DE2512749A1

DE2512749A1 - Metallbalg-schweissmaschine

Info

Publication number: DE2512749A1
Application number: DE19752512749
Authority: DE
Inventors: Richard R Larsen
Original assignee: Bailey Meter Co
Current assignee: Elsag Bailey Inc
Priority date: 1974-03-25
Filing date: 1975-03-22
Publication date: 1975-10-09
Also published as: FR2265494A1; JPS50128648A; FR2265494B3; US3918622A

Description

PATENTANWALT

21. März 1975 Anw.-Akte: 27_β81

PATENTANMELDUNG

Anmelder: THE BAILEI METER COMPANY, Wickliffe, Ohio - U.S.A.

Titel; Metallbalg-Schweißmaschine

Die Erfindung betrifft eine Maschine, die mit hoher Präzision automatisch die Umfangskanten eines Metallmembranpaars bei der Herstellung eines geschweißten Metallfaltenbalgs zusammenschweißt·

Mehrere Probleme entstehen bei dem Versuch, solche Umfangskanten zusammenzuschweißen. Eine genaue seitliche Ausrichtung des Schweißbrenners in Bezug auf die Schweißnaht muß aufrechterhalten werden« Um eine Vorstellung von der Größenordnung zu vermitteln, kann man sagen, daß die Verbindung von zwei 0,10 Zoll starken

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Membranen es erforderlich macht, den Brenner mit einer Toleranz von etwa + 0,003 Zoll in die richtige seitliche Ausrichtung mit der Naht zu bringen, um eine annehmbare Schweißnahtgeometrie zu erhalten. Das genaue Weiterrücken des Brenners bei Fertigstellung der Schweißung zwischen zwei Membranen zum nächsten gewählten Membranpaar stellt ein weiteres Problem dar, da die genaue Entfernung nicht im vorhinein festgelegt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und andere Probleme, die bei dem Herstellen von geschweißten Metallfaltenbälgen auftreten,zu läsen. Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch geschilderten Maßnahmen gelöst.

In Übereinstimmung mit der Erfindung hält ein berührungsloses optisches Abtasten der Schweißnaht unmittelbar nach ihrer Bildung die genaue Brennerausrichtung zur Schweißnaht aufrecht.

Weiterhin wird erfindungsgemäß bei Fertigstellung einer Schweißnaht der Brenner automatisch zum nächst folgenden Membranpaar verfahren, wonach der Schweißvorgang wiederholt wird.

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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist bei Fertigstellung einer vorher festgelegten Anzahl von Schweißnähten, die einen Balg mit einer gewünschten Anzahl von Membranen bilden, der Brenner so programmiert, daß er die Naht zwischen dem nächst folgenden Membranpaar in dem Stapel überbrückt und es so ermöglicht, daß mehrere Bälge in einem einzigen Durchgang des Brenners gebildet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt von zwei Eaaren typischer Metallmembranen, wobei in hervorgehobener Form die inneren und äußeren Schweißnähte dargestellt sind, durch die eine Vielzahl Paare verbunden werden kann, um einen Balg zu bilden, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Form einer automatischen Faltenbalgschweißmaschine.

Es ist in der Technik bekannt, geschweißte Metallfaltenbälge dadurch zu bilden, daß man eine Anzahl Membranen zusammenschweißt, von denen jede aus einem spezifizierten Metall besteht, dessen Stärke, Ausbildung und

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Größe von der Endverwendung des Faltenbalgs abhängen. Figur 1 zeigt ein solches typisches Faltenbalgstück, das aus Membranen gebildet ist, die in der Technik wegen ihrer Kontur mit "flache auskragende Form" bezeichnet werden, welche eine Konstante Nutzfläche bietet und somit am besten für Anwendungsfälle geeignet ist, in denen ein Kraftausgang erforderlich ist, der linear zum aufgebrachten Druck steht. Andere übliche Bauarten, die je ein bestimmtes Anwendungsgebiet haben, sind die "geriffelte Schachtelform", die "teilweise verschachtelte Form" und die "geriffelte auskragende Form". Ohne Rücksicht auf die Membranform besteht das eigentliche Problem bei der Herstellung eines Faltenbalgs aus Membranelementen, worauf die Erfindung gerichtet ist, in dem automatischen, schnellen und genauen Zusammenschweißen der äußeren oder externen Nähte oder Verbindungsstellen zwischen benachbarten Membranen, wie es an der Stelle 2 in Figur 1 angedeutet ist.

Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß die zu schweißenden Membranen 6 zwischen geeigneten Endstücken 3 auf einem Dorn 4 aufgezogen sind, der eingerichtet ist, um sich in der durch den Pfeil angezeigten Richtung mit einer vorher gewählten Drehzahl während des gesamten Schweißvorgangs durch einen nicht dargestellten geeigneten Motor zu drehen. Auf einem Support 8 ist ein Schweißbrenner 10 angeordnet, der Energie von einem Schweiß-

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steuergerät 9 erhält. Der Schweißbrenner kann in WIG-Ausführung sein, die mit einer Dauerelektrode 12 ausgestattet ist, welche geeignet ist, um solche Metalle zusammenzuschweißen wie nichtrostende Stähle, Legierungen auf Nickelbasis, stark durchlässige Stähle, Titanlegierungen und dergleichen. Während des Schweißvorgangs muß die Elektrode 12 seitlich mit der Naht zwischen den beiden zu verbindenden Membranen ausgerichtet sein· Da ein seitliches Ausufern der Schweißnähte nicht ungewöhnlich ist, ist es klar, daß eine kontinuierliche Führung der Elektrode mit der Schweißnaht erforderlich ist, wenn eine einwandfreie Ausrichtung während des gesamten Schweißvorgangs aufrechterhalten werden soll.

Der Support 8 ist auf einer Kugelmutter 18 montiert, die mit einer Kugelschraube 20 zusammenwirkt, welche so eingerichtet ist, daß sie im Uhrzeigersinn oder im entgegengesetzten Uhrzeigersinn von einem Schrittmotor 22 gedreht wird, so daß der Brenner 10 seitlich im erforderlichen Maße bewegt wird, um die einwandfreie Ausrichtung der Elektrode 12 gegenüber der Schweißnaht aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung umfaßt auch die automatische Verstellung des Brenners 10» um die Ausrichtung mit der Schweißnaht durch berührungslose Vorrichtungen aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck ist auf dem Support 8 eine Strahlungs-

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quelle angeordnet, wie z. B. eine Lampe 14, deren Strahlung über ein geeignetes optisches und Fokussierungssystem, schematisch als eine Linse 16 dargestellt, durch einen Spiegel 24 auf die Schweißraupe geworfen wird, die durch die Elektrode 12 gebildet wird und unmittelbar derselben folgt. Die von der Schweißraupe zurückgeworfene Strahlung wird dann vom Spiegel 24 über ein geeignetes optisches und Fokussierungssystem, das schematisch als eine Linse 26 dargestellt ist, auf einen Doppelelement-Photowandler 27 geworfen, der die durch einen engen Spalt getrennten Seiten 28 und 29 hat. Solange eine einwandfreie Ausrichtung zwischen der Elektrode 12 und der Schweißnaht besteht, wird die von der Schweißnaht zurückgeworfene Strahlung in gleicher Weise auf beide Seiten 28 und 29 des Photowandlers 27 fallen.

Bei einem Fluchtungsfehler wird jedoch eine größere Strahlungsmenge auf die eine oder die andere Seite fallen, jede nach Richtung des Fluchtungsfehlers; durch Vorrichtungen, die im einzelnen weiter unten beschrieben werden, bewirkt dies eine Betätigung des Schrittmotors 22 zur Wiederherstellung.der Ausrichtung. Die von einer konvexen zylindrischen Fläche, wie z. B. der Schweißraupe, zurückgeworfene Strahlung bildet sich zu einem Zeilenbild aus, das durch das optische System 26 auf den

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Photowandler 27 geworfen wird; somit wird ein bedeutender Unterschied beim Signalausgang aus den beiden Seiten des Photowandlers eintreten, wenn das Zeilenbild von dem die beiden Seiten 28 und 29 trennenden engen Spalt verlagert wird. Weiterhin ist die Größe des Signalausgangs &US jeder Seite des Photowandlers 27 proportional der Strahlung, der sie ausgesetzt ist; folglich ist die Differenz bei den Signalausgängen proportional der seitlichen Verlagerung der Elektrode 12 gegenüber der Schweißnaht.

Die durch den Photowandler 27 erzeugten Signale werden durch die Leitungen 30, 31 zu einem Differenzverstärker 32 geleitet, der algebraisch die Signale addiert und ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Polarität von der Richtung der Verlagerung der Elektrode 12 gegenüber der Schweißnaht abhängt und dessen Größe proportional dem Ausmaß der Verlagerung ist. Das Ausgangssignal aus dem Verstärker 32 wird über ein Folgeschaltgerät 33, das später im einzelnen zu beschrieben sein wird, zu einem Analog-/Digitalwandler 34 geleitet, der Impulse erzeugt, deren Frequenz proportional der Größe des Ausgangssignals aus dem Verstärker 32 ist, wobei bei einer Polarität die Weiterleitung über die Leitung 35 erfolgt, um den Motor 22 in einer Richtung anzutreiben, während bei der entgegengesetzten Polarität die Weiterleitung über die Leitung 36 erfolgt, um den Motor 22 in der entgegenge-

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setzten Richtung anzutreiben. Es ist klar, daß, da die Impulse eine Frequenz haben, die proportional zur Größe der Verlagerung der Elektrode 12 gegenüber der Schweißnaht oder Nullage, wie man sagen kann, ist, dje durchschnittliche Geschwindigkeit des Motors 22 sich entsprechend ändern wird und somit die Elektrode 12 sich der Nullage mit fast asymptotischer Bewegung nähern wird.

Bei Fertigstellung der Schweißung unterbricht das Schweißsteuergerät 9 über ein inneres Zeitglied oder dergleichen die Stromzuführung zur Elektrode 12 für eine genügend lange, vorher festgelegte Zeitspanne, um die Fahrbewegung von einem Faltenbalgpaar zum nächsten durchzuführen. Zu Beginn dieser Zeitspanne sendet auch das Schweißsteuergerät 9 ein Impulssjgnal durch die Leitung 40 zum Schweißfolgeschaltgerät 33, das tätig wird, um momentan das Ausgangssignal aus dem Verstärker 32 unwirksam zu machen und ein Stetigsignal zum Analog-/Digitalwandler 34 mit einer Polarität zu senden, die erforderlich ist, um den Support 8 zu dem nächst folgenden Membranpaar zu fahren. Nach einer kurzen Zeitverzögerung macht das Folgeschaltgerät 33 das Ausgangssignal aus dem Differenzverstärker 32 wirksam als Signaleingang in den Analog-/ Digitalwandler 34. Zu diesem Zeitpunkt wird die Einstellung des Supports 8 entsprechend wieder dem zuvor beschriebenen optischen System übertragen. Nach Abschluß

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der Fahrbewegung wird die Stromzuführung zur Elektrode 12 durch das Schweißsteuergerät 9 wiederhergestellt und der normale Schweißvorgang wiederholt.

Durch geeignete elektrische Schaltung und Vorrichtungen, die wie sie schematisch in Figur 2 dargestellt sind, umfaßt die Erfindung weiterhin das Überbrücken eines Membranpaars, nachdem eine vorgegebene Anzahl Paare zusammengeschweißt worden ist; durch das Überbrücken wird eine Anzahl Faltenbälge gewünschter Länge in einer einzigen Beschickung des Dorns 4 und in einem Durchgang der Elektrode 12 gebildet. Ein einstellbarer Zähler 37 empfängt die Impulssignale von dem Schweißsteuergerät 9 über die Leitung 40, wobei jeder Impuls die Fertigstellung einer Schweißung darstellt. Bei einer festgelegten Anzahl von Impulsen schickt der Zähler 37 ein Signal durch die Leitung 38 zu dem Folgeschaltgerät 33, wodurch die Zeitspanne verlängert wird, in der das Signal aus dem Differenzverstärker 32 unwirksam ist und das Stetigsignal zum Analog-/Digitalwandler 34 gesendet wird, so daß die Elektrode 12 das nächst folgende Membranpaar überbrückt und die Fahrt zu dem dann folgenden Membranpaar erfolgt, wie es zuvor beschrieben wurde. Gleichzeitig mit dem durch Zähler 37 über Leitung 38 gesendeten Signal schaltet der Zähler sich selbst zurück, um die vorgegebene Anzahl Impulssignale von dem Schweißsteuergerät 9 zu empfangen, bevor er wiederum ein Signal durch die Leitung 38 zu dem Folgeschaltgerät 33 sendet.

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Claims

- ίο - PATENTANSPRÜCHE :

1. Vorrichtung zur Herstellung von geschweißten ketallfaltenbälgen, um automatisch die Außenumfangskanten eines Membranpaars zusammenzuschweißen, und mit einem drehbaren Dorn auf dem die Membranen aufgezogen werden, einem Schweißbrenner und Vorrichtungen, um den Schweißbrenner parallel zum Dorn in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu fahren, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Feststellung der seitlichen Verlagerung des Brenners gegenüber der durch den Brenner gebildeten Schweißnaht sowie eine Vorrichtung, die von der letztgenannten Vorrichtung gesteuert wird und die erstgenannte Vorrichtung betätigt, mit der Maßgabe, den Brenner in seitlicher Ausrichtung zu der durch ihn gebildeten Schweißnaht zu halten,,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellvorrichtung eine Vorrichtung einschließt, die ein Analogsignal erzeugt, dessen Größe der Größe der seitlichen Verlagerung des Schweißbrenners gegenüber der Schweißnaht entspricht und dessen Sinn von der Richtung der seitlichen Verlagerung des Brenners gegenüber der Schweißnaht abhängt.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellvorrichtung eine Strahlungsquelle einschließt, ein erstes optisches System, das eine Strahlung auf die durch den Schweißbrenner gebildete Schweißnaht richtet, einen Photowandler und ein zweites optisches System, das von der Schweißnaht zurückgeworfene Strahlung auf den Photowandler richtet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Verfahren des Schweißbrenners einen umsteuerbaren Schrittmotor und die Vorrichtung zum Betätigen des Schrittmotors einen Analog~/Digitalwandler einschließt, der auf das Analogsignal anspricht und Ausgangsimpulse erzeugt, deren Frequenz und Sinn der Größe und Polarität des Analogsignals entsprechen, wodurch die Ausgangsimpulse den umsteuerbaren Motor in erforderlicher Weise betätigen, um die seitliche Ausrichtung des Brenners zur Naht zwischen den Membranen aufrechtzuerhalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stapel Membranpaare auf dem Dorn aufgezogen ist und Vorrichtungen den Brenner von einem ersten Membranpaar nach Abschluß des Zusammenschweißens der äußeren Umfangskanten zum nächst folgenden Membranpaar in dem Stapel verfahren.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Membranpaarstapel auf dem Dorn aufgezogen ist und Vorrichtungen den Brenner von einem ersten Membranpaar bei Abschluß des Zusammenschweißens der äußeren Umfangskanten verfahren, wobei die Fahrtvorrichtungen Vorrichtungen einschließen, die die Steuerung der Schweißbrennereinstellvorrichtung von dem Analogsignal auf ein zweites Analogsignal vorher festgelegter Größe und vorher festgelegten Sinns für eine vorgegebene Zeitspanne übertragen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, geke'nnzeichn e t durch Vorrichtungen, die dazu führen, daß die Fahrtvorrichtung bei Abschluß des Zusammenschweißens der äußeren Umfangskanten einer vorgegebenen Anzahl Membranpaare in dem Stapel das nächst folgende Membranpaar überbrückt, wodurch eine Vielzahl Faltenbälge von dem Membranpaarstapel während eines einzigen Durchgangs des Brenners über den Stapel gebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbrenner, das erste optische System und die Strahlungsquelle in einer ersten Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur Längsachse des Dorns liegt, auf dem die Membranen aufgezogen sind,

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische System und der Photowandler in einer zweiten Ebene angeordnet sind, die einen spitzen Winkel zur ersten Ebene bildet.

TOv Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Photowandler ein Doppelelement-Photowandler ist.

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