verriege- seine Lage parallel zur Zeichenebene. Durch Regelung des Schweißguts 12. Die Rotation der Halte- lung der Ablenkspannung kann der Elektronenstrahl rung 15 wird mittels eines Elektromotors 18 unter in die beiden gestrichelt dargestellten Positionen ge-Zwischenschaltung eines Getriebes 19 bewirkt. An 35 bracht werden, in denen die Verschweißung durcli einer unter der Halterung 15 liegenden Stelle ist das den hochgestellten Rand des scheibenförmigen Teil ■ Wandelement 13 mittels eines Gelenks 20 schwenk- des Schweißguts 11 bzw. 12 hindurch erfolgt. D;i bar gelagert. Die Schwenkbewegung erfolgt durch während des Schweißvorganges die Halterungen lii einen Hydraulikzylinder 21 über eine Schubstange 22, eine Rotation ausführen, entsteht am Schweißgu die an einem Betätigungswinkel 23 des Wandelements 3° eine umlaufende Schweißnaht. Es ist dabei möglich. 13 befestigt ist. Der Hydraulikzylinder 21 ist zwecks mit dem Elektronenstrahl zunächst die Schweißnah Aufnahme der Reaktionskräfte an dem der Schub- an dem einen Schweißgut fertigzustellen und danach stange 22 abgewandten Ende an einem Maschinen- diejenige am anderen Schweißgut, es ist aber auch rahmen 24 befestigt. denkbar, den Elektronenstrahl mit höherer Frequen:

In der linken Zeichnungshälfte ist die Schweiß- 35 abwechselnd in die beiden gestrichelt dargestellter maschine in der Beschickungsposition dargestellt. Lagen auszulenken, so daß die Schweißung an\ Ein dem Wandelement 13 gegenüberliegendes Wand- Schweißgut 11 und am Schweißgut 12 quasi gleichelement 14 ist mittels eines Hydraulikzylinders 25 zeitig ausgeführt wird. In jedem Falle genügt für die um ein Gelenk 26 um 90° geschwenkt worden, so Ausführung der Schweißungen ein einziger Ladungsdaß das bewegliche Wandelement 14 die !Position 40 trägerstrahl und infolgedessen auch nur eine einzige einer horizontalen Tischplatte hat. Der übrige Auf- Ladungsträgerstrahlquelle. Ferner ist es für die Ausbau und die Einbauten des Wandelements 14 sind führung der Schweißung lediglich einmal erfordervöllig identisch mit denen des Wandelements 13, lieh, die Vakuumkammer 6 zu evakuieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

die mit Vakuumschleusen und durch diese Schleusen Patentansprüche: hindurchgehenden Transporteinrichtungen für die zu

1. Maschine zum Verschweißen von scheiben- bearbeitenden Werkstücke ausgestattet sind Die förrcigen Teilen mit hochgestelltem Rand und Vorrichtung ist daher sehr aufwendig konstruiert, ringförmigen Teilen, vorzugsweise von Anlasser- 5 Zur Verkürzung der Taktzeiten werden die Werkrädern und Zahnkränzen, entlang einer zylindri- stücke in der gleichen Vakuumkammer abwechselnd sehen Berührungsfläche durch Ladungsträger- in zwei unterschiedlichen Positionen geschweißt, strahlen im Vakuum, bestehend aus zwei dreh- Zwar wird hierfür nur eine einzige Elektronenstrahlbaren Halterungen für die paarweise Aufnahme quelle benötigt; diese muß jedoch verfahrbar und mit von Schweißgut, wobei jede Halterung an einem io höchster Genauigkeit positionierbar ausgebildet sein, beweglichen, die Projektion des Schweißguts Hierdurch wird der konstruktive Aufwand weiter überragenden Wandelement einer Vakuumkam- vergrößert. Die vorbekannte Maschine ist eine sogeraer angeordnet ist,^: welche mit einer Quelle für nannte Hochvakuum-Maschine, bei der die eigenteinen gebündelten Ladungsträgerstralil in Ver- liehe Vakuumkammer zum Zwecke einer Beschikbindung steht dadurch gekennzeichnet. 15 kung nicht geflutet zu werden braucht. Dies wird daß die Wandelemente (13, 14) an zwei gegen- durch die aufwendige Anordnung der beschriebenen überliegenden Stellen einer gemeinsamen Va- Schleusen- und Beschickungsemnchtungen erreicht. kuumkammer (6) angeordnet sind, daß die Dreh- Durch die USA.-Patentschrift 3535487 ist es achsen de*· Halterungen (IS) bei geschlossener femer bekannt, einzelne Werkstücke in eine mit Vakuumkammer einen Winkel zwischen 120 und ao Elektronenstrahlkanonen bestückte Vakuumkammer 180° einschließen und daß die Symmetrieachse einzufahren, die der Geometrie der Werkstücke eng der Ladungsträgerstrahlquelle (1) im wesent- angepaßt ist. Die bekannte Vorrichtung gestattet liehen symmetrisch zu den Drehachsen der Hai- jedoch nur das Einbringen eines einzigen Werkstücks terungen ausgerichtet ist in die Vakuumkammer, so daß zwischen den Schweiß-

2. Schweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch as vorgängen an zwei Werkstücken jedesmal geflute, gekennzeichnet, daß die Halterungen (15) bei ge- und evakuiert werden muß. Eine Möglichkeit zur schlossener Vakuumkammer (6) einen solchen Ausführung von Relativbewegungen zwischen Werk-Abstand besitzen, daß die der Eintrittsöffnung für stück und Elektronenstrahlkanonen ist gleichfalls den Ladungsträgerstrahl jeweils abgewandten nicht vorgesehen.

Umfangsteile des Schweißguts einander so nahe 30 Eine Schweißmaschine der eingangs beschriebenen

gegenüberliegen, daß der Ladungsträgerstrahl ab- Art ist beispielsweise durch den Sonderdruck aus

wechselnd auf beide Schweißstellen ablenkbar ist. »PRODUCTION«, November 1967, »Electron Beam

3. Schweißmaschine nach Anspruch 1 und 2, Welding Goes Mass Production« von Vearl A. dadurch gekennzeichnet, daß die Wandelemente Williams, vorbekiinnt. Die dort beschriebene Ma-(13, 14) zum Zwecke der Ausführbarkeit einer 35 schine ist eine Tandemanordnung von zwei voll-Schwenkbewegung an der Vakuumkammer (6) ständigen Schweißmaschinen, die jeweils aus drehangelenkt sind. baren Halterungen und Ladungsträgerstrahlquellen

bestehen. Eine quasi-kontinuierliche Betriebsweise

wird durch abwechselnden Betrieb beider Schweiß-