DE2453588A1

DE2453588A1 - Gesteuerte schweisseinrichtung

Info

Publication number: DE2453588A1
Application number: DE19742453588
Authority: DE
Inventors: John William Crayton; Clyde Elmer Fulton; Howard Adolph Hansen
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1974-11-08
Publication date: 1975-05-22
Also published as: JPS50112251A; US3924094A; BR7407815D0; BE819956A; GB1486636A; FR2251401B1; CA1025062A; FR2251401A1

Description

Hamburg, den 11. Oktober 1974 164874 .1249 PUJ

Priorität: 15. November 1973, U.S.A., Pat.Anm.Nr. 415,939

Anmelder; 2453588

Caterpillar Tractor Co.
Peoria, 111., U.S.A.

Gesteuerte Schiueißeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schiueißeinrichtung, die mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, weiche einen Schmeißkopf oder eine Schweißelektrode in der richtigen Lage mit Bezug auf eine zu schmeißende Naht hält.

Bei vielen Herstellungsgängen ist es erforderlich, große, unregelmäßig geformte 'Werkstücke über verhältnismäßig lange Schweißnähte zu schweißen. Ein Beispiel dafür ist die Herstellung großer Erdbearbeitungsmaschinen. Viele dieser

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Schweißarbeiten werden in sogenannten halbautomatischen Verfahren ausgeführt. Der Schweißbrenner oder die Schweißelektrode wird dann von Hand gehalten und geführt. Die Zuführung des Drahtes oder der Elektrode und des Schutzgases wird jedoch selbsttätig gemäß vorher eingestellter Steuerungen an der Kraftversorgung und der Gasquelle reguliert. Bei entsprechenden Voraussetzungen kann die Schu/eißleitung dadurch gesteigert werden, daß unter Verwendung einer "Schweißmaschine gearbeitet wird. Bei einem solchen Verfahren ist die Schweißmaschine mit einsr entsprechenden Kraftversorgung und Steuerungen versehen, so daß die Maschine die Elektrodenführung und -einstellung leistet, während eine Arbeitskraft die Steuerungseinrichtungen zur Führung der maschine betätigt und überwacht. In diesem Fall werden die Schweißbrenner oder -elektrodenbewegung, deren Geschwindigkeit und/oder das Ausmaß der Drahtzuführung auf einem Niveau gehalten, das durch entsprechende Einstellung der Steuerungseinrichtungen bestimmt wird. Das Schutzgas wird gemäß einer vorbestimmten Einstellung der Gassteuerungseinrichtungen reguliert.

Die US-PS 3,171,012, 3,568,029 und 3,612,818 zeigen Schweißmaschinen, die mit einer Abtastvorrichtung ausgestattet sind, die die Aufgabe hat, die Schweißköpfe zu stellen. In dem Verwsndungsbereich, für den diese Maschinen eigentlich vorgesehen sind, sind sie verhältnismäßig leistungsfähig. Eine Prüfung zeigt jedoch, daß bei jedem dieser Systeme die Verwendbarkeit begrenzt ist« Zum Beispiel muß nach der US-PS

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3,171,012 das Werkstück bei Verwendung der Maschine gedreht werden. In manchen Fällen, insbesondere, wenn das Werkstück groß und unregelmäßig geformt ist und/oder die herzustellende Schweißnaht eine unregelmäßige Form hat, kann eine solche Drehung des Werkstückes äußerst schwierig oder unmöglich sein. Nach der US-PS 3,568,029 muß ein Nocken und ein Nockenfolgeglied vorgesehen sein, um das erforderliche Maß an Bewegung des Schweißkopfes zu gewährleisten. Die Form des Nockens soll sich dabei aus der Form der zu schweißenden Naht ergeben. Das heißt, daß eine Einrichtung nach der US-PS 3,568,029 nicht ohne weiteres und einfach zur Schweißung einer Vielzahl von Schweißnahtformen anpaßbar ist. Die Einrichtung nach der US-PS 3,612,818 ist nur verwendbar für Schweißungen in einer geraden Fuge. Die Einrichtung ist mit einem Element versehen, das in einer solchen Fuge entlangfährt, um gemäß Änderungen in der Schweißfuge einen Hebel auf- und abzuschwenken.

Demnach zeigt keine der erwähnten Veröffentlichungen eine maschine, die für Werkstücke verwendbar ist, an denen eine unregelmäßig geformte Naht oder Fuge geschweißt werden soll, wobei die Einstellung der Schweißvorrichtung gegenüber der zu schweißenden Fuge allein von einer dem Werkstück zugeordneten Abtastvorrichtung abhängt, die in der Fuge entlangbewegt wird.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Lichtbogenschweißeinrichtung für Schmelzschweißverfahren, und zwar eine

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Einrichtung, die zur gesteuerten Ablagerung des Metalls der den Zusatzwerkstoff liefernden Elektrode in einer Schweißfuge elektromechanische Abtaster verwendet, die die Steuerungsvorrichtungen der Einrichtung mit Information versorgen. Die Information umfaßt die senkrechte Höhe der Schweißelektrode über dem Werkstück, die Richtung, in der sich die Schmeißfuge erstreckt, und die Querschnittsfläche der Schweißfuge. Diese Signale bewirken, daß die Steuerung'seinrichtungen der Schweißmaschine in den Zustand gebracht werden, in dem sie die Schweißelektrode genau in der X-, Y- und Z-Richtung einstellen und ferner die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektrode und/oder das Ausmaß der Elektrodenzuführung regulieren können. Die Erfindung ermöglicht dadurch eine genaue Ablagerung des Schweißmaterials in einer Fuge, deren Verlauf in der Waagerechten und/oder Senkrechten sich ändern kann. Ferner kann eine Fuge, deren Querschnitt sich beträchtlich ändern kann, bis zur richtigen Höhe mit dem Schuieißmaterial gefüllt werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erfüllt diese Aufgaben und führt eine Schweißung in der vorgesehenen Weise zuverlässig aus, ohne daß eine Nockenvorrichtung zur Einstellung des Schweißkopfes in einer der Einstellrichtungen verwendet werden muß.

Die Erfindung sieht weiter vor, zur Erfüllung der hler erläuterten Aufgaben eine Abtastvorrichtung zu verwenden, die

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eng benachbart zum Schweißkopf eingesetzt wird, jedoch so gebaut und eingerichtet ist, daß sie einer Ansammlung von Schu/eißspritzern und einem schädigenden Einfluß Widerstand entgegensetzt.

Weiter ist hervorzuheben, daß mit der Erfindung eine Schweißeinrichtung geschaffen wird, die sich durch verhältnismäßig einfachen Aufbau und luirksame Arbeitsweise zusätzlich zur Erfüllung der oben ermähnten Forderungen auszeichnet.

Allgemein betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Schweis· sung von festliegenden Werkstücken entlang einer von den Stücken begrenzten Fuge. Diese Einrichtung weist eine Halterung auf, die entlang irgendeinem veränderlichen Weg bewegbar ist, und ferner eine Schweißvorrichtung, die mit der Halterung verbunden und mit dieser bewegbar ist. Der Halterungsvorrichtung sind Abtastmittel zugeordnet und ebenfalls allgemein mit dieser bewegbar. Die Abtastmittel weisen einen Teil auf, der sich in die Fuge hinein bis zur Berührung mit einem Teil der Fuge erstreckt; die Schweißvorrichtung wird benachbart zu den Abtastmitteln und der Fuge gehalten. Die Vorrichtung ist weiter mit Mitteln versehen, um die Halterung in irgendeiner Richtung zu bewegen, so daß die Halterung sich dadurch entlang irgendeinem veränderlichen Weg bewegen kann. Durch Betätigung dieser Bewegungsvorrichtung für die Halterung bewegt sich auch die Abtastvorrichtung allgemein

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entlang der Fuge.

Die Abtastvorrichtung und die Bewegungsvorrichtung für die Halterung sind derart verbunden, daß die Schweißvorrichtung in Abhängigkeit von der Bewegung der Abtastvorrichtung entlang der Fuge ebenfalls allgemein entlang der Fugs bewegt u/ird, um Schuieißmaterial in der Fuge kontinuierlich abzulagern. Zu der Abtastvorrichtung gehören mittel zur Abtastung der Fugenbreite, während die Vorrichtung der Fuge entlangläuft, wobei diese Mittel derart mit der Abtastvorrichtung und der Schweißvorrichtung verbunden sind, daß die Menge des in der Fuge abzulagernden Materials erhöht oder verringert wird im Verhältnis zur abgetasteten Vergrößerung oder Verkleinerung der Fugenbreite.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Erfindung ausführlich erläutert und dargestellt ist. Es zeigen :
Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen

Schweißeinrichtung, teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine Seitenansicht entsprechend der Linie

H-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung

der Steuerung für eine Schweißeinrichtung

nach Fig. 1 und 2, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer abgewandelten

Steuerung für eine erfindungsgemäße Schweiß»

einrichtung,

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Fig. 5A einen Querschnitt durch eine schmale, im

wesentlichen 3-förmige Fuge, in die ein.. erfindungsgemäßer Taster hineinreicht,

Fig. SB eine der Fig. 5A.ähnliche Darstellung, bei

der jedoch die Fuge mittlere Breite und Tiefe aufweist,

Fig. 5C eine den Fig. 5A und 5B ähnliche Darstellung

einer verhältnismäßig breiten und tiefen Fuge mit 3-förmigem Querschnitt und

Fig. 6 das äußere Ende des Tasters in der gewünsch

ten Ausrichtung beim Eingreifen in eine Fuge mit M- oder U-förmigem Querschnitt.

Einen wichtigen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung bildet eine besondere Anordnung von Abtastmitteln und Meßwertumformern in Gestalt von Potentiometern, siehe Fig. 1. Diese Figur zeigt eine Schuieißelektrodenanördnung 10 in ihrer Lage über einer Schweißnaht oder -fuge 12, die vonWerkstücken 14 begrenzt wird. Die allgemeine Bewegungsrichtung der Anordnung 10 wird durch einen Pfeil 16 gekennzeichnet.

Übliche Schweißmaschinen sind mit Steuerungen versehen, die der Maschinenbedienung ermöglichen, die Elektrodenanordnung gegenüber den Werkstücken 14 in der X- und Y-Richtung und ferner auch das Elektrodenende senkrecht in der Z-Richtung einzustellen. Wenn die Steuerungen so eingestellt sind, daß die Elektrode 18 mit konstanter Geschwindigkeit vorrückt,- ^;

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kann der beaufsichtigende Arbeiter die Steuerungen betätigen, um die Elektrode 18 in der Fuge 12 zentriert zu halten. Ferner kann die Bewegungsgeschtuindigkeit der Elektrodenanordnung in Richtung des Pfeiles 16 allgemein so geändert werden, daß das Schweißmaterial in der Fuge 12 bis zu der richtigen Höhe genau abgelagert wird. Stattdessen kann auch mit konstanter Geschwindigkeit der Elektrodenanordnung gearbeitet werden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Beide Arbeitsweisen erfordern während der ganzen Zeit die Aufmerksamkeit einer ausgebildeten Arbeitskraft, besonders dann, wenn die Fuge 12 einen unregelmäßigen l/erlauf und ungleichförmigen Querschnitt aufweist.

Zur Automatisierung des Arbeitsablaufes in einer Schweißmaschine ist eine Meßwertumwandlungseinrichtung 20 vorgesehen, deren Drehachse mit der Achse der Elektrode 18 zusammenfällt. Die Umwandlungseinrichtung 20 weist ein allgemein zylindiisches Gehäuse 22 auf, das drehbar auf dem Halterungsgehäuse 23 der Elektrodenanordnung 10 mit Lagern 24 angeordnet ist. An einer platten Fläche des Gehäuses 22 ist mit Bolzen eine Halterung 26 befestigt, die um die Längsachse der Elektrode 18 gegenüber dem Halterungsgehäuse schwenkbar ist. Ein allgemein L-förmiger Hebelarm 30 und ein U-förmiger Hebelarm 32 werden Seite an Seite nebeneinander am unteren Teil der Halterung 26 durch eine Achse gehalten, so daß sie um eine gemeinsame Achse quer zur Schwenkachse der Halterung 26 schwenken können. Die Hebel 30,32

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sind gewöhnlich durch Federn 36, 38 vorgespannt, die an ihrem einen Ende jeweils an der Halterung 26 befestigt sind.

Der obere Abschnitt des zylindrischen Gehäuses 22 ist mit einem Zahnkranz oder -flansch 40 versehen, der zwei Zwecken dient, wie noch erläutert wird. Ein fester Trägeram 42 ist am Halterungsgehäuss 23 der Elektrodenanordnung 10 über der UJandlervorrichtung 20 befestigt und trägt ein Sinus-Cosinus-Potentiometer 44, ein elektrisch betätigte Kupplung 46 und einen Stellmotor 48. Das Sinus-Cosinus-Potentiometer 44 hat eine gemeinsame Schaltwelle 50, die am unteren Ende mit einem Zahnrad 52 -versehen ist, das mit dem Zahnkranz 40 kämmt, der zu einem Bauteil mit dem Gehäuse 22 verbunden ist.

An dem Ende des unteren Schenkels des Hebels 32 ist ein Taster 54 so angeordnet, daß«er der Elektrode 18 benachbart liegt. Der Taster 54 ist ein Dorn oder Finger aus gehärtetem Metall und kann daher in unmittelbarer Nähe eines Schweißkichtlfogens benutzt werden, ohne dadurch beeinträchtigt zu werden oder zu einer Ansammlung von Schweißspritzern zu neigen.

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Vorzugsweise ist der Taster 54 aus Wolframcarbid hergestellt und mit Titannitrid überzogen, wodurch sich eine besonders gute Verschleißfestigkeit ergibt. Die Achse 56 des Tasters 54 ist um 30 aus der Senkrechten in Bewegungsrichtung 16 gekippt, um die Spurlaufeigenschaften zu verbessern. Das äußere Ende des Tasters 54 meist eine Kegelfläche 58 auf, die von einem 60 -Kegel gebildet wird und sich in Richtung der Fuge 12 verjüngt. Die Kegelfläche 58 steht mit den schräg zulaufenden Flächenabschnitten in ständiger Berührung mit den Seitenkanten der Fuge 12.

Zur Vorbereitung einer Schiueißung werden die Steuerungseinrichtungen so betätigt, daß die Elektrode 18 über einer zu schweißenden Fuge 12 steht. Sodann werden die Steuerungsvorrichtungen betätigt, um die Kupplung 46 und den Motor 48 zu erregen bzw. einzuschalten. Dadurch veranlaßt, wird die Vorrichtung 20 mittels des Getriebes 60, der Potentiometerwelle, den Zahnrädern 52 und 40 gedreht und damit der Taster 54 über die Fuge 12 vor der Elektrode 18 gestellt. Danach werden die Kupplung 46 und der Motor 48 abgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird durch die Steuerung die Elektrodenanordnung 10 in die gewünschte Nähe des Werkstückes 14 nach unten gefahren, da von einem Abstands-Meßwertumsetzer, wie noch besprochen wird, ein Fehlersignal abgegeben wird. Durch diesen Vorgang wird der Taster 54 mit der Fuge 12 in Eingriff gebracht.

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Während das Schweißvorganges läuft der Taster 54 vor der Elektrode 18 in der Fuge 12 entlang. Irgendeine Änderung in der Richtung der Fuge 12 veranlaßt den Taster 54, die Vorrichtung 20 um die Elektrodenanordnung-10 zu drehen, und das Zahnrad 40 treibt das Zahnrad 52 an, um die Lage der Kontaktarme im Sinus-eosinus-Potentiometer 44 zu ändern. Der Sinusteil des Potentiometers 44 erzeugt ein Signal, das kennzeichnend ist für die gewünschte Beiuegungsgeschwindigkeit der Elektrodenanordnung in der Y-Richtung; entsprechend erzeugt der Cosinus-Teil ein Signal, das die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit in der X-Richtung anzeigt. Diese Signale werden den Steuereinrichtungen zugeführt, die die Elektrodenanordnung in der X- und Y-Richtung stellen, so daß sich daraus ein Richtungsvektor ergibt, der der Richtung der Fuge 12 entspricht.

Am Hebelarm 30 ist ein Taster 53 befestigt, der über die Oberfläche des Werkstücks 14 parallel zur Fuge 12 mährend des Schiueißvorganges gleitet und dadurch einen wirksamen Abstandsfühler oder Oberflächenfolgeglied bildet. D_er Taster 53 hat dieselben metallurgischen Eigenschaften uiie der Taster 54. Der Taster 53 kann z.B. am Hebel 30 angeschweißt oder mit anderen Mitteln entsprechend befestigt saLn. Das obere Ende des Hebels 30 ist in Kontakt mit einem Betätigungs- oder Schaltorgan eines Abstandsmeßwertwandlers 62, der als lineares Potentiometer ausgebildet ist. Der Wandler 62 ist am Träger 26 angeordnet. Durch irgendeine Änderung in der

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Oberflächenform des Werkstückes 14 werden die Taster 53, 54 allgemein nach oben oder unten mit Bezug auf die Elektrodenanordnung 10 und den Träger 26 bewegt und veranlassen dadurch die Hebel 30, 32, gleichzeitig um die Achse 34 zu schwenken und den Schaltarm des Wandlers 62 zu bewegen. Am Ausgang des U/andlers 62 erscheint ein Signal, das kennzeichnend für die tatsächliche senkrechte oder Z-Stellung der Anordnung 10 ist und in der Steuerung der Schweißeinrichtung verwendet werden kann, um selbsttätig die Elektrode in unmittelbarer Nähe des Werkstücks zu halten.

Der Hebelarm 32 trägt an seinem unteren äußeren Ende den Taster 54 und an seinem oberen Ende einen Fugen-Breiten-Umsetzer 64. Der Umsetzer oder Wandler 64 ist ebenfalls ein lineares Potentiometer. Der Hebel 30 ist in Kontakt mit dem Auslöser für den Wandler 64, und solange die Hebel 30, 32 stationär zueinander liegen, bewegt sich der Kontakt- oder Schaltarm dieses Wandlers nicht. Falls jedoch sich die Breite der Fuge 12 ändert, läuf_ft der Folgestift 54 auf- oder abwärts gegenüber der Oberflächenebene der Werkstückanordnung 14, da die konische Fläche 5B in Berührung mit den Kantenabschnitten der Fuge 12 steht. Aufgrunddessen wird das Ausgangssignal am Wandler 64 geändert. Das Signal vom Fugen&Breiten-Umsetzer steht in Beziehung zlur Tiefe der Füllung und kann der Steuerung der Schweißeinrichtung verwendet werden, um auf eine von zwei verschiedenen, noch im Zusammenhang mit den

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Fig. 3 und 4 zu erläuternden Arten die richtige Einstellung zu ermöglichen.

Die mechanische Anordnung des Bahnrandlers 20 und der verschiedenen Taster und Wandler lassen erkennen, daß Änderungen in der Richtung der Fuge 12 stets eine Drehung des Sinus-Cosinus-Potentiomaters 44 verursachen, die zur Einstellung der Elektrodengeschwindigkeit in der X- und Y-Richtung auf den richtigen Uektor-Winkel bzw. die richtige Gesamtrichtung führt. Falls die Fläche des Werkstückes 14 gewellt ist, mährend die Breite der Fuge 12 gleich bleibt, bewegen sich die Hebel 30 und 32 zusammen. Dadurch wird lediglich der Näheniuandler 62 geändert, da der Fugen-Breiten-Wandler 64 auf dem Hebel 32 sitzt. Irgendeine Änderung in der Breite der Fuge 12 veranlaßt die Kegelfläche 58 zur Auf- oder Abwärtsbewegung. Dadurch wird eine Änderung in der Relativlage der Taster 53 und 54 bewirkt, was wiederum zu einer Änderung allein im Wandler 64 führt. Diese Anordnung ermöglicht zwischen den Elementen zum Abtasten der Nähe und der Fugenbreite eine Differentialbeziehung, die in erster Linie durch mechanische Mittel anstelle elektrischer hergestellt wird.

Fig. 2 ist eine Vorderansicht der Bahn-Wandleranordnung 20, gesehen von der Linie H-II der Fig. 1. Diese Ansicht zeigt auch den Taster 54, dessen Mittellinie 56 einen Winkel von 17° gegenüber der iYlittellinie 66 der Elektrode 18 hat. Dies

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ist zusätzlich zu der 30°-Kippung, die in der Beschreibung in Bezug auf Fig. 1 ermähnt morden ist, um die Nachführungseigenschaften stabil zu halten. Diese 17°-Seitiuärtsneigung des Tasters 54 hat sich für eine besondere Gruppe von Bedingungen als am günstigsten herausgestellt.

Fig. 3 zeigt die Elektrode und die Bahniuandleranordnung aus Fig. 1 im Zusammenhang mit einem als Blockdiagramm dargestellten Steuersystem für Schiueißmaschinen. Die Einrichtung nach Fig. 3 bildet ein Steuersystem, bei welchem die Führung, die Nähe und die Elektrodenlaufgeschwindigkeit selbsttätig gesteuert werden. Die Zuführgeschwindigkeit des Elektrodenmaterials 18 wird von Hand auf einen konstanten Wert eingestellt. Die Elektrodenanordnung 10 kann über irgendeinen veränderlichen Weg bewegt werden, d.h. entlang der X-, Y- und Z-Achse, wobei übliche Mittel vorgesehen sind, um die Elektrodenanordnung 10 derart zu bewegen. Die Elektrode 18 bewegt sich dementsprechend mit der Anordnung 10.

Eine übliche Drahtzuführung 71 ist vorgesehen, um die Elektrode 18 dreh die Elektrodenanordnung 10 in Richtung auf da· Werkstück 14 zu bewegen. Die Zuführung 71 wird durch nicht dargestellte Steuerungseinrichtungen der Schweißmaschine überwacht, die die Drahtzuführungsgeschwindigkeit einstellen und stabilisieren, nachdem die Einrichtung in Tätigkeit gesetzt worden ist.

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Vor dem Beginn eines Schweißvorganges werden von Hand an der Steuerung der Schweißmaschine folgende Einstellungen vorgenommen:
1.' Die Zuführgeschwindigkeit für die Drahtzuführung 71,

2. den gewünschten Füllungsprozentsatz am Stromeingang des Fugen-Breiten-UJandlers,

3. die Nähe der Elektrodenanordnung zum Werkstück am SoIl-Z-Eingang des Z-Summierungsanschlusses 100,

Steuerungskomponenten, welche Funktionen erfüllen, die denjenigen der Elemente 71, 72, 74 und 76 der Fig. in üblichen Schweißmaschinensteuerungen entsprechen, sind an sich bekannt und werden deshalb hier nicht im einzelnen erläutert. Mit der Erfindung wird eine Einrichtung geschaffen, um veränderliche Werte der Schweißparameter aufzunehmen und Signale zu erzeugen, die für die Veränderungen kennzeichnend sind und an die üblichen Steuerungen abgegeben werden, damit während der Schweissung die Maschine selbsttätig geführt und gesteuert werden kann. Dadurch wird die Überwachung der maschine vereinfacht, die überwachende Arbeitskraft in ihrer Verantwortung entlastet und eine handwerkliche Abschätzung überflüssig gemacht, so daß mit der erfindungsgemäßen Schweißeinrichtung Schweißungen hoher Güte ausgeführt werden können.

Der Taster 54 bewegt sich allgemein mit dem Trägerköper 23 und führt die Elektrode 18 mit fortschreitender Schweißung in der Fuge 12 entlang. Eine Änderung in der Richtung der Fuge 12

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veranlaßt den Taster 54, eine Drehkraft auszuüben auf den Hebel 32, welche die Anordnung 20 dreht. Das Zahnrad 40 dreht daher das Zahnrad 52, uiie in Fig. 3 durch die mit 40, 52 bezeichnete Linie angedeutet ist, so daß die Stellung des Sinus-Cosinus-Potentiometers 44 geändert wird. Das Potentiometer 44 ist in Reihe mit dem Fugen-Breiten-lliandler 64 geschaltet, der sich nicht ändert, falls die Fugenbreite konstant ist. Unter diesen Umständen verursacht eine Drehung des Potentiometers 44 aufgrund der Drehung der Ulandleranordnung 20 eine Änderung in den Signalen auf den Leitungen 78 und 80; diese Signale entsprechenden den gewünschten X- bzw. Y-Geschwindigkeiten. Die Signale werden durch entsprechende Signalkonditionier-Schaltungen 82 und 84 angepaßt und in die entsprechenden Summieranschlüsse 86, 88 eingespeist. Das SoIl-X-Geschuiindigkeitssignal am Anschluß 86 wird durch einen Verstärker 90 weitergeführt, um den X-Antrieb und Verstärker 74 zu ändern und damit die Geschwindigkeit der Elektrodenanordnung in X-Richtung zu ändern. Das am Anschluß 88 anliegende SoIl-Y-Geschwindigkeitssignal wird durch einen Verstärker 92 weitergeführt, um gleichzeitig den Y-Antrieb und Verstärker 72 zu ändern und damit die Geschwindigkeit der Elektrodenanordnung in der Y-Richtung. UJenn die X- und Y-Antriebe derart geändert sind, wird die Ist-X-Geschwindigkeitsinformation durch einen Geschwindigkeitswandler 94 zum Anschluß 86 rückgekoppelt. Gleichzeitig wird die Ist-Y-Geschwindigkeitsinformation dem Anschluß 88 über einen entsprechenden Geschwindigkeitsiuandler

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zugeführt. Wenn dia Soll-Geschu/indigkaitssignale dan entsprechenden Ist-Geschwindigkeitssignalen gleichen, werden die X- und Y-Antriebe stabilisiert, und die Elektrodenanordnung 10 hat dann eine Ventor-Richtung, die für die Richtung der Fuge 12 richtig ist. Der Taster 54 beiuegt sich demnach allgemein so, daß er der Fuge 12 folgt, und in Abhängigkeit von dieser Bewegung des Tasters54 entlang der Fuge 12 wird die Elektrode 18 auch entlang der Fuge 12 geführt und Schweißmaterial in der Fuge 12 fortlaufend abgelagert.

Die Signalkonditionierschalfcungen 82 und 84 gleichen den Abstand zwischen dem Folgeglied 54 und der Elektrode 18, äiehe Fig. 1, dadurch aus, daß sie irgendeine Änderung in der Stellung in der Elektrode 18 bis zur richtigen Zeit v/erzögern.

Bei unveränderter Richtung und Breite der Schweißfuge 12 bleiben.die Geschwindigkeitssignale auf den Leitungen 78 und 80 fest. Änderungen in der Fugenbreite, die die Füllhöhe beeinflussen würden, falls der Geschwindigkeitsv/ektor und die Drahtzuführungsgeschwindigkeit konstant bleiben, werden durch den Taster 54 wahrgenommen, der sich in der Fuge 12 aufgrund solcher Änderungen aufwärts oder abwärts bewegt. Dadurch wird der Hebel 32 veranlaßt, den Fugen-Breiten-Uiandler 64 mit Bezug auf den Hebel 30 zu bewegen. Dies ändert die Schaltung, die aus Potentiometer 64 und Sinus-Cosinus-Potentiometer 44 besteht, in der Weise, daß gleichzeitig die Geschwindigkeitssignale auf den Leitungen 78, 80 geändert werden. Aufgrund-

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dessen wird die Elektrodenanordnung 10 veranlaßt, in angemessener Weise schneller oder langsamer zu fahren, so daß die Fuge 12 bis zur richtigen Höhe gefüllt wird, mährend das Ausmaß der Zuführung der Elektrode 18 konstant bleibt. Die Fahrgeschwindigkeit der Schweißelektrode 18 entlang der Fuge 12 u/ird also aufgrund einer Vergrößerung der Breite der Fuge 12 verringert, bzui. bei Verringerung der Fugenbreite erhöht.

Die Nähensteuerung u/ird dadurch ausgeführt, daß Erhöhungen auf der Fläche des Werkstückes durch den Taster 53 aufgenommen werden, der auf der Überfläche des Werkstückes 14 an der Schweißfuge 12 entlangläuft. Eine Bewegung des Tasters 53 bewegt über den Hebel 30 den Nähenwandler 62, dessen Signal durch einen dritten Signalkonditionierkreis 98 abgewandelt und durch einen Z-Summieranschluß 100 und einen Verstärker 102 weitergeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 102 wird in einen Z-Antrieb und Verstärker 76 eingespeist, wodurch die Elektrodenanordnung 10 angehoben oder gesankt wird. Ein Soll-Z-Einstellsignal wird dam Anschluß 100 mittels einer Voreinstellung an dar vorhandenen Schweißmaschinensteuerung zugeführt. Wenn die zwei Signale am Anschluß 100 einander angepaßt sind, hört die Z-Bewegung auf.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht demnach eine selbsttätige Führung und eine Steuerung mit Bezug auf die Einstellungsnähe und die Fugenfüllung_o Der Taster 54 veran-

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IaGt alle Wandler zur Drehung um die Achse der Elektrode Wenn die Bahnu/andleranordnung 20 sich dreht, dreht sich stets das Sinus-Cosinus-Potentiometer 44 ebenfalls. Der elektrische Eingang zum Sinus-Cosinus-Potentiometer 44 kommt worn Fugen-Breiten-U/andler 64 und ist die berechnete Vehtor-Geschiuindigkeit der Elektrodenanordnung 10, die erforderlich ist, um die Fuge 12 richtig zu füllen. Die elektrischen Ausgangssignale des Sinus-Cosinus-Potentiometers 44 bilden die X- und Y-Geschwindigkeiten, die erforderlich sind, um die berechnete Uektor-Geschwindigkeit zu erzeugen.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei welcher die Bahnwandleranordnung in einer Steuerung verwendet' wird, bei der die Vektorgeschwindigkeit der Elektrodenanordnung konstant ist und die Füllhöhe der Schu/eißfuge dadurch gesteuert lüird, daß die Zuführung der Elektrode geändert wird. Zusätzliche Steuerelemente für die Elektrodenzufuhren, wie bei 70 angedeutet, sind in die übliche Schweißmaschinensteuerung eingegliedert und ermöglichen diese Art der Füllungs· steuerung.

In dieser Schaltung wird die Führung der die \/ektorrichtung der Elektrodenanordnung in gleicher U/eise wie bei der mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Schaltung hergestellt. Das Sinus-Cosinus-Potentiometer 44 tuird von einem Potentiometer der Schuieißsteuerung erregt, das ein Soll-Geschwindickeitssignal für die Elektrodenanordnung erzeugt, und weist einen

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mechanischen Eingang (die Zahnräder 40,52) zur Änderung der Signale auf den Leitungen 78, 80 auf, um die erforderlichen Änderungen in der Vektorrichtung zu veranlassen. Die Nähensteuerung ist auch in gleicher Weise u/ie die in Fig. 3 ausgebildet.

Die Füllhöhe tuird durch einen zusätzlichen geschlossenen Regelkreis 70 für die Geschwindigkeit der Elektrodenzuführung gesteuert. Das Ausgangssignal des Fugen-Breiten-UJandlers 64, das die gewünschte Elektrodenzuführung darstellt, u»ird in eine Signalkonditionierschaltung 106 eingespeist, die in der bereits besprochenen U/eise gebaut ist und arbeitet, und geht von dort in einen Summieranschluß 108. Das Signal u/ird dann als Eingang an einen Verstärker 110 angelegt, dessen Ausgang in der Elektrodenzuführungseinrichtung 71 benutzt wird, um die geu/ünschte Änderung der Elektrodenzuführung zu erreichen. Die tatsächlidne Elektrodenzuführungsgeschiuindigkeit lüir'd über einen Geschuiindigkeitsujandler 112 auf den Anschluß 108 rückgekoppelt. UJenn die Signale von den Elementen 106 und 112 am Anschluß 108 gleich sind, stabilisiert sich der Verstärker 110, und die Elektrodenzuführungsanordnung 71 hält das Ausmaß der Elektrodenzuführung am Ausgang auf einem bestimmten Wert. Die Vektorgeschuiindigkeit der Elektrodenanordnung 10 hängt demnach nur von der Führungsinformation ab, und die Steuerung der Schuieißfugenfüllung u/ird erreicht, indem das Ausmaß der Zuführung des Elektrodenmaterials 18 geändert wird«'Die Zuführung am

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Material der Elektrode 18 zur Fuge 12 wird also in Abhängigkeit von einer Erhöhung der Breite der Fuge 12 erhöht und bei Abnahme der Breite der Fuge 12 verringert. In beiden Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 wird, falls eine Vergrößerung der Breite der Fuge 12 wahrgenommen ujird, die !Ylenge des in der Fuge 12 abgelagerten Schweißmaterials vergrößert. Umgekehrt wird, falls eine Verkleinerung der Fugenbreite wahrgenommen wird, die Menge des in der Fuge 12 abgelagerten Materials verringert.

Die Fig. 5A, 5B und 5C veranschaulichen den Vorteil, der sich daraus ergibt, daß die Mittelachse 56 des Kegelteiles 58, der am Taster 54 ausgebildet ist, seitlich um 17° gegenüber der Elektrodenmittellinie 66 gekippt ist, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene der UJarkstückanordnung 14 im Bereich der Taster 53, 54 steht. Es ist zu beachten, daß die Mittelachse 56 und die Mittellinie 66 sich am Fuß der D-förmigen Fuge 12 schneiden, d.h. an der Stelle, an der unabhängig davon, ob die Fuge 12 eng, mittel oder weit ist, die S^hweißung hergestellt werden soll. Aufgrund dieser Anwinklung ist die Spitze des Tasters 54 an dessen äußerstem Ende so richtig gestellt, daß die Elektrode 18 mit Bezug auf die Fuge 12 für die richtige Ablagerung des Schuieißmaterials in und entlang der Fuge 12 eingestellt werden kann.

In Fig* 6 ist der Taster 54 in einer V- oder U-förmigen Fuge dargestellt, wobei die Mittellinien 56, 66 des Tasters und

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der Elektrode zusammenfallen, um zu ermöglichen, daß die Schweißung am Fuß der Fuge 12 abgelagert u/ird. Für eine darartige Anwendung muß der Hebel 32, Fig. 1, geändert werden, um zu ermöglichen, daß das Folgeglied oder der Taster 54 ohne seitliche Kippung eingebaut mird. Die in Fig. 1 veranschaulichten 30 - und 6Q°-Beziehung würden aber beibehalten, um die Spurverfolgung zu erleichtern und eine Abtastung der Fugenbreite zu ermöglichen.

Die 17 -Kippung, die vorstehend für den Taster 54 erwähnt wird, wird gewählt, damit der Schweißbogen auf den Fuß der Schweißfuge 12 auftrifft. Dies führt auch zu einem besonders günstigen Schweißnahtquerschnitt und Festigkeit des Schweißungsbereiches, Eine Änderung dieses Uiinkels beeinflußt nicht die Fähigkeit, selbsttätig die Führung, den Abstand und die Füllung zu steuern, sondern wird sich auf die eben erwähnte Querschnittsform und Schweiöungsfestigkeit auswirken.

- PATENTANSPRÜCHE

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.J Einrichtung zum Verschmeißen einer Fuge an einem festliegenden Werkstück mit einer allseits bewegbaren Schweißvorrichtung und einer Abtastvorrichtung zu deren Steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißvorrichtung (10,18) mit einer allseits bewegbaren Trägervorrichtung (23) verbunden und durch die Trägervorrichtung bewegbar ist, an der Abtastvorrichtungen (53,30,54,32) angeordnet sind, die ebenfalls mit der Trägervorrichtung bewegbar sind und die ein Element aufweisen, das sich bis zur Berührung mit einem Teil der Fuge (12) in diese hinein erstreckt, wobei die Schweißvorrichtung benachbart zu den Abtastvorrichtungen und der Fuge liegt und die Abtastuorrichtungen nach Betätigung von Antriebsmitteln für den Träger sich allgemein entlang der Fuge bewegen und durch eine Uerbindungsvorrichtung (44,46,48) die Antriebsvorrichtung im Sinne einer Nachführung der Schweißvorrichtung in Abhängigkeit von der Bewegung der Abtastvorrichtungen entlang der Fuge steuerbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (32,54,58) zur Abtastung der Breite der Fuge während der Bewegung der Abtastvorrichtung entlang der Fuge und durch Verbindungsvorrichtungen (64,44; 64, 106, 108, 110, 71), die der Abtastvorrichtung und der Schwsiß-

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vorrichtung zur Erhöhung bzuj. Verringerung der in der Fuge abzulagernden Menge des Schujeißmaterials im Verhältnis zur abgetasteten Verbreiterung oder Verengung der Fuge zugeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Taster (53) benachbart zum Taster (54) der einen Tastvorrichtung angeordnet ist und einen Endabschnitt aufweist, der in Berührung mit dem Werkstück (14) in unmittelbarer Nachbarschaft der Fuge (12) steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißvorrichtung (10) eine Schweißelektrode (18) aufweist und dem Träger (23) ein Halterungsglied (26) schwenkfähig zugeordnet ist, so daß es um die Längsachse der Schweißelektrode schwenkfähig ist, wobei an dem Halterungsglied ein erster und ein zweiter Hebelarm (30; 32) um eine gemeinsame Achse, die quer zur Schwenkachse des Halterungsgliedes liegt, schwenkfähig angeordnet sind und jeweils fest angeordnet einen Taster (53 bzw. 54) tragen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (54) zur Wahrnehmung der Fugenbreite einen in Richtung der Fuge (12) sich verjüngenden Endabschnitt (58) aufweist, der in ständiger Berührung mit

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den Seitenkanten der Fuge steht, wobei eine Vorrichtung (62,64) die Unterschiede in der Bewegung des ersten und des zweiten Tasters aufnimmt und die Bewegung des ersten Tasters durch die Fugenbreite und die des zweiten Tasters durch die Oberflächenform des Werkstücks (14) in der Nachbarschaft der Fuge bestimmt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Fugenbreite aufnehmende Taster (54) über einen Schaltkreis (64,106,108,110) die Zuführung (71) der Elektrode (18) steuert.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (54) zur Aufnahme von Änderungen in der Fugenbreite über Schaltungsmittel (64,44) mit einer Vorrichtung (72)74) zur Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit der Schweißelektrode entlang der Fuge verbunden ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Taster (53,54) jeweils einen Wolframcarbid-Körper mit einem Titannitrituberzeug aufweisen.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8 insbesondere für Schuieißf ugen mit asymmetrischem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (54) winklig zum Querschnitt der Fuge (12) gestellt ist und seine Spitze in dem für

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die Ablagerung des Schujeißmaterials durch die Elektrode (18) vorgesehenen Bereich liegt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Fuge eingreifende Ende (58) des Tasters (54) einen Konusuuinkel von etuja 60 aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (56) des Tasterkegels (58) mit einer Linie, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Werkstücks (14) im Bereich des Tastgliedes ist, einen UJinkel von etwa 17 bildet.

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