DE2723063A1

DE2723063A1 - Vorrichtung zum automatischen bahnschweissen unter schutzgas nach dem tig- und/oder dem plasma-verfahren mit oder ohne verwendung von schweissmetall, zum stumpfschweissen von rohren, flanschen, fittings o.dgl. an rohre oder massivteile mit kreisquerschnitt

Info

Publication number: DE2723063A1
Application number: DE19772723063
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: DE2723063C2; JPS52143941A; FR2352622B1; JPS6050546B2; IT1084074B; US4168406A; FR2352622A1; CH610229A5; GB1564180A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum vollständigen automatischen Stumpfschweißen von Rohren.

Sie baut auf dem bekannten elektrischen TIG Schweißprozeß auf, bei dem ein Brenner mit einer Wolframelektrode längs der zu verschweißenden Kante in vorherbestimmtem und genauem Abstand so geführt wird, daß der Lichtbogen in der Schutzgasatmosphäre zwischen Elektrode und Werkstück ver läuft und das Material zum Schmelzen bringt, andererseits aber auch auf dem bekannten Plasma-Schweißverfahren, wonach das Schmelzen in der Hauptsache durch einen hocherhitzten und durch einen elektrischen Lichtbogen ionisierten Gasstrahl herbeigeführt wird.

In den meisten Fällen ist es darüber hinaus erforderlich, Schweißmaterial zuzuführen, um ein geschmolzenes Bad zu bilden, welches die Schweißfuge anfüllt und derart zu kühlen, daß gute mechanische und metallurgische Werte im Schweißbett erhalten werden.

Unterschiedliche Vorrichtungen müssen dabei verwandt werden, um eine genaue Konstanthaltung des S ;hweißstromes gemäß dem vorprogrammierten Arbeitszyklus, eine konstante Länge des Lichibogens, eine derartige Bewegung des Brenners, daß ein zuverlässige3 Schmelzen der Kanten und ein regel-

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mäßiges Ausfüllen der Schweißkehle erreicht wird, einen vorprogrammierten Nachschub von Füllmaterial, ein von Unreinigkeiten und Feuchtigkeit freies, inertes Schutzgas und eine wirksame Wärmeabfuhr vom Brenner durch Zirkulation eines Kühlmittels sichergestellt werden.

Ein üblicher Schweißzyklus besteht in der Regel aus mehre ren Arbeitsstufen, bei welchen verschiedene Operationen durchgeführt werden, so z. B. das Vorheizen, das Schweißen der Naht, das Füllen mit Schwelßmaterial, das Vergüten des Schweißbettes usw.

Jeder dieser Arbeitsgänge muß sich über ein wenig mehr als eine vollständige Umdrehung erstrecken, um eine entsprechende Überlappung herbeizuführen; dabei ist Jedoch zu bedenken, daß der Schweißvorgang in verschiedenen Stellungen des Schweißbrenners gegenüber dem Werkstück vorgenommen wird (nämlich oberhalb, unterhalb, in Aufwärtsbewegung und in Abwärtsbewegung), und zwar bei dem gleichen Arbeitsgang, so daß es erforderlich sein kann, einige Parameter wie z. B. die Stromstärke, die Drehgeschwindigkeit des Brenners, den Betrag an Schweißmaterial und dgl. abzuwandeln.

Des weiteren ist es nötig, daß der Brenner eine hin- und hergehende Bewegung und insbesondere eine Querbewegung zur

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allgemeinen Bewegungsrichtung erfährt, damit das geschmolzene Bad homogen und gleichmäßig verteilt in der Schweißnut entsteht und damit auf diese Weise "stuck welds" vermieden werden, insbesondere Fehlstellen in der Kantenverbindung des SchweißstUckes.

Die Arbeitsweise einer Vorrichtung zum automatischen Schweißen gemäß der Erfindung und deren Einzelheiten werden nachstehend beschrieben:

Der Vorrichtungskörper wird so in Stellung gebracht, daß die beiden miteinander zu verschweißenden Rohrlängen erfaßt werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, wobei die Rohre durch zwei schnell schließende, selbstzentrierende Spannvorrichtungen erfaßt werden. Auf diese Weise werden die Teile des Rohres in fluchtender Lage gehalten und gegenüber der Drehbewegung des TIG- oder PLASMA-Brenners gehalten.

Dieser Brenner wird auf einem Drehkörper gehalten, der wie ein Pferdehuf gestaltet ist, um in der Ausgangsposition das Einführen der Rohre zu gestatten, und beginnt den Arbeitsgang nach Betätigen durch den Bedienungsmann mit seiner ersten Umdrehung um das Rohr in der vorprogrammierten Arbeitsweise.

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Ab Ende der Umdrehung, die ein wenig mehr als eine volle Drehung ausmacht, um die Überlappung vom Ausgangspunkt zu sichern, bewegt sich der Brenner in einem vorbestimmten Zeitabschnitt zurück, der so bemessen ist, daß das Stück auf die "interpass¹¹-Temperatur heruntergekühlt ist, bis zur genauen Ausgangsstellung, von welcher aus der nächste Arbeitsgang eingeleitet werden kann.

Das Programmieren aufeinander.folgender Arbeitsgänge, der Schweißparameter, der Anzahl der Umdrehungen und dgl. wird durch eine Regeleinheit vorgenommen, die getrennt von der Vorrichtung angeordnet ist, jedoch einen integrierenden Bestandteil der Vorrichtung ausmacht.

Des weiteren soll während jeder Umdrehung die Möglichkeit zur Abänderung der Schweißparameter und dazu gegeben sein, dem Brenner eine Vor- und Rückbewegung sowie eine Querbewegung zur allgemeinen Bewegungsrichtung entsprechend einem vorherbestimmten Programm zu erteilen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel und anhand der Zeichnungen erläutert, wobei

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in schaubildlicher Darstellung mit zwei untereinander zu ver-

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schweißenden Rohren zeigt,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie B-B der Fig. 3, Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie A-A der Fig. 2,

Fig. 4 schaubildlich eine Einzelheit der Vorschubanordnung für den Schweißdraht,

Fig. 5a eine Einzelheit des Antriebsmechanismus für die Bahnbewegung,

Fig. 5b und 5c Einzelheiten des Mechanismus für die Hin- und Herbewegung des Schweißbrenners,

Fig. 6a und 6b ein Diagramm für die Regelung der Bahnstellung des Brenners und einen möglichen elektronischen Stromkreis zu seiner Regelung,

Fig. 7a und 7b zeigen in Vorder- und Seitenansicht eine erste Ausführungsform eines mechanischen Fühlers zum Konstanthalten des Abstandes zwischen Brenner und Werkstück,

Fig. 7c zeigt eine Sperrvorrichtung für den Fühler gemäß den Figuren 7a und 7b und

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Fig. 8a, 8b und 8c zeigen Einzelheiten für selbstzentrie rende Spannvorrichtungen zum Verspannen der Vorrichtung gegenüber den zu verschweißenden Rohren.

Gemäß der Erfindung ist zum Erzielen von hochwertigen Schweißnähten folgendes nötig:

1. Eine Kugellagerverbindung muß geeignet sein, um einen ortsfesten Teil und einen rotierenden Teil miteinander zu verbinden, wobei hohe elektrische Stromstärken und Spannungen ohne wesentliche Widerstände überwunden werden müssen (Gruppe I) (Fig. 2).

2. Eine Verbindung muß vorgesehen werden, welche den Ubertritt der Strömungsmittel vom ortsfesten zum Drehteil sicherstellt, wobei die Abdichtung und die Sicherheitsvorrichtungen so vorgesehen sein müssen, daß eine Vermischung der Flüssigkeiten (insbesondere der Eintritt des Kühlmittels in die Leitung für das inerte Schutzgas) auch im Falle der Abnutzung oder eines unvorhergesehenen Bruches eines Dichtungselementes verhindert wird (Gruppe II) (Fig. 2).

3. Es muß eine Vorrichtung vorgesehen sein, welche die Lage des Brenners gegenüber der Schweißlinie eindeutig festlegt, nachdem die Vorrichtung auf den untereinander zu verschweißenden

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Rohren verspannt ist. Die gleiche Vorrichtung soll die Hin- und Herbewegung des Brenners, insbesondere die Verlagerung des Brenners von der einen Kante der Schweißzone zu der anderen mit Amplituden und Zeitintervallen betätigen, die einstellbar sind, und zwar ebenso unsymmetrisch bezüglich der Mittelstellung, um die Bedürfnisse im Fall unterschiedlicher Materialien oder -stärken zu berücksich tigen (Gruppe III) (Fig. 2).

4. Eine Vorrichtung zum Einstellen und Konstanthalten des Abstandes zwischen dem Brenner und dem zu verschweißenden Rohr in jeder Stellung ist vorzusehen, wobei ein mechanischer oder elektronischer Fühler über ein ihm angepaßtes Regelorgan die möglichen Abweichungen aufgrund fehlerhafter Form des Rohres ermöglicht (Gruppe IV) (Fig. 2).

Eine Anordnung zum genauen Anzeigen der Stellung und der Geschwindigkeit des Brenners mittels eines Präzisionspotentiometers ist vorzusehen, um die Schweißparameter während des Durchganges durch eine einzige Umdrehung wiederholt abzuwandeln (Gruppe V) (Fig. 2).

6. Es ist eine Vorrichtung erforderlich, welche die Zufuhr des Schweißmaterials in genauen Mengen und abgestellt auf den jeweiligen Bedarf an Schmelzbad gemäß einem vorprogrammierten Arbeitszyklus gewährleistet (Gruppe Vl) (Fig. 3).

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7. Schließlich nuß eine selbstzentrierende Schnellspannvorrichtung vorgesehen werden, welche auf unterschiedliche Durchmesser der zu verschweißenden Rohre einstellbar ist·

Fig. 1 zeigt schaubildlich eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in Schweißstellung· Die Vorrichtung besteht aus einem ortsfesten Gehäuse 1, das durch selbstzentrierende Schnellspanner 2 und 3 mit zwei miteinander zu verschweißenden Rohrlängen 4 und 5 über einen Hebel 13 verspannt wird. Ein hufeisenförmiges Teil 6 gestattet das Einführen und Zurücknehmen der Vorrichtung über die Rohre, ist um das Rohr drehbar, trägt den Brenner 7 über einen Arm 8, der über einen Fühler 67 (siehe Fig. 2 und 7) betätigt wird und den Brenner in einem geeigneten Abstand von dem zu ver schweißenden Rohr hält.

In einer Drehtrommel 9 ist eine Spule 10 für Schweißmetall- draht angeordnet, die mit der Trommel durch einen Reibungsmechanismus verbunden ist. Innerhalb der Trommel und starr mit ihr verbunden ist hinter der Spule ein Bewegungsminderer 59 (siehe Fig. 3 und 4) angeordnet, der über geeignete Rillenräder 60-61 den Draht abwickelt und über einen Schlauch 11 (welcher über zwei Windungen in der Trommel gewunden ist) den Draht zur Drahtführung 12 liefert, welche neben dem Brenner liegt. Während der Drehbewegung des Brenners wird

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die Trommel 9 fiber den Schlauch 11 angetrieben, dessen Ende an der DrahtfUhrung 12 befestigt ist und der beim Abziehen der Trommel in der Nut 14 des Drehkörpers läuft.

Das Abwinden bedeutet deshalb keine Behinderung, weil der Brenner am Ende Jedes Arbeitsganges durch seine Rückwärtsbewegung wieder in den Ausgangspunkt zurückkehrt und auf diese Weise die öffnung zum Abnehmen der Vorrichtung freigibt.

Das Kühlmittel und das Gas treten durch den Handgriff 15 in das Gerät ein und werden über biegsame Rohre dem Drehkörper zugeführt, welche während der Drehung in der Nut (welche in den Fig. 2 und 3 besser erkennbar ist) aufgenommen werden und dann durch den inneren Teil 17 des Drehteiles hindurchgehen, bis sie den Brenner 7 erreichen.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt die Vorrichtung und läßt die Nut 16 erkennen, auf welche die biegsamen Rohre und die Kabel zur Zufuhr der Strömungsmittel und des elektrischen Stromes gewunden werden, sowie den inneren Teil 17, durch welchen die Leitungen 18 gehen (Fig. 3 und 5a), die durch die nachgibigen Teile 19 fortgesetzt werden, welche den Brenner 7 versorgen.

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Der Drahtführungsschlauch 11 ist um die Nut 14 geführt, bevor er die Drahtführung 12 erreicht.

Die biegsamen Rohre 31, 32, 33 dienen zur Zufuhr von Kühlmittel und elektrischem Strom, zur Rückkehr von Strömungsmitteln und zur Versorgung des Drehkörpers mit Gas. Sie ^r sind auf einer Windung der Trommel 34 aufgewickelt. Während der Bewegung des Brenners wickeln sich diese Teile von der Trommel ab und versetzen diese dabei in Bewegung, während sie in die Nut 16 des Drehteiles eintreten«

Die biegsamen Elemente gelangen durch die Wickeltrommel in ihre Ausgangslage unter der Wirkung einer Schraubenfeder oder durch einen Motor zurück.

Der Durchfluß der Strömungsmittel vom ortsfesten Teil (Gehäuse der Vorrichtung) zum drehbaren Teil (Aufwickeltrommel) geschieht durch eine drehbare Verbindung, die wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Verbindungen dieser Art aufweist.

Die Einführung einer Drehverbindung bei der erfindungsgeuiäßen Vorrichtung gestattet es, auf die Verwendung von außerhalb der Vorrichtung selbst angeordneten Rohren zu verzichten,

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die eine Behinderung darstellen und Beschädigungen an den Rohren selbst nicht ausschließen. Die nunmehr verwendete Verbindung besteht aus konzentrischen zylindrischen Teilen, jedoch kann die Verbesserung auch in anderer Form ausgeführt werden, z. B. mit aneinander liegenden Scheiben.

Die in Fig. 2 (Gruppe III) gezeigte Verbindung besteht aus zwei konzentrischen zylindrischen Teilen, von denen der innere ortsfest ist und die Zufuhrleitungen vom Handgriff und durch die Leitungszüge 36, 37, 38 aufnimmt und in Ausnehmungen 39, 40, 41 überführt, die im drehbaren äußeren Teil untergebracht sind. Seitlich jeder Ausnehmung sind Dichtungselemente 42 vorgesehen. Außerhalb dieser Dichtungs ringe sind weitere Ringnuten 43 und 44, 45 und 46 gebildet, die jeweils mit den Leitungen 47 und 48 verbunden sind, welche nach außen oder zu einer Unterdruckpelle führen. Weitere Dichtungselemente 49 sind zwischen diesen Ringnuten oder zwischen jeder Ringnut und der Außenluft angeordnet; der Zweck dieser Ringnuten besteht darin, die Vermischung zweier unterschiedlicher Strömungsmittel im Falle einer Abnutzung oder eines unvorhergesehenen Bruches eines Dichtungselementes zu verhindern.

Die Übertragung des elektrischen Stromes vom ortsfesten Teil zur drehbaren Wickeltrommel geschieht durch ein in

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Aaalgambad laufendes Kugellager (Gruppe I),(Fig. 2). Das Lager besteht aus einem Laufring 50 am ortsfesten Teil und einem Laufring 51 am Drehteil. Auf diese Lauf ringe ist ein Metallüberzug angebracht, der von einem Amalgam leicht netzbar ist, das durch die Bohrung 52 in die Ringnut 53 gegeben wird, wobei zwischen den beiden Laufringen die Wälzkörper 54, nämlich Kugeln, Rollen oder Kegel, angeordnet sind. Es können aber auch andere AusfUhrungsformen wie Scheiben oder Kegelflächen unabhängig davon verwandt werden, ob es sich jeweils um einen ortsfesten oder einen beweglichen Teil handelt. Das Amalgam dient einerseits zur Schmierung der Wälzkörper und andererseits zur Vergrößerung der Kontaktfläche für den übergang des elektrischen Stromes, der in erster Linie über die Rollkörper erfolgt.

Das Amalgam wird durch Dichtungselemente 55 und 49 abgedichtet. Der Strom wird durch den ortsfesten Teil des Lagers, der gegenüber dem Gehäuse isoliert ist, durch eine Anschlußklemme 56 zugeführt und vom Drehteil des Lagers, das fest mit der Wickeltrommel 34 verbunden ist, an den Drehkörper 17 und 6, der als Träger für den Brenner dient, über eine Kupferlitze 57 abgegeben, die innerhalb der Zufuhrleitung 31 für die Kühlflüssigkeit angeordnet ist. Dieses Lager, welches gleichzeitig zur Kraftübertragung und als mechanischer Support dient (im besonderen Fall handelt es sich um ein

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Zentriersupport für die oben beschriebene Strömungsmittel -verbindung), hat den Vorteil eines niedrigen elektrischen Widerstandes, da die Kraftübertragung vorwiegend durch die Wälzkörper erfolgt, und der Ausschaltung von Zwischenflächen zwischen Amalgam und Laufflächen, an denen Schlackenan häufungen sich festsetzen könnten, welche durch Funkenbildung und Mikroexplosionen entstehen könnten, und die Gefahr einer Beschädigung der Teile bergen würden.

Bewegung des Brenners und der zugehörige Mechanismus sind in Fig. 5b im einzelnen dargestellt, z. B. ist die Querbe wegung gegenüber der Zufuhrbewegung_: (wie sie durch die Pfeile 7' in Fig. 2 dargestellt ist) wird durch eine axiale Gleitbewegung des Körpers 6 auf dem Körper 17 mittels einer Doppelgabel 20 erzielt, welche vom Motor 30, (siehe Fig. 3) über ein Kugelwälz-Spiralelement 78 betätigt wird, die auf einen Anschlag 77 am Körper 6 einwirkt. Wahlweise kann in gewissen Fällen ein axial starr mit der Vorrichtung verbundener Brenner zu bevorzugen sein, wobei die gesamte Anordnung auf zwei oder mehreren Fiihrurtgen (87-88) hin- und herbewegt werden kann, die fest mit de .i Spannvorrichtungen 2-3 verbunden sind.

Die Arbeitsweise dieses Direktstrommotors kann von der Regelvorrichtung im Sinne eines "Vorwärts-Halt-Rückwärts-Halt"-Zyklus unter Verwendung unterschiedlicher Zeiten sowohl

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insgesamt als auch lint er einander durchgeführt werden, um die Hin- und Herbewegung um eine zentrale Lage mit verschiedenen Geschwindigkeiten und gleichzeitig unsymmetrisch zu erreichen: Dies kann insbesondere dann von Nutzen sein, wenn Rohre mit verschiedener Stärke geschweißt werden.

Des weiteren kann die Mittellage innerhalb eines bestimmten Bereiches abgeändert werden: Dies erlaubt eine genaue Einstellung für den Brenner, nachdem die Vorrichtung auf den Rohren verspannt ist.

Der Drehkörper 6, 17 wird über einen Zahnkranz 21 (siehe Pig. 5a) betätigt, der über ein Planetenräderpaar 22 ange trieben ist, die so angeordnet sind, daß zumindest eins im Eingriff steht und dabei auf Schienen 23, 24 über zwei Satz Rollen 25, 26 geführt wird.

Die Welle des Hauptreduziermotors 27 treibt außer den Planeten_rädern 22 auch das Zahnrad 28 an, das mit der Vorrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit und der Brennerstellung verbunden ist.

Der Arbeitsgang einer Bahnschweißvorrichtung ist von der Steuerung durch eine Steuereinrichtung abhängig, welche ständige Informationen über die Bahnlage des Brenners und

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seine Drehgeschwindigkeit empfängt, um die verschiedenen Werte aufeinander abzustimmen, welche während des Arbeitszyklus anfallen. Diese unterschiedlichen Werte können sehr zahlreich sein, sind aber streng auf die Stellung und die Rotationsgeschwindigkeit des Brenners bei seiner Bewegung über die Bahn und über den Arbeitszyklus hin abgestellt.

Im vorliegenden Fall wird ein Präzisionspotentiometer mit dem Getriebe vereint, welches die Bahnbewegung des Brenners regelt, um eine Spannung zu erhalten, die von der Stellung des Brenners in jedem Augenblick abhängig ist, wobei es durch diese Spannung möglich wird, repräsentative Signale über die Winkellage des Brenners und über seine Drehgeschwindigkeit zu erhalten. Auf diese Weise ist es möglich, über eine Umdrehung oder mehrere Dreh winkelSektoren alle Schweißparameter in Abhängigkeit von der Stellung des Brenners zu programmieren, nämlich insbesondere die Stromstärke, den Strom, den Abstand der Elektrode vom Werkstück, die Fördergeschwindigkeit für den Schweißdraht und die Hin- und Herbewegung des Brenners.

Nachstehend wird aus dieser Sicht auf die Zeichnungen wie folgt verwiesen:

Die Figuren 2 und 5a zeigen mechanische Anordnungen zur Kupplung eines Präzisionspotentiometers mit einem mechanischen

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Glied der Vorrichtung zum Bahnschweißen;

Fig. 6b zeigt ein Blockdiagramm der Stromkreise bezüglich der Signale für Brennergeschwindigkeit und -lage.

Fig. 6a zeigt ein beispielhaftes Diagramm fUr die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Wie Fig. 2 und 5a zeigen, ist das Zahnrad 28 mit der Welle verbunden, welche ein Präzisionspotentiometer 29 bewegt.

Während der Drehbewegung der Welle des Untersetzungsmotors und damit des Drehteiles der Vorrichtung, welches den Brenner trägt, kann man einen Spannungsanstieg erreichen, der in strenger Abhängigkeit von der Winkellage des Brenners 7 gehalten ist, soweit es sich um den Absolutwert der Spannung handelt, und mit einem Spannungsabfall, der ebenfalls streng auf die Drehgeschwindigkeit des Brenners über seinen Bahnverlauf abgestellt ist.

Auf diese Weise ist es durch elektrische oder elektronische Vorrichtungen, die in der Regeleinheit zusammengefaßt sind, möglich:

a) in Abhängigkeit von der Spannung am Gleitstück des Potentiometers verschiedene Arbeitszyklen zu programmieren,

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das aufeinanderfolgende Offnen oder Schließen der Schalter zu steuern, welche die verschiedenen Schweißparameter regeln (Drahtzufuhr, Schweißstromstärke, Hin- und Herbewegung usw.);

b) in Funktion des zeitlichen Verlaufes der Spannung ein zweckmäßiges Geschwindigkeitssignal, z. B. als Rückmelde signal zum Regeln der Drehgeschwindigkeit des Untersetzungs motors 27» zu erhalten.

Wie Fig. 6b zeigt, weist das Potentiometer 29 einen Widerstand R und einen mechanischen Greifer C auf, der mit der Welle des Potentiometers verbunden ist. Demgemäß ist eine Spannung von zumindest zwische η -V und +V in Abhängigkeit von der Winkellage des Schweißkopfes 7 einstellbar.

Der Verlauf dieser Spannung ist in Fig. 6a durch eine gerade Linie RV im Diagramm angezeigt, daß in der Abszisse die Winkelgrade der Drehbewegung des Kopfes 7 aufweist.

Die am Greifer erhaltene Spannung des Potentiometers 29 wird auf die Eingänge a der Spannuugskomparatoren CV1, CV2 ... CVn, die Eingänge b gegeben, von denen die entsprechenden Spannungen über die entsprechenden Spannungs-

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generatoren RV1, RV2 ... RVn angelegt werden, deren Spannung vorher in einer bekannten Weise festgelegt, wenn die Maschine eingerichtet wird, so daß es nicht erforderlich ist, hierauf im einzelnen einzugehen.

Wenn die Grenzwerte, die durch die jeweiligen Spannungageneratoren RV1, RV2 ... RVn/,Überschritten werden, so werden entsprechende Schalter in den Komparatoren CV1, CV2, CVn und ein entsprechendes Ausgangssignal an den Ausgängen U1, U2 ... Un erscheinen und in Verbindung hier mit die relativen "break points" K1, Κ2 ... Kn durchschritten, die auf der geraden Linie RV im Diagramm der Fig. 6a angegeben sind.

Das Signal, welches vom Greifer C kommt, wird weiterhin an einen Lageanzeiger IP weitergegeben, der in jedem Augenblick die Lage des Kopfes 7 auf seiner Bahn angibt.

Das vom Greifer C kommende Signal wird des weiteren auf einen zeitabhängigen Tangentenmesser übertragen, welcher die Operation dV/dt durchführt uri sowohl einen Geschwindigkeitsanzeiger IV als auchjdie Regelkreise CM für die Drehgeschwindigkeit des Untersetzungsmot lrs 27 antreibt.

♦festgelegt sind

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Die Lösung gemäß der Erfindung weist gegenüber den bekannten Lösungen, welche durch eine Nockenscheibe betätigte Mikroschalter oder magnetisch gesteuerte Kontakte benutzen, beachtliche Vorteile auf.

Die zuletzt genannten Kontakte können ein kontinuierliches Signal nicht liefern, welches in jedem Augenblick Auskunft über die Winkellage des Brenners erteilt. Außerdem ist es durch die Anordnung gemäß der Erfindung möglich, einen tachometrischen Generator entbehrlich zu machen, der mit dem Antriebsmotor zur Regelung der Drehgeschwindigkeit verbunden ist.

Das Zufuhrsystem für das Schweißmetall (Gruppe VI) ist teilweise in Fig. 3 im Schnitt dargestellt und in schaubildlicher Darstellung der interessierenden Teile in Fig. Am ortsfesten Rahmen 1 der Vorrichtung ist die drehbare Trommel 9 angeordnet, welche eine Drahtspule 10 umgibt, die durch die Ringmutter 58 gehalten wird, jedoch frei drehbar ist und einen Reibungsmechanismus gegenüber der Trommel aufweist. Im rückwärtigen Teil der Trommel ist ein Untersetzungsmotor angeordnet, der zwei Rillenräder 60, 61 antreibt, welche elastisch gegeneinander gedrückt werden.

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Der sich von der Spule abwickelnde Schweißdraht gelangt durch eine Bohrung 62 an die Rillenräder 60, 61 und wird in den Schlauch 11 eingeführt, welcher den Draht aufnimmt. Dieser Schlauch ist am Support 63 für die Rillenräder befestigt, tritt aus einer Bohrung 64 am äußeren Teil der Trommel aus und ist in etwa zwei Windungen um die Nut 65 gelegt.

Von dieser Nut geht der Schlauch in die Nut 14 auf den Drehkörper 6 Über, welcher den Brenner trägt, und von dieser Nut aus gelangt er zur Drahtzuführung 12, die mit dem Brenner fest verbunden ist und an welcher der Schlauch befestigt ist.

Wenn der Brenner um das Rohr herumgelegt wird, um die Schweißung zu vollführen, wirkt der den Draht tragende Schlauch, in welchem der Draht gleitet, als Antriebsmittel für die Trommel, die auf einem Bolzen frei drehbar ist.

Während der Rückwärtsbewegung des Brenners in seine Ausgangslage mittels entweder einer Schraubenfeder 66 oder über einen Motor, wird die Trommel in ihre Ausgangslage zurückgeführt und wickelt dabei den Schlauch wiederum auf die Nutausnehmung 65 auf. Der Hauptvorteil dieser Art

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von Drahtzufuhr besteht darin, daß man für Jede Stellung des Brenners die gleiche Länge Draht zwischen den drahtfördernden Rillenrädern und der Drahtführung hat, so daß auf diese Weise Änderungen in der Drahtzufuhr vermieden werden. Außerdem wird auf diese Art der Draht vollständig elektrisch von anderen Teilen der Vorrichtung isoliert.

Die Anordnung zum Einhalten des Abstandes des Brenners vom Schweißstück (Gruppe IV) ist in Fig. 7 wiedergegeben, in welcher zwei Lösungen entsprechend den jeweiligen Schweißverhältnissen dargestellt sind.

In Fig. 7a und 7b ist ein mechanischer Fühler gezeigt, der aus einem starr mit dem Schwingsupport 8 für den Brenner 7 (gestrichelt dargestellt) fest verbundenen Arm besteht, an welchem ein Kontaktelement 68 befestigt ist, welches die Fläche des zu schweißenden Rohres 5 berührt; in diesem Fall wild jeder Formfehler des Rohres und jede mögliche Exzentrizität auf den Brenner übertragen, der sich derart bewegt, daß der vorgewählte Abstand gewahrt wird und dabei über eine Feder 69 rückgeführt wird. Es versteht sich, daß die gegenseitige Stellung des Kontaktelementes und des Brenners auf einen g eigneten, vorher festgelegten Abstand eingestellt werden kann; die Schraube 75 dient dazu, diese Einheit in ihrer gegenseitigen Lage zu sichern.

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Pig. 7c zeigt ein Verriegelungssystem zum Einstellen des Brennerabstandes durch Abfühlen des Abstandes Über einen Fühler, welcher das entsprechende Signal auf die Regeleinheit überträgt. Diese Einheit sendet nach Empfang und Vergleich mit der vorbestimmten Entfernung durch den Bedienungsmann ein Regelsignal zu einem Glied, welches durch eine mechanische Verbindung die Bewegung des Brenners herbeiführt.

Um den Abstand abzuftihlen, ist aus Gründen der Einfachheit in Fig. 7c ein System dargestellt, das ein Berührungselement aufweist, welches auf den Widerstand eines Präzisionspotentiometers einwirkt, jedoch können ebenfalls Systeme verwandt werden, die auf den Abwandlungen anderer physikalischer Werte fußen, wie z. B. entweder auf magnetischer Induktion oder auf Kapazitätsmessungen, wobei ein Kontaktelement benutzt oder entbehrt werden kann, welches die Änderungen der Schweißbogenspannung oder die elektromagnetische oder akustische Wellenreflektion benutzt.

Gemäß der Zeichnung wirkt das Kontaktelement 70 über eine Zahnstange 71 und ein Zahnrad 72 auf die Welle eines Greifers eines Präzisionspotentioraeters 73, dessen Ausgangssignal in einer Änderung der Sp ruiung besteht und an die Regeleinheit in vollkommen analoger Weise abgegeben wird, wie dies

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vorstehend für den Lagefühler des Brenners ausgeführt wurde.

In dieser Einheit wird die abgenommene Spannung mit einer Bezugsspannung verglichen, welche durch den Bedienungsmann ausgewählt wird, und einem vorbestimmten Abstand des Brenners vom Schweißstück entspricht. Eine mögliche Plus oder Minusdifferenz wird in ein Fehlersignal umgewandelt, das einem Antriebsmittel durchgegeben ist, welches Über geeignete Mechanismen die Nockenscheibe Tk betätigt. Diese Nockenscheibe bringt dann über einen Hebelarm 79, der starr mit dem Schwingsupport 8 des Brenners verbunden ist, diesen wiederum auf den vorgewählten Abstand.

Der Mechanismus zum Betätigen des Supportes des Brenners kann unterschiedlich gestaltet werden und besteht aus Schrauben ohne Ende, konischen Exzentern oder anderen Anordnungen, welche den jeweils gewählten Lösungen für den Motor entsprechen, der starr mit dem Drehkörper verbunden oder innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung angeordnet sein kann.

Die Schnellspannvorrichtungen 2 und 3 in Fig. 1 haben eine besondere Bedeutung, da sie ein leichtes Einführen und Spannen der Vorrichtung auf den zu verschweißenden Rohren

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ermöglichen, eine fluchtende Lage der Rohre herbeiführen und diese gegenüber dem Drehkörper der Vorrichtung auch dann zentrieren, wenn die Durchmesser innerhalb geringer Toleranzen schwanken.

Die Spannvorrichtung besteht gemäß Fig. 8a aus einer Führung 81, auf welcher zwei Gleitstücke 82 und 83 gleiten, welche Spannbacken 84 und 85 tragen.

Die Führung steht unter einem Winkel von 35° auf einem Support 86, der seinerseits über Bolzen 87 und 88 mit dem Vorrichtungsgehäuse verbunden ist.

Die beiden Gleitstücke 82 und 83 können voneinander entfernt oder einander so genähert werden, daß die Spannbacken auf den gewünschten Durchmesser eingestellt sind, indem die Ringmutter 101 verdreht wird, welche starr mit der Schraube verbunden ist, die ein Rechts- und ein Linksgewinde aufweist, welche eine Steigung in der Größenordnung von 1,25 bis 1,5 aufweisen, und durch einen mittigen Bund 92 gehalten werden sowie ihrerseits Gewindehülsen 89 und 90 betätigen, welche mit den Gleitstücken verbunden sind.

Die Spannbacke 85 bildet einen starren Anschlag und hat V- Form mit einem Winkel von 110°.

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Die Spannbacke 84 trägt das bewegliche Glied der Vorrichtung, eine Lasche 93» die um einen Bolzen 94 schwenkbar ist und durch eine Feder 95 in "offen"-Stellung gehalten wird.

Dieses bewegliche Teil wird nach vorn geführt, um das Rohr 4, welches gestrichelt eingezeichnet ist, über einen Arm 97 zu verspannen, der bei 98 drehbar und fest mit dem Spannhebel 13 verbunden ist. Der Bolzen 100 bildet den Anschlag für den Arm 97 in der "knee"-Lage, d. h. Jenseits der Linie, welche den Bolzen 98 mit dem Mittelpunkt des Rohres 4 verbindet; diese feste Lage kann dank der Nachgiebigkeit er reicht werden, die der besonderen Ausbildung des beweglichen Teiles zuzuschreiben ist, Wobei diese Ausbildung ein wesent liches Element der Erfindung darstellt.

Die Nachgiebigkeit des beweglichen Elementes erlaubt es, das Spannen von Rohren vorzunehmen, deren Abmessungen in geringen, den Herstellungstoleranzen entsprechenden Grenzen voreinander abweichen.

Auf jeden Fall dient der Bolzen 100 als Anschlagglied für die Öffnung des beweglichen Anschlages und verhindert das Einbringen von Rohren mit einem zu großen Durchmesser

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gegenüber der öffnung der Spannbacken sowie solcher, die einen Spanndruck erfordern, der einen so hohen Wert hat, daß der elastische Teil des beweglichen Anschlages selbst verformt würde.

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Claims

Maxton · Maxton · Langmaack Patentanwälte

P«t«nt»nw*lt· Maxton & Langmnack Pfardmengustr. 50 · 5000KOInSI

Robert Breda (1895-1943) Ludwig Hammer··* (1909-1944) Alfred Maxton ar.

Anmelderin: Allgemeine Patentverwertungs- Alfred Maxton jr.

Anstalt Trie Sen, Jürgen Langmaack

Trie sen, Liechtenstein Diplomingenieure

5000 Köln

Unsere Zeichen Datum

926 pg 772 20.05.77

Bezeichnung; Vorrichtung zum automatischen Bahnschweißen unter Schutzgas nach dem TIG- und/oder dem PLASMA-Verfahren mit oder ohne Verwendung von Schweißmetall, zum Stumpfschweißen von Rohren, Flanschen, Fittings od. dgl. an Rohre oder Massivteile mit Kreisquerschnitt

Ansprüche;

brrichtung zum automatischen Stumpfschweißen von Rohren oder Zubehörteilen für Leitungen oder von kreisförmigen Teilen mittels des TIG- oder des PLASMA-Verfahrenr. mit oder ohne Verwendung vcn Schweißmetall, bestehend aus einer Regeleinheit zum Programmieren der Schweißparameter entsprechend geeigneten Arbeitszyklen für vex^schiedene Schweißtypen und einem ortsfesten Teil, das au den zu verschweißenden Rohren festspannbar ist, und. einen S hwaißbrenner trägt, der eine Mehrzahl von Umdrehungen um die zu verschweißenden Stücke ausführen kaiin, gekennzeichnet durch Spann-

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ORlGHNAL INSPECTED

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mittel zum Verspannen der Vorrichtung gegenüber den Enden der zu verschweißenden Rohre, durch ein mit dem Vorrichtungskörper fest verbundenes Element und ein gegenüber diesem beweglichen Element, desweiteren durch Mittel zum Einstellen des Brenners gegenüber den Enden der zu verschweißenden Rohre, des weiteren durch Mittel zum gesteuerten Drehen des Brenners gegenüber den Enden der zu verschweißenden Rohre, so daß es möglich ist, mehrmals, auch während der gleichen Umdrehung sowie zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen die Schweißparameter (Geschwindigkeit, Stromstärke, Abstände usw.) entsprechend einem Zyklus abzuwandeln, der vorprogrammiert werden kann, des weiteren durch eine Bewegungsvorrichtung für eine hin- und hergehende Bewegung des Brenners senkrecht zum Schweißbett, außerdem durch eine Vorrichtung zum Regeln und Einstellen des Abstandes zwischen dem Brenner und den zu verschweißenden Rohren, im übrigen durch Mittel zum Fortleiten von Strömungsmitteln vom ortsfesten Teil an den Drehteil des Brenners und schließlich durch Mittel zum Übertragen des elektrischen Stromes vom ortsfesten Teil zum Brenner, sowie Mittel zum Vorschub de:; Schweißmaterials in Übereinstimmung mit der Schweißzone.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Fortleiten der Strömungsmittel vom ortsfesten Teil auf den Drehteil eine Anzahl biegsamer Rohre aufweist, die auf einer drehbaren ^K Trommel aufgewickelt sind, wobei die Rohre zwischen der Trommel und dem Brenner angeordnet sind, und wobei die Trommel in die Aufwindestellung der Rohre durch Schraubenfeder oder Motorkraft gebracht wird, dabei eine Innenhöhlung aufweist und konzentrisch drehbar mit einem zylindrischen Element verbunden ist, wobei weiterhin der zylin drische Körper der Trommel mit Nuten versehen ist, die gegeneinander durch elastische O-Ringdichtungen abgedichtet sind, wobei die Nute z. B. auf der Trommel mit den Kupplungen für die Rohre verbunden sind, wobei außerdem das zylindrische Element oder die Trommel mit Leitungszügen zum Versorgen und Abführen von Strömungsmitteln Öffnungen in Übereinstimmung mit entsprechenden Nuten der Trommel aufweisen, wobei weiterhin die Nuten für den Durchtritt der Strömungsmittel durch weitere Nuten voreinander getrennt sind, die mit einer Unterdruckquelle oder auf eine andere Weise einen Raum niedrigen Druckes als dem der Strömungsmittel versahen sind, um die Strömungsmittel bei evtl. Leckverlusten abzuführen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel zum übertragen der elektrischen Leistung vom ortsfesten Teil auf den Brenner einschließlich einer elektromechanischen Verbindung, die vorzugsweise gleichzeitig als Träger für die Trommel dient, wobei die Verbindung -. zwei Laufringe im Amalgambad aufweist und die Übertragung der elektrischen Leistung durch die gleichzeitige Anwesenheit des Amalgams und der Rollkörper erfolgt, wobei zwischen beiden Laufringen Dichtungsmittel für das Amalgambad vorgesehen sind, und die Laufflächen der beiden Laufringe mit einem Metallbelag ausgestattet sind, welcher auf das Amalgam netzend einwirkt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch Mittel zum geregelten Verdrehen des Brenners gegenüber den Kanten der zu verschweißenden Rohre, bestehend aus einem Potentiometer, das von einer Präzisionsspannungsquelle gespeist wird und dessen Greifer mechanisch mit der Vorrichtung verbunden ist, welche die Bewegung des Brenners steuert, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß für jede Winkellage des Brenners am Greifer des Potentiometers eine vorherbestimmte Spannung herrscht; des weiteren gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Spannungskomparatoren, welche mit voreinstellbaren Spannungsquellen entsprechend den verschiedenen voreinstallbaren Punkten des

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Brenners verbunden sind, wobei die Komparatoren Signale in Übereinstimmung mit dem durch die vorbestimmten Stellungen gehenden Brenner über die voreinstellbaren Spannungsquellen abgeben; wobei schließlich der Greifer des Potentiometers mit einem Stellungsanzeiger verbunden ist, welcher die Stellung des Brenners in jedem Augenblick zeigt und einem Differenzierstromkreis zuführt, welcher in bekannter Weise ein Spannungssignal liefert, welches proportional zur Drehgeschwindigkeit des Brenners liegt.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch im Bereich der Enden der zu verschweißenden Rohre angeordnete Spannmittel, die Jeweils einen Anlageteil mit einer V-Ausnehmung aufweisen, deren Abmessungen dem Durchmesserbereich der zu verschweißenden Rohre entspricht, wobei dieser ortsfeste Teil derart angeordnet ist, daß er mit einem beweglichen Teil zusammenwirkt, der elastische Mittel aufweist und durch einen Ex2enter betätigt wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Einstellen des Schweißbrenners gegenüber den Enden der zu verschweißenden Rohre eine Vorrichtung aufweisen, welche entweder örtlich über eine Regeleinheit die genaue Einstellung des Brenners gegenüber den zu verschweißenden Enden erlaubt, nachdem das Gehäuse der Vorrichtung gegenüber den Rohren verspannt ist und bevor der Schv/eißvorgang beginnt; ferner gekennzeichnet durch eine elektromechanische Vorrichtung, welche während der Drehbewegung des Brenners diesem eine hin- und hergehende Bewegung, d. h. eine senkrecht zum Schweißbett verlaufende Bewegung mit einer Frequenz und einer Amplitude erteilt wird, welche durch die Regeleinheit programmiert ist, wobei diese Bewegung auch · asymmetrisch gegenüber der Mittellage sein kann; ferner gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum laufenden Abtasten des Abstander; zwischen Brenner und Rohr während des Schweißvorganges, wobei diese Vorrichtung aus einem mechanischen Fühler besieht oder nach der Änderung physikalischer Werte ar-

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beitet, nämlich des elektrischen Widerstandes, der Induktion, der Kapazität od. dgl., die mit oder ohne übertragung durch ein Fühlerelement erhalten werden oder auf akustischer oder elektromagnetischer Wellenreflexion beruhen; ferner gekennzeichnet durch eine mechanische oder elektromechanische Vorrichtung, welche den Brenner in einem vorwählbaren Abstand gegenüber den zu verschweißenden Rohren hält.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß Zufuhrmittel für den Schweißdraht vorgesehen sind, welche aus einer Drahtvorschubanordnung bestehen, die unabhängig angetrieben wird und in einer Trommel drehfrei angeordnet ist sowie durch den Support des Brenners derart in Drehung versetzt wird, daß die Länge des Drahtes zwischen Drahtvorschubglied und Brenner für jede Brennerstellung unver ändert bleibt, wodurch ein konstanter Vorschub entsprechend vor gegebenen Parametern sichergestellt ist; schließlich gekennzeichnet durch einen Schlauch aus Isoliermaterial, in welchem der Draht seine gesamte Wegstrecke derart zurücklegt, daß er jederzeit elektrisch gegenüber der Vorrichtung isoliert ist.

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