DE2723034A1

DE2723034A1 - Schweissgeraet zum automatischen stumpfschweissen unter schutzgas oder plasma von rohren auf rohrplatten mit oder ohne schweissmetall oder zum stumpfschweissen von rohren mit innenbrenner

Info

Publication number: DE2723034A1
Application number: DE19772723034
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ALLG PATENTVERWERTUNG
Current assignee: ALLG PATENTVERWERTUNG
Priority date: 1976-05-25
Filing date: 1977-05-21
Publication date: 1977-12-15
Also published as: GB1564876A; CH610230A5; FR2352623B1; FR2352623A1; US4142084A; DE2723034C2; JPS5325247A; JPS6051950B2; IT1084075B

Description

Beschreibung

Gemäß dem bekannten elektrischen TIG-Schweißverfahren bewegt sich ein Brenner mit einer Wolfram-Elektrode längs der zu verschweißenden Kanten in vorherbestimmtem Abstand und abweichungsfrei so, daß der unter Schutzgas gehaltene Lichtbogen das Schmelzen der Kanten bewirkt. Ebenso ist das Plasmaschweißen bekannt, wobei der Schmelzvorgang im wesentlichen durch einen mittels eines Lichtbogen ionisierten Gases von hoher Temperatur herbeigeführt wird.

Besondere Vorrichtungen müssen eingesetzt werden, um eine vollkommene Gleichmäßigkeit der SchweißStromstärke entsprechend einem programmierten Verlauf sicherzustellen, wobei ein von Verunreinigungen und Feuchtigkeit freies Schutzgas, eine wirksame Wärmeabfuhr vom Brenner durch Zirkulation eines Kühlmittels und gleichmäßiges Schweißmaterial vorgegeben sein müssen, und zwar entsprechend dem vorher festgelegten Arbeitszyklus.

Im besonderen Fall des Anschweißens von Rohren an Rohrplatten oder des StumpfSchweißens v>n Rohren besteht, soweit der Schweißvorgang von innen her vorgenommen wird, dieser in einer Folge von dem Brenner zu erteilenden Drehungen entlang der zu verschweißenden Kante; während jeder Umdrehung, die von einer Lage ausgeht, welche genau festlegbar sein muß, wird ein unterschiedlicher Arbeitsgang durchgeführt, z. B. das Vorwärmen, das Schweißen, das Vergüten usw. Jeder dieser Arbeitsvorgänge wird in üblicher Weise

709850/0796

über wenig mehr als eine gesamte Umdrehung durchgeführt, damit ein entsprechender Uberlappungsvorgang sichergestellt ist; indessen ist zu bedenken, daß, da der Schweißvorgang während desselben Arbeitsschrittes in verschiedenen Brennerstellungen durchgeführt wird (nämlich: oben, unten, aufwärts, abwärts), es nötig sein kann, gewisse Parameter wie die Stromstärke, die Umdrehungsgeschwindigkeit des Brenners, die Menge an Schweißmetall usw., abzuwandeln.

Gemäß der Erfindung wird

A) die Genauigkeit der Bahnänderung des Schweißbrenners beim Stumpfschweißen durch eine elastische selbstzentrierende Spindel erreicht, welche durch Drehung innerhalb des Rohres, dessen Enden zu verschweißen sind, dem Brenner eine der Form des Rohres vollständig entsprechende Bahn erteilt. Bei an der Innenseite von Rohren vorgenommenen Schweißungen mittels eines am Ende eines Fortsatzes befestigten Brenners wird die genaue axiale Lage des Brenners weiterhin durch ein verbessertes Kühlsystem in der Weise erreicht, daß axiale Ausdehnungen oder Durchbiegungen vermieden werden.

B) die Höhe des Schweißstromes selbst bei hohen Stromstärken dadurch konstant gehalten, daß die elektrischen Kontaktwiderstände zwischen d<rn stationären Teil der Schweißvorrichtung und ihrem drehbaren Teil auf einen konstanten und vernachlässigbaren Wert herabgesetzt werden, indem Wälzlager mit AmaTganEchmierung als

709850/0796

elektrische Kupplung verwandt werden.

C) der Schweißzyklus und insbesondere die Einstellung der jeweiligen Parameter auf die Brennerstellung dank einer in jedem Augenblick vorgenommenen Kontrolle der Lage undtier Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners mit einem hohen Grad einer möglichen WiederlrLbarkeit durch Anwendung einer potentiometrischen Vorrichtung durchgeführt, die durch den Bewegungsablauf des Brenners selbst betätigt wird.

Das Programmieren der Aufeinanderfolge der Arbeitsgänge und der Schweißparameter wird durch eine Regeleinheit durchgeführt, die von der Schweißvorrichtung getrennt angeordnet ist, jedoch integrierender Bestandteil der Schweißmaschine ist. Durch diese Ein heit kann das Programmieren der Parameter des Arbeitszyklus für aufeinander wechselnde Parameteränderungen während einer einzigen Umdrehung derart durchgeführt werden, daß die Bedürfnisse der sehr umfassenden Schweißvorgänge befriedigt werden.

D) die Reinheit des Schutzgases gegen oxidierende Agenzien beim Übergang vom stationären Teil der Maschine zum Drehteil durch ein System mit doppeltem Schutz gesichert, das aus Schutzhüllungen besteht, so daß auch bei evtl, Bruch eines Dichtungaringes die

Medien

strömenden / (Kühlflüssigkeit, Luft, Amalgan) nicht in den Gasstrom eintreten können.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf bestimmte, vorerwähnte

709850/0796

AusfUhrungsformen und auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen

Fig. 1 den Teil der Schweißvorrichtung zeigt, welcher die Dreh verbindung für die elektrische Speisung und die Arbeitsflüssigkeiten zeigt;

Fig. 2 ist ein Schnitt des Mittelteils der Vorrichtung mit einer Ausrüstung zum Stumpfschweißen von Rohrplatten;

Fig. 3a zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine selbstzentrierende Spindel für die Innenbearbeitung von Rohren;

Fig. 3b zeigt einen Querschnitt gemäß Linie A-A der Fig. 3a und läßt die Beziehungen zwischen den übrigen Teilen der Spindel bei Vorliegen von Deformationen an der Innenfläche eines Zapfens erkennen;

Fig. 3c zeigt entsprechend Fig. 3b die Beziehungen zwischen den Anschlagteilen der Spindel bei Vorliegen von Deformationen der Innenfläche des Rohres;

Fig. 3d gibt einen Längsschi litt durch den Kopf der Schweißvorrichtung wieder, die mit einem Fortsatz zum Stumpfschweißen von der Innenseite von rohrförmigen Elementen ausgerüstet ist;

709850/0796

Fig. 4b ist ein Querschnitt gemäß Linie B-B der Fig. 4;

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm und ein Erläuterungsdiagramm für den Stromkreis, der zum Überwachen der Arbeitsgänge der Schweißvorrichtung gemäß den vorstehenden Fig. verwandt werden kann.

Mechanischer Teil

Die Schweißvorrichtung besteht aus einem ortsfesten Außengehäuse A (Fig. 1 und 2), an dem ein Gehäuse B (Fig. 2) für den Motor an geschlossen ist, welcher den inneren Teil in Drehung versetzt, sowie ein Verbindungsteil C (Fig. 1) für die Versorgungsleitungen und ein innerer Drehteil D, der in seinem rückwärtigen Teil in den sich ebenfalls drehenden Support E endet, der die Spule mit dem Metallschweißdraht enthält.

Der innere rotierende Teil D besteht seinerseits aus mehreren Gruppen:

Gruppe I ist in Fig. 1 dargestellt und besteht aus einem Support für die sich in einem für die übertragung der elektrischen Leistung von hoher Stromstärke vom ortsfesten Teil 101 zum Drehteil 102 umlaufenden Wälzlagerelemente, die gleichzeitig zum mechanischen Zentrieren der Teile dienen.

Die nachfolgende Beschreibung zeigt die im vorliegenden Beispiel bevorzugte Geomofetrie, wonach zwei konzentrische zylindrische

709850/0796

Körper vorgesehen sind, von denen der äußere ortsfest ist; die technische Lehre nach der Erfindung kann indessen auch auf andere Teile wie Scheiben, Kegel, Ringe od. dgl. angewandt werden, die in gegenseitiger Bewegung stehen, und zwar unabhängig davon, welches der beiden Teile bewegbar gegenüber dem anderen ist.

Die Vorrichtung besteht aus einem Laufring 103» der im ortsfesten Teil untergebracht oder mit ihm verbunden ist, und einem Lauf ring 104 am beweglichen Teil oder mit diesem verbunden, wobei die Wälzkörper 105 (welche entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall als Kugeln, Zylinder oder Kegel vorgesehen sein können) sich abwälzen und in einem Amalganbad umlaufen, das der Hohlraum 106 um diese Körper aufnimmt und sowohl zum Schmieren der Berührungsflächen dient als auch die Berührungsfläche erhöht, die erforderlich ist, um den elektrischen Strom zu übertragen.

Um die Bildung von Oberflächen zu vermeiden, welche nicht vollständig vom Amalganbad benetzt sind und die demgemäß Änderungen im Berührungswiderstand und das Entstehen von Schlacke im Gefolge haben würden, wobei die Schlacke im Hinblick auf die hohen Ströme eine schädliche Funkenbildung herbeiführen könnte, sind die Laufringe mit einem Metall 111 versehen, das durch das Amalgam selbst benetzt wird.

Halterungen 107, 108, 109 schützen das Amalgam, das durch eine Bohrung 110 eingefüllt wird, vor Leckverlusten. Der elektrische Strom wird durch einen Endkontakt 112 zugeführt und durchströmt den zentralen Drehkörper, durch den hindurch er zum Brenner gelangt. 709850/0796

Die vorsteiend beschriebene Gruppe I dient zum Zentrieren der Gruppe II, die nunmehr beschrieben wird.

Die Gruppe II besteht aus einer Verbindung für den Durchgang einer Mehrzahl von Flüssigkeiten vom ortsfesten Teil zum Drehteil. Die nachstehend beschriebene Vorrichtung stellt eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der bekannten Drehverbindungen dar, da sie auch im Fall eines unvorhergesehenen Bruches oder einer Abnutzung eines der Haltelemente die Möglichkeit gibt, die Vermischung verschiedener Flüssigkeiten miteinander zu verhindern. Die Verbindung ist in der Form dargestellt, wie sie für den vorliegenden Anwendungsfall geeignet ist, jedoch kann die Verbesserung verschiedene andere Erscheinungsformen aufweisen, insbesondere können Scheibenpaare vorgesehen sein oder der bewegliche Teil kann mit dem ortsfesten vertaus dit werden.

Der Verteiler gemäß der Zeichnung besteht aus zwei zylindrischen Teilen 201 und 202, die gegeneinander drehbar sind, dabei jedoch genau aneinander geführt sind, so daß Kontakte vermieden werden.

In der Zeichnung ist unterstellt, daß das Teil 201 ortsfest ist, das Teil 202 sich ihm gegenüber dreht. Im Teil 201 sind Ausnehmungen 203, 204, 205 vorgesehen, von denen die Ausnehmungen 203 und 204 mit dem Einlaß und dem Auslaß für eine erste Flüssigkeitsart und die Ai mehmung 205 mit dem Einlaß einer zweiten Flüssigkeit verbunden sind. Diese Ausnehmungen stehen mit Leitungen 206, 207, 208 in Verbindung, die im Drehteil 202 angeord-

709850/0796

net sind und die Ausnehmungen mit dem Bedarfspunkt für die betreffenden Flüssigkeiten verbinden. Außer den Ausnehmungen 203 bis 205 sind blinde Ausnehmungen vorgesehen, welche Dichtringe 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215 aufnehmen. Zwischen den Dicht ringen 209 bis 210; 212 bis 213; 213 bis 214 und außerhalb des Ringes 215 sind Abzugsausnehmungen 216, 217, 218, 219 vorgesehen, welche in Leitungen 220, 221 übergehen, die entweder nach außen oder zu Unterdruckquellen führen und dazu dienen, die Flüssigkeiten zu entfernen, die möglicherweise aus den Leitungsausnehmungen austreten könnten. Die Zahl der Leitungs- und Abführausnehmungen ist lediglich beispielsweise angegeben und stellt keineswegs eine Einschränkung dar.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung besteht der auf diese Weise sichergestellte Vorteil darin, daß ein Vermischen miteinander unverträglicher oder gefährlich reagierender Flüssigkeiten vermieden wird.

Die Gruppe III ist in der Zeichnung lediglich skizzenhaft angedeutet und stellt eine Einheit dar, die durch einen Innenmotor unabhängig vom Hauptantriebsmotor betätigt wird, den Metallschweißdraht in der (im rückwärtigen Teil der Einheit E angeordneten) Spule dem Schweißbrenner zuführt. Die besondere Konstruktion dieses Teiles erlaubt es, daß der Draht durch eine Hülle derart vorgeschoben wird, daß er überall von der Maschine isoliert ist.

Die Gruppe III ist in ihrer besonderen Lage gezeigt, kann jedoch

709850/0796

auch hinter der Drehkupplung angeordnet sein, Diese Gruppe kann dann stillgesetzt werden oder auch in der Gesamtvorrichtung in Fortfall kommen, wenn Schweißnähte ohne Schweißmetall hergestellt werden.

Die Gruppe IV ist in Fig. 2d dargestellt und besteht aus einem drehbaren Schweißbrenner und einer Zentrierspindel gemäß Fig. 3a.

Der Brenner 401 ist auf einem Schlitten 402 einstellbar montiert und kann durch eine Stellschraube 403 bewegt werden, so daß der Brenner auf den erforderlichen Schweißdurchmesser eingerichtet werden kann. Der Schlitten und der Brennerkörper sind mit Bohrungen 404, 405, 406 für den Durchtritt des Kühlmittels und des Schutzgases ausgestattet, das in sie vom Teil 407 durch die Leitungen 206, 207, 208 strömt, die von der Drehkupplung ausgehen. Die Einstellung auf den Abstand des Brenners wird durch eine Einstellung der Ringnut 428 erreicht, die über Gewinde von der Kammer 429 getragen wird. Diese Kammer 1st mit einer Seitenöffnung versehen, um den Schweißvorgang gut beobachten zu können.

Für besondere Schweißvorgänge kann die Kammer durch transparente Werkstoffe derart abgeschlossen werden, daß die Schweißzone von der Außenatmosphäre getrennt wird und mit einer weiteren Leitung versehen sein, um eine Zone zu bilden, in welche ein Schutzgas gegeben werden kann.

Am Drehkörper 407 ist über den Support 427 ebenfalls die selbst-

709850/0796

- var -

zentrierende Drehspindel befestigt, welche es gestattet, die gesamte Maschine elastisch gegenüber dem zu verschweißenden Rohr zu zentrieren. Diese selbstzentrierende Spindel ist in Fig. 3a gezeigt und stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber den starren und stationären Zentrierungsanordnungen dar.

Die drehbare Spindel wird gegenüber der mittleren Rohrachse durch Zentriervorrichtungen und Wälzlager zentriert, die in mehreren Ebenen angeordnet sind und den wesentlichen Teil der Erfindung darstellen, da sie eine Drehbewegung ohne Schwingungen der Spindelachse selbst auch in dem sehr häufigen Fall darstellt, in welchem das Rohr einen ovalen Querschnitt oder Abmessungsfehler aufweist.

Wenn ein einfacher Wälzlagerring, der in einer einzigen Ebene angeordnet ist, mit der Innenwandung des Rohres über konische Flächen axial gleitbar verbunden ist, wo wird in der Tat eine starre Halterung für den innerhalb des Rohres sich drehenden Teil erzielt: Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn der Querschnitt des Rohres anstatt kreisförmig elliptisch (oder im allgemeinen oval) ist, über einen gewissen Drehungswinkel, dessen Größe von der Zahl der in der Ebene liegenden Kugeln abhängt, eine Verlagerung des Zentrums, z. B. der Spindelachse, oder die Möglichkeit, daß die Kugeln, die sich in der größten Ellipsenachse befinden, an der Rohrinnenwandung nicht tragen werden und auf diese Weise einen Zwischenraum aufweisen, der die erforderliche

709850/0796

Genauigkeit beeinträchtigt.

Bei der nachstehend beschriebenen Konstruktion der Erfindung werden die Kugeln, welche die Zentrierungsvorrichtung darstellen, derart abgestützt, daß sie eine unstarre Anordnung darstellen, welche sich der Form des Rohres anpaßt.

Fig. 3a zeigt das Rohr 408 mit der in seinem Inneren angeordneten Zentriervorrichtung. Diese Vorrichtung besteht aus einem mitti gen Schaft 409 mit einem festen Kopfstück 410, das eine konische Fläche aufweist, welche als Rollbahn für die Kugeln 412, 413, 414 dient (zur klareren Darstellung des Ausführungsbeispiels sind drei Kugeln angegeben), die in einem Käfig 415 drehungsfrei gehalten werden. Als Gegenanschlag zur konischen Fläche und zum Zwecke, die Kugeln zur Anlage an das Rohr nach außen zu drücken, ist ein schwimmender Ring 416 vorgesehen, der einen derartigen Querschnitt hat, daß er Ebenen bildet, welche eine geeignete Neigung gegenüber dem Durchmesser der Kugeln und dem Spiel haben, das sie gegenüber dem Käfig aufweisen. Auf der anderen Seite des Ringes sind weitere Kugeln 417» 418, 419 in einer zweiten Ebene angeordnet und werden durch denselben Käfig 415 in einer Lage gehalten, die unter einem versetzten Winkel gegenüber den Kugeln 412, 413, 414 der ersten Ebene angeordnet sind. Die Kugeln dieser zweiten Ebene haben einen durch einen zweiten schwimmenden Ring 420 gebildeten Anschlag, wobei dieser Ring dem zuerst genannten ähnlich ist.

709850/0796

Die Aufeinanderfolge von Kugelebenen, die voneinander durch schwimmende Ringe getrennt sind, kann entsprechend dem vorstehend beschriebenen weiterhin fortgesetzt werden, um eine bessere Zentrierungswirkung der Vorrichtung gegenüber dem Rohr zu erzielen. Die letzte Kugelebene hat als Anschlag einen Körper mit konischer Oberfläche 421, der auf dem Schaft 409 gleitbar angeordnet ist und über eine Feder 422 mit der Kugelebene in Berührung steht, die sich gegenüber einem Ring 423 abstützt, der auf dem hohlen Schaft 409 befestigt ist.

Der Zweck des schwimmenden Ringes ist es, wie bereits bemerkt, daß die geometrische Figur, welche durch die Kugeln zweier be nachbarter Ebenen gebildet wird, verformbar ist, wie dies in Fig. 3b gezeigt ist, die einen Querschnitt durch die Darstellung nach Fig. 3a wiedergibt, und in Fig. 3c ist die Anordnung der schwimmenden Ringe wiedergegeben, wenn sie sich in einem Rohr mit elliptischem Querschnitt befinden.

Wie aus diesen Fig. hervorgeht, in welchen der Querschnitt des Rohres als Beispiel übertrieben elliptisch dargestellt ist, so verursacht der Innendruck der Kugeln 412 und 418 in Übereinstimmung mit der kleineren Achse der Ellipse (welche den Querschnitt des Rohres 408 darstellt), die Neigung unter einem Winkel ^ des schwimmenden Ringes, der die Kuge3n4i3 und 414 der ersten Ebene nach außen drückt, während 417 bis 419, welche auf der zweiten Ebene liegen (s. Fig. 3b¹) am Rohr dort anlegen, wo ein größter Durchmesser vorliegt. Die Zeichnung zeigt, daß die Drei-

709850/0796

ecke, welche durch die Kugelmittelpunkte gehen und für die erste Ebene der Kugeln 412, 413, 414 stark ausgzelchnet, für die zweite Ebene der Kugeln 417, 418, 419 gestrichelt dargestellt sind, nicht mehr gleichseitig sind, sondern daß sie verformt sind, wie aus den Winkeln ^C und ^ersichtlich ist, die größer als 60° sind, damit die Anpassung an die Form der Innenwandung des Rohres erreicht wird.

Die Spindel gemäß der Erfindung ist in Fig. 3d dargestellt und in das zu verschweißende Rohr eingeführt, welches mit der Rohrplatte 425 verschweißt werden soll. Die Spindel weist zumindest zwei Zentrierungsanordnungen auf, die beide entsprechend der vorstehenden Beschreibung ausgebildet sind, wobei die beiden Kugelebenen in einem Abstand d durch einen Abstandhalter 426 gehalten werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß in der dargestellten Ausführungsweise, nämlich mit drei Kugeln in jeder Ebene, die Zentrierungsvorrichtung eine bessere Nachgiebigkeit aufweist und im Hinblick auf den verhältnismäßig großen Kugeldurchmesser einen geringeren Einschubwinkel K im Augenblick des EinfUhrens in die Rohre aufweist, so daß im Vergleich mit ähnlichen Zentrierungsvorrichtungen die zum Einführen benötigte Kraft kleiner wird oder bei gleicher Einführungskraft die gleiche Spindel größere Durchmesser aufweisen kann.

Der Hohlschaft 409 weist an seinem Ende eine Spannvorrichtung Huf,

709850/0796

- Hf -

an welcher der Support 427 der Schweißpistole über nachgiebige Mittel 430 angeordnet ist, die ein Entfernen des Supportes ohne Lageänderung der Zentriecspindel erlauben.

Die Vorteile der selbstzentrierenden Spindel gemäß der Erfindung sind idfolgendem zu erblicken:

a) Die Spindel erfordert keine Abdichtung von Hand; sie dichtet vielmehr aufgrund der durch die Federn ausgeübten Kraft selbsttätig und elastisch ab.

b) Die Spindel dreht sich innerhalb des Rohres derart, daß sie auf der mittleren Achse des Rohres zentriert bleibt, wobei die Spindelachse keine Schwingbewegungen auf den Brenner überträgt, die mit der erforderlichen Präzision nicht in Einklang stehen würden.

c) Die Verbindung der Schweißpistole mit der Spindel wird durch nachgiebige Teile derart gesichert, daß die Schweißpistole leicht abnehmbar ist, ohne die Spindel entfernen zu müssen. Dies erlaubt die Verwendung anderer Arbeits- oder Prüfwerkzeuge mit der gleichen Zentriervorrichtung.

Anstelle der vorstehend beschriebenen Gruppe IV (Brenner und Spindel) kann am Teil 407 ein Ansatzteil verwendet werden, daß einen geringeren Durchmesser hat als das zu schweißende Rohr und an dessen Ende ein Brtiner befestigt ist, der die Schweißung von

709850/0796

- 15 -

der Rohrinnenseite her vornimmt (Fig. 4).

Die Hauptschwierigkeit bei der Einstellung des Brenners besteht in der thermischen Ausdehnung des Ansatzstückes, wobei diese Ausdehnungen dann, wenn sie nicht vermieden werden, unzulässige Lageänderungen gegenüber der Schweißebene oder hinsichtlich des Abstandes der Elektrode von der Wandung verursachen würden.

Die Ausführungsform gemäß der Erfindung, die nachstehend beschrieben wird, besteht aus einem den Brenner tragenden Ansatzstück, in dem ein Kühlsystem angeordnet ist, das den Nachteil der Längung oder Biegung des Ansatzstückes beseitigen soll. Das Ansatzstück ist in Fig. 4 bereits in der Verbindung mit dem Support 407 dargestellt und bildet einen Teil des Drehteiles der Schweiß vorrichtung in Arbeitsstellung gegenüber einer Rohrplatte 501 und einem zu verschweißenden Rohr 502.

Das Ansatzstück besteht aus einem Schaft 503 mit einer inneren Leitung 504 für das Schutzgas, wobei an der Außenwandung zwei oder mehrere schraubenlinienförmige Nuten 506, 507 vorgesehen sind, die über die gesamte Schaftlänge reichen, ohne sich dabei zu schneiden, während sie am Kopf des Schaftes durch eine Verbindungsnut 508 miteinander in Verbindung stehen.

über den Schaft ist ein genau passendes Rohr 509 mit Paßsitz oder Preßsitz gegeben, so daß die Nuten auf den Schaft 2 Kanäle für den Zu- und Abfluß des Kühlmittels bilden. Das Rohr ist langer

709850/0796

als der Schaft, so daß es am Fuß des Schaftes eine Kammer 510 bildet, durch welche das Schutzgas eintritt, das nach Durchtritt durch die zentrale Bohrung 504 im Schaft den Schweißbrenner erfaßt, der auf dem Kopf des Ansatzes angeordnet 1st.

Am Fuß des Ansatzstückes ist ein Block 512 vorgesehen, der mit drei Leitungen verbunden ist, von denen zwei 513, 514 für die Kühlflüssigkeit und eine 515 für das Gas vorgesehen sind und die derartig angeordnet sind, daß sie mit den Verbindungen überein stimmen, welche im Teil 407 angeordnet sind, sobald das Ansatz stück an dem Hauptkörper der Schweißvorriehtung befestigt ist und durch welche die Strömungsmittel durch die Leitung 206, 207, 208 zugeführt werden.

Das Ansatzstück ist mit Isoliermaterial 516 umkleidet und wird nach dem Brenner durch eine Büchse 517 geführt, die ebenfalls mit Isoliermaterial 518 versehen ist, um elektrische Entladungen gegenüber dem Rohr zu verhindern.

Die Arbeitsweise einer Vorrichtung zum Bahnschweißen wird von einer Regelvorrichtung geregelt, die fortlaufende Informationen bezüglich der Lage des Brenners auf der vorgeschriebenen Bahn als auch hinsichtlich seiner Drehgeschwindigkeit erfordert, um die entsprechenden Variablen während eines Arbeitskreises nachzustellen. Diese Variablen können zahlreich sein, sind jedoch streng an die Lage und die Drehgeschwindigkeit des Brenners über seine vorgeschriebene Bahn während eines Arbeitszyklus hin gebun-

709850/0796

- vr -

Im vorliegenden Fall ist die Kupplung eines Präzisionspotenziometers mit dem Kontrollmechanismus ftir die Bahnbewegung des Brenners vorgesehen, um eine Spannungsfunktion über die Lage des Brenners in Jedem Augenblick zu erhalten, so daß repräsentative Signale über die Winkellage des Brenners und seine Drehgeschwindigkeit sichergestellt sind. Auf diese Weise ist es möglich, in Abhängigkeit von der Brennerlage über eine Umdrehung oder über mehrere Winkelsektoren alle Schweißparameter, so z. B. die Stromstärke, die Drehgeschwindigkeit, die Schweißdrahtzufuhrgeschwindigkeit usw. zu programmieren.

Dies soll anhand der folgenden Figuren erläutert werden. Hierbei zeigen

Fig. 2 die Gruppe F mit der mechanischen Vorrichtung zum Kuppeln eines Präzisionspotentiometers mit dem Mechanismus der Vorrich tung zum Bahnschweißen;

Fig. 5b ein Blockdiagramm über die Verfahrenskreise der Signale, welche die Lage und die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners angeben;

Fig. 5a ein beispielhaftes Diagramm über den Arbeitsgang der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

709850/0796

-MT-

In Fig. 2 wird der sich drehende Teil der Vorrichtung zum An schweißen durch den Untersetzungsmotor 601 und eine Getriebeanordnung 602, 603 auf der vorgeschriebenen Bahn in Drehung versetzt. Das Zahnrad 602 des Untersetzungsmotors treibt ebenfalls das Zahnrad

604 an, welches mit dem Regelschaft eines Präzisonspoten iometers

605 verbunden ist. Während der Drehbewegung des Zahnrades 602 und damit des Drehteiles der Tragvorrichtung für den Schweißbrenner kann man einen Spannungsanstieg/nalten, der in strenger Abhängigkeit von der Winkellage des Brenners 401 gehalten ist, soweit dies den Absolutwert der Spannung betrifft, und mit einem Abfall, der streng auf die Rotationsgeschwindigkeit des Brenners innerhalb der Bahn bezogen ist.

Auf diese Weise wird es möglich, durch elektrische oder elektronische Vorrichtungen, die in einer besonderen Regeleinheit vorgesehen sind: (a) in Abhängigkeit von der am Abgreifer des Potentiometers vorliegenden Spannung verschiedene Arbeitszyklen der Maschine durch aufeinanderfolgendes öffnen oder Schließen von Schaltern die verschiedenen Schweißparameter (Gaszufuhr, Drahtzufuhr, Schweißstromstärke usw.) zu programmieren; (b) in Abhängigkeit von der Ableitung bezüglich der Zeit des Spannungsverhältnisses ein Geschwindigkeitssignal zu erhalten, das z. B. als Rückmeldungssignal für den Untersetzungsmotor 601 dient.

Wie Fig. 5b zeigt, weist das Potentiometer 605 einen Widerstand R und einen Abgreifer C auf, der mechanisch mit der Welle des

709850/0796

Potentiometers verbunden ist. Auf diese Weise erhält man eine Spannung, die zumindest zwischen -V und +V in Abhängigkeit von der Winkellage des Schweißkopfes 401 abänderbar ist.

Der Verlauf der Spannung ist in Fig. 5a durch eine grade Linie RV dargestellt, wobei in der Abszisse die Drehwinkel des Kopfes 401 aufgetragen sind. In Fig. 5a erstreckt sich die Abszisse beispielsweise über drei vollständige Umdrehungen des Kopfes 401, also um 1080°.

Die am Abgreifer C vorliegende Spannung des Potentiometers 605 wird auf die Eingänge a der Spannungsvergleicher CV1, CV2, CVn und auf die Eingänge b übertragen, welche auf die Bezugsspannungen RV1, RV2, ... RVn gegeben werden, wobei die Spannung in bekannter Weise vorgegeben wird, wenn die Maschine eingerichtet wird, so daß sich nähere Ausführungen erübrigen.

Wenn die Grenzwerte, die durch die entsprechenden Spannungserzeuger RV1, RV2, ... RVn überschritten werden, so werden entsprechende Schalter in den Komporatoren CV1, CV2, ... CVn bei Vorliegen eines bezogenen Ausgangssignals bei den Ausgängen U1, U2, ... Un und in Übereinstimmung mit den relativen Unterbrechungspunkten K1, K2, ... Kn, die auf der geraden Linie RV in der Darstellung nach Fig. 5a gezeigt sind, in Tätigkeit gesetzt.

Das vom Abgreifer C kommende Signal wird gleichfalls einem Lageanzeiger IP zugeführt, welcher in jedem Augenblick die Lage des Kopfes 401 auf seiner Bahn angibt.

709850/0796

-2G-

Das Signal, welches vom Abgreifer C kommt, wird weiterhin einem auf die Zeit bezogenen Tangentenmesser zugeführt, der die Operation cV/dt durchführt und sowohl einen Geschwindigkeitsanzeiger IV als auch die Steuerkreise CN für die Drehgeschwindigkeit des Untersetzungsmotors 601 antreibt. Diese der Erfindung entsprechende Lösung ist hinsüitllch der bekannten Lösungen vorteilhaft, die eine Nockenscheibe benutzen, welche über Mikroschalter oder mag netisch gesteuerte Kontakte betätigt wird.

Diese Systeme können kein kontinuierliches Signal erbringen, das von Augenblick zu Augenblick abgegeben wird und über die Winkellage des Brenners Auskunft gibt. Außerdem ist es bei Verwenden einer Vorrichtung nach der Erfindung möglich, einen tachometrischen Generator zu verwenden, der mit dem Antriebsmotor verbunden ist, um auf diese Weise dessen Drehgeschwindigkeit zu beeinflussen.

Es sei darauf verwiesen, daß eine Lösung erläutert wurde, bei welcher ein einziges Poten iometersignal eine Vielzahl von Umdrehungen des Schweißkopfes abdeckt.

Abwandlungen in den Arbeitskreisen verstehen sich für den Fachmann, wobei der Abgreifer des Potentiometers auf eine einzige Umdrehung des Schweißkopfes abgestellt ist und die Arbeitsgänge, welche auf die folgenden Durchgänge abgestellt werden, jeweils auf eine einzige Einstellung des Abgreifers bezogen sind.

^mS"^sl 709850/0796

Claims

Anmelder; Allgemeine Patentverwertungs- Alfred Maxton |r.

Jürgen Langmaack

Anstalt, Triesen (Liechten-

stein)

5000 Köln 51

Unsere Zeichen

926 pg 771

Datum 20.05.77

Bezeichnung;

Schweißgerät zum automatischen Stumpfschweißen unter Schutzgas oder Plasma von Rohren auf Rohrplatten mit oder ohne Schweißmetall oder zum Stumpfschweißen von Rohren mit Innenbrenner

Ansprüche;

1.yVorrichtung zum automatischen Stumpfschweißen von Rohren gegenüber Rohrplatten nach dem TIG-- oder dem Plasmaverfahren mit oder ohne Verwendung von Schweißmetall oder zum Stumpfschweißen von Rohren nach dem TIG- oder Plasmaverfahren mit Innenbrenner, bestehend aus einer Rqgeleinheit zum Programmieren der Schweißparameter gemäß geeigneter Arbeitszyklen für die verschiedenen Schweißtypen und mit einer Vorrichtung, die gegenüber det> zu verschweißenden Rohren zentriert wird, wobei diese Vorrichtung einen Brenner aufweist, der mehrere aufeinanderfolgend Umdre-

709850/0796

Telefon: (02 21)33 02 38 · Teleonm.n: Invent.ilor Ki · Telex: 8 88.15:.-"· mnxd

Poötvhocklonto Köln (BLZ 370 100 SOJ Kto.-Mr. M?P 51-5C0 ■ Deiitr.ihe B- V AG Köln (Bl 7 3/0 700CO) Kto.-Nr. 1236131

ORIGINAL !MSPECTED

hungen vollführen kann, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsmittelzufuhren ( Inertgas, Kühlflüssigkeit usw.), welche für die Schweißoperationen benötigt werden, vom ortsfesten Teil auf einen beweglichen Teil über eine Kupplung geführt werden, welche aus benachbarten Drehkörpern bestehen, die jeweils ortsfest und gegeneinander drehbar angeordnet sind und in deren Stärke an der Oberfläche des einen Körpers und gegenüber dem anderen Ausnehmungen vorgesehen sind, die seitlich durch Dichtungen begrenzt werden, wobei die Ausnehmungen zum Durchgang der Strömungsmittel von den Zuleitungen des ortsfesten Teiles zu den Zuleitungen des beweglichen Teiles dienen und wobei außer den Ausnehmungen zum Fortleiten der Strömungsmittel zusätzliche Ausnehmungen vorgesehen sind, welche nach außen oder zu Unterdruckquellen führen, so daß mögliche Strömungsmittel-Leckverluste, welche durch die Dichtungsmittel hindurchtreten, vor gegenseitiger Vermischung geschützt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch elektrische Übertragungsmittel zum Brenner, bestehend aus einer elektromechanischen Verbindung, die vorzugsweise gleichzeitig als Träger für den Brenner dient und aus zwei Rollbahnen besteht, die in einem Amalgambad laufen, wobei der elektrische Strom gleichzeitig durch das Amalgam und durch die Rollkörper eines Wälzlagers übertritt und wobei zwischen den beiden Rollbahnen Abdichtungsmittel für das Amalgambad vorgesehen sind, während die Rollflächen der beiden Laufbahnen mit einem Metallüberzug ausgestattet sind, der amalgamnetzend wirkt.

709850/0796

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzelch net durch regelbare Antriebsmittel für die Drehung des Brenners gegenüber den Kanten der zu verschweißenden Rohre, wobei die Antriebsmittel ein Potentiometer aufweisen, das durch eine Stromquelle mit genauer Spannung gespeist ist und einen Abgreifer aufweist, welcher mechanisch mit dem Regelelement für die Bewegung des Brenners verbunden ist, wobei weiterhin die Anordnung so getroffen ist, daß für jede Win kellage des Brenners am Greifer des Potentiometers eine vorbestimmte Spannung zur Verfügung steht, wobei weiterhin eine Anzahl von Spannungskomparatoren mit voreinstellbaren Spannungsquellen verbunden ist, welche verschiedenen vorherbestimmten Punkten der Drehbewegung des Brenners entsprechen und die Komparatoren in Übereinstimmung mit dem Durchgang des Brenners durch vorherbestimmte Stellungen durch die voreinstellbaren Spannungsquellen Stellung geben und wobei schließlich der Abgreifer mit einem Anzeigegerät für die Stellung des Brenners in jedem Augenblick und einem Zweigkreis verbunden ist, welcher in bekannter Weise ein der Drehgeschwindigkeit des Brenners entsprechendes Spannungsignal erteilt.

709850/0796

h. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch eine elastisch auf die mittlere Achse der zu verschweißenden Rohre selbstzentrierende, schwingungsfreie Spindel, wobei die Zentrierungsmittel aus Kugeln bestehen, welche in mehreren Ebenen angeordnet sind, die unter einem Winkel zusammen in einem Käfig gehalten werden, wobei die Kugeln auswärts, insbesondere gegen die Wandung des Rohres getrieben werden und die unter einem Winkel zueinander stehenden Flächen elastisch gegeneinander gedrückt werden, wobei weiterhin Jede Ebene von der Nachbarebene durch einen schwimmenden Ring getrennt ist, der bei Schräglage eine Anpassung der geometrischen Figur an den Querschnitt des Rohres selbst dann gestattet, wenn dieses oval ist, so daß ständig die Kugeln mit der Rohrwandung in Berührung bleiben, ohne daß irgendeine Abweichung der Achse von der mittleren Achse des Rohres auftritt.

- 5 709850/0796

2723054

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Brenner zum Stumpfschweißen leicht abnehmbar und durch einen Brenner zum Innen schwel Ben ersetzbar ist, wobei der Brenner aus einem Ansatzstück besteht, daß über Führungsbüchsen an der Rohrinnenwandung geführt wird und die für den Arbeitsgang erforderliche Strömungsmittel zuzuführen gestattet, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß Lagefehler des Brenners gegenüber der Schweißebene, die durch Deformationen oder thermische Ausdehnungen herbeigeführt werden, berichtigt werden, wobei das Ansatzstück aus einem hohlen Schaft besteht, an dessen Außenseite zwei oder mehrere Schraubennuten vorgesehen sind, die am Kopf über eine Verbindungsnut miteinander verbunden sind; wobei weiterhin ein mit Bohrungen versehenes Rohr auf dem Schaft angeordnet ist, welches zwei oder mehrere Leitungen zur Versorgung und zur Rückführung von Kühlmitteln aufweist, während das Schutzgas den Brenner durch eine zentrale Bohrung erreicht und wobei schließlich das Ansatzstück mit einer Isolation umgeben ist, die derart ausgebildet ist, daß sie das Abs^ömen elektrischer Ströme auf das zu schweißende Teil verhindert.

709850/0796

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner auf einem Support angeordnet ist, der seinerseits durch das Kühlmittel gekühlt wird und an seiner Innenseite eine Kammer aufweist, die ggf. durch eine transparente Wandung abgeschlossen und mit Schutzgas gefüllt ist.

709850/0796