DE2919813C3 - Vorrichtung zum Schweißen zylindrischer Werkstücke mittels eines Elektronenstrahls - Google Patents
Vorrichtung zum Schweißen zylindrischer Werkstücke mittels eines ElektronenstrahlsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen zylindrischer Werkstücke mittels eines Elektronenstrahls
längs einer Umfangsschweißlinie.
Es ist bekannt, daß mittels eines Elektronenstrahls anderenfalls undurchführbare Bearbeitungen von Bohrungen,
Nuten, Schlitzen usw. mit hoher Präzision und in kurzer Zeit ausführbar sind, und daß bei Verwendung
eines Elektronenstrahls für das Schweißen aufgrund der Arbeitsweise unter einem hohen Unterdruck zahlreiche
Vorteile erzielt werden können. Beispielsweise läßt sich auf diese Weise eine Schweißnaht mit hoher Reinheit
und ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften sowie Korrosionsbeständigkeit herstellen; außerdem wird
auf diese Weise das bisher undurchführbare Schweißen von dünnen Blechen oder Folien möglich, wobei keine
Blaseneinschlüsse (Lunker) und auch keine Schlacke gebildet werden und das Schweißen von Werkstoffen
mit hohem Schmelzpunkt ebenfalls möglich wird.
Eine bisherige Schweißvorrichtung zur Herstellung einer Umfangsschweißnaht mittels eines Elektronenstrahls
besitzt den Aufbau gemäß Fig. 1, wobei zwei mittels eines Elektronenstrahls 101 miteinander zu
verbindende Werkstücke 102 und 103 auf einem Drehtisch 105 festgespannt werden, der durch einen
Antriebsmotor 104 in Drehung versetzbar ist Diese beiden Werkstücke 102, 103, der Motor 104 und der
Drehtisch 105 sind dabei in ein zylindrisches Gehäuse 109 eingesetzt, das mit Hilfe von scheibenförmigen
oberen und unteren Endplatten 107 bzw. 103 unter Zwischenfügung von Dichtringen 106 vakuumdicht
verschlossen wird. Das Vakuumgehäuse 109 wird über
ίο eine Absaugleitung 111 mit einer Vakuumpumpe 110
zum Evakuieren des Inneren des Gehäuses 109 verbunden. Ein Elektronenrohr 113 zur Ausstrahlung
eines Elektronenstrahls 101 gegen eine Schweißlinie 112 längs der Fuge zwischen den beiden Werkstücken 102
und 103 ist an der Mantelwandfläche des Vakuumgehäuses 109 montiert.
Da bei dieser bisherigen Vorrichtung der Antriebsmotor 104 und der Drehtisch 105, zusätzlich zu den
beiden zylindrischen Werkstücken 102 und 103, im Inneren des Vakuumraums 114 angeordnet sind, muß
das Vakuumgehäuse ziemlich groß ausgebildet werden, woraus sich der Nachteil erhöhter Fertigungskosten
ergibt Aufgrund des großen Volumens des Vakuumraums 114 muß außerdem eine Vakuumpumpe mit
hoher Förderleistung eingesetzt werden. Weiterhin ist die Anordnung des Motors 104 zum Drehen der beiden
Werkstücke 102, 103 innerhalb des Vakuumraums 114 für die Wartung des Motors 114 und anderer Teile
ungünstig, wobei zudem die Gefahr besteht, daß Schmieröl aus dem Motor verdampfen und das Innere
des Vakuumraums 114 verunreinigen oder das in letzterem herrschende Vakuum beeinträchtigen kann.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art, die
sich durch eine kompakte Bauweise mit verkleinerter Vakuumkammer auszeichnet, wobei das Innere der
Vakuumkammer nicht durch Schmieröl od. dgl. beeinflußt wird und sich zudem Wartungsarbeiten einfach
durchführen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch zwei scheibenförmige Trennplatten, die an ihren
Außenumfangsflächen mit ringförmigen, aufblasbaren Schlauchdichtungen versehen und die über bzw. unter
der Schweißlinie in die zylindrischen Werkstücke so einsetzbar sind, daß die Schlauchdichtungen gegen die
Innenumfangsflächen der Werkstücke andrücken und dabei eine von den beiden Trennplatten sowie den
Innenumfangsflächen der Werkstücke begrenzte erste Vakuumkammer festgelegt wird, durch zwei ringförmige,
feststehende Kammerwandteile, die an ihren Innenumfangsflächen mit ringförmigen, aufblasbaren
Schlauchdichtungen versehen sind und die sich außerhalb der Werkstücke über bzw. unter der Schweißlinie
befinden, derart, daß die Schlauchdichtungen gegen die Außenumfangsflächen der Werkstücke andrücken,
durch einen ringförmigen Drehkammerwandteil, der derart um die beiden feststehenden Kammerwandteile
herum angeordnet ist, daß seine Innenumfangsfläche über Dichtungselemente mit den Außenumfangsflächen
der feststehenden Kammerwandteile in Gleitberührung steht, so daß eine durch die Außenumfangsflächen der
beiden Werkstücke, die beiden feststehenden Kammerwandteile und die Innenumfangsfläche des Drehkammerwandteils
begrenzte zweite Vakuumkammer gebildet wird, und durch ein zum Emittieren eines
Elektronenstrahls gegen die Schweißlinie der beiden Werkstücke vorgesehenes Elektronenrohr in solcher
Anordnung am Drehkammerwandteil, daß bei einer
Drehung des Drehkammerwandteils relativ zu den Werkstücken eine Elektronenstrahlschweißung der
zylindrischen Werkstücke längs ihrer Schweißlinie durchführbar ist
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik
anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine bisherige Vorrichtung zur Herstellung einer Umfangsschweißnaht mittels eines Elektronenstrahls
im Längsschnitt, und im Vergleich dazu 1 ο
Fig.2 eine erfindungsgemäße Schweißvorrichtung
im Längsschnitt
Bei der Vorrichtung gemäß Fig.2 werden zwei Stahlrohre 11 und 12 — z.B. zur Herstellung einer
pneumatischen Rohrleitung — als Werkstücke, die an ihren Stoßflächen miteinander verbunden werden
sollen, auf einem Arbeitstisch 13 übereinander angeordnet, wobei der Arbeitstisch 13 mittels eines Antriebsmechanismus
14 und eines Antriebsmotoi j 15 beliebig lotrecht verstellt und in Drehung versetzt werden kann.
Eine scheibenförmige obere Trennplatte 17 weist in ihrer Außenumfangsfläche eine aufblasbare Schlauchdichtung
16 auf, die durch Aufblasen in Abdichtberührung mit der Innenumfangsfläche des oberen Stahlrohrs
11 zu bringen ist Eine ähnliche scheibenförmige untere Trennplatte 19 ist ebenfalls mit einer in ihre
Außenumfangsfläche eingelassenen, aufblasbaren Schlauchdichtung 18 versehen, die in Dichtungsberührung
mit der Innenumfangsfläche des unteren Stahlrohrs 12 zu bringen ist Die beiden Trennplatten 17 und jo
19 sind in ihrem Mittelbereich materialeinheitlich miteinander verbunden, so daß das Volumen einer
ersten, zwischen oberer und unterer Trennplatte 17 bzw. 19 und Innenumfangsflächen der Stahlrohre 11 und 12
festgelegten Vakuumkammer 20 klein gehalten werden js
kann. Zwischen die untere Trennplatte 19 und den Arbeitstisch 13 ist ein Abstandstück 22 eingefügt, mit
dessen Hilfe die beiden Trennplatten 17 und 19 über bzw. unter einer Schweißnahtlinie 21 längs der
Stoßflächen der beiden Stahlrohre 11 und 12 angeordnet werden können.
Ein ringförmiger oberer, feststehender Kammerwandteil 24 mit einer in seiner Innenumfangsfläche
sitzenden aufblasbaren Schlauchdichtung 23, die durch Aufblasen in Abdichtberührung mit der Außenumfangsfläche
des oberen Stahlrohrs 11 zu bringen ist, ist an mehreren oberen Trägern 25 befestigt. Ein ringförmiger
unterer, feststehender Kammerwandteil 27 mit einer in seiner Innenumfangsfläche angeordneten aufblasbaren
Schlauchdichtung 26, die mit der Außenumfangsfläche des unteren Stahlrohrs 12 in Dichtungsberührung zu
bringen ist, wird von mehreren unteren Pfosten bzw. Trägern 28 in fester Lage gehalten. Ein ringförmiger
Drehkammerwandteil 31 mit in seiner Innenumfangsfläche angeordneten Ringdichtungselementen 29 und 30,
die in Gleitberührung mit den Außenumfangsflächen von oberem und unterem Kammerwandteil 24 bzw. 27
stehen, ist mit Hilfe von Schub- bzw. Axiallagern auf einem ringförmigen Tragtisch 33 montiert und somit frei
relativ zu den feststehenden oberen und unteren 6u Kammerwandteilen 24 bzw. 27 drehbar.
Selbstverständlich sind die Außenumfangs- bzw. Mantelflächen der beiden feststehenden Kammerwandteile
24 und 27, mit denen die Ringdichtungselemente 29 bzw. 30 am Drehkammerwandteil 31 in Gleitberührung
stehen, durch Schleifen feinbearbeitet, so daß die Vakuumdichtheit einer zweiten Vakuumkammer gewährleistet
wird, die durch die Innenumtangsfläche des Drehkammerwandteils 31, die beiden feststehenden
Kammerwandteile 24 und 27 sowie die Außenumfangs- bzw. Mantelflächen der Stahlrohre 11 und 12 festgelegt
wird. Wahlweise können die Dicbtungselemente 29 und
30 an der Außenumfangsfläche von oberem und unterem Kammerwandteil 24 bzw. 27 befestigt sein. An
die aufblasbaren Schlauchdichtungen 16, 18, 23 und 26 sind weiterhin über Steuerventile 37 vier Rohrleitungen
36 zur Druckanlegung angeschlossen, während die anderen Enden dieser Rohrleitungen 36 mit einem
Druckspeicher 35 verbunden sind, um von diesem Druckluft zu den betreffenden aufblasbaren Schlauchdichtungen
16,18,23 und 26 zuzuführen.
Ein Elektronenrohr 39 zur Ausstrahlung eines Elektronenstrahls 38 gegen die Schweißlinie bzw. -naht
2t zwischen den Stahlrohren 11 und 12 ist unter Zwischenfügung einer Dichtung 40 am Drehkammerwandteil
31 angebracht Zur Bestrahlung der gesamten Schweißlinie 31 mit dem Elektronenstrahl 38 steht ein
Antriebszahnrad 42, das mit einem auf dem Tragtisch 33 angeordneten Antriebsmotor 41 verbunden ist, mit
einem Zahnradkranz 43 an der Außenumfangsfläche des Drehkammerwandteils 31 in Eingriff, so daß das
Elektronenrohr 39 längs der Schweißlinie 21 um die Stahlrohre 11 und 12 herum bewegbar ist Weiterhin ist
an diesem Drehkammerwandteil 31 eine Vakuumpumpe 44 montiert, welche die erste Vakuumkammer 20 über
die zweite Vakuumkammer 34 und den Spalt zwischen den Stahlrohren 11 und 12 evakuiert. Eine getrennte,
nicht dargestellte Vakuumpumpe kann jedoch auch auf der oberen Trennplatte 17 angeordnet sein, um die erste
Vakuumkammer 20 unmittelbar zu evakuieren.
Im Betrieb der beschriebenen Vorrichtung werden zunächst auf dem Arbeitstisch 13 zwei Stahlrohre bzw.
zylindrische Werkstücke 11 und 12 aufeinander gesetzt, worauf der Arbeitstisch 13 durch Betätigung des
Antriebsmechanismus 14 so lotrecht eingestellt wird, daß der Elektronenstrahl 38 auf die Schweißiinie 21
ausgerichtet ist und damit die Stahlrohre 11 und 12 für die Bearbeitung eingestellt sind. Sodann wird durch
öffnen der entsprechenden Steuerventile 37 Druckluft zu den jeweiligen aufblasbaren Schlauchdichtungen 16,
18,23 und 26 geleitet, und die beiden Vakuumkammern 20 und 34 werden durch diese aktivierten Schlauchdichtungen
in einem vakuumdichten Zustand gehalten. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Dichtungselemente 29 und
30 zwischen den beiden festen Kammerwandteilen 24 und 27 sowie dem Drehkammerwandteil 31 stets mit
einem vorgegebenen Druck anliegen, so daß ein zweckmäßiger Spielraum für Abnutzung gegeben ist.
Sodann werden durch Betätigung der Vakuumpumpe 44 die beiden Vakuumkammern 20 und 34 evakuiert.
Wenn ein vorbestimmter Unterdruck erreicht ist, wird mittels des Antriebsmotors 41 der Drehkammerwandteil
31 mit konstanter Drehzahl in Drehung versetzt, so daß der vom Elektronenrohr 39 emittierte Elektronenstrahl
38 ebenfalls umläuft und die beiden Stahlrohre 11 und 12 längs der Schweißlinie 21 miteinander verschweißt.
Wenn der Drehkammerwaiidteil 31 eine volle
Umdrehung durchgeführt hat, werden das Elektronenrohr 39 und der Antriebsmotor 41 abgeschaltet, und
nach dem Ablassen der Druckluft aus den Scnlauchdichtunfe;n
16, 18, 23 und 26 durch entsprechende Betätigung der Steuerventile 37 werden die miteinander
verschweißten Stahlrohre 11 und 12 beispielsweise mittels eines Krans vom Arbeitstisch 13 abgehoben.
Da bei der beschriebenen Vorrichtung die Vakuum-
Da bei der beschriebenen Vorrichtung die Vakuum-
kammern nur um eine kreisförmige Schweißlinie herum angeordnet sind und die Abdichtung dieser Vakuumkammern
mittels aufblasbarer Schlauchdichtungen erfolgt, kann das Volumen der Vakuumkammern im
Vergleich zum Volumen der Vakuumkammer bei der bisherigen Vorrichtung wesentlich verkleinert werden,
wobei sich auch die Arbeitsgänge schnell durchführen lassen. Da sich außerdem, im Gegensatz zur bisherigen
Vorrichtung, keine mechanischen Bauteile, wie ein Antriebsmotor od. dgl. in den Vakuumkammern befinden,
besteht keine Gefahr für eine Verunreinigung des Inneren der Vakuumkammer bzw. -kammern durch
Schmieröl od. dgl. Außerdem werden Wartung und Inspektion der mechanischen Bauteile dadurch erheblich
vereinfacht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Vorrichtung zum Schweißen zylindrischer Werkstücke mittels eines Elektronenstrahls längs einer Umfangsschweißlinie, gekennzeichnetdurch zwei scheibenförmige Trennplatten (17,19), die an ihren Außenumfangsflächen mit ringförmigen, aufblasbaren Schlauchdichtungen (16 bzw. 18) versehen und die über bzw. unter der Schweißlinie (21) in die zylindrischen Werkstücke (11, 12) so einsetzbar sind, daß die Schlauchdichtungen gegen die Innenumfangsflächen der Werkstücke andrükken und dabei eine von den beiden Trennplatten sowie den Innenumfangsflächen der Werkstücke begrenzte erste Vakuumkammer (20) festgelegt wird, durch zwei ringförmige, feststehende Kaminerwandteile (24,27), die an ihren Innenumfangsflächen mit ringförmigen, aufblasbaren Schlauchdichtungen (23,26) versehen sind und die sich außerhalb der Werkstücke (11, 12) über bzw. unter der Schweißlinie (21) befinden, derart, daß die Schlauchdichtungen (23,26) gegen die Außenumfangsflächen der Werkstücke andrücken, durch einen ringförmigen Drehkammerwandteil (31), der derart um die beiden feststehenden Kammerwandteile (24, 27) herum angeordnet ist, daß seine Innenumfangsfläche über Dichtungselemente (29,30) mit den Außenumfangsflächen der feststehenden Kammerwandteile in Gleitberührung steht, so daß eine durch die Außenumfangsflächen der beiden Werkstücke, die beiden feststehenden Kammerwandteile und die Innenumfangsfläche des Drehkammerwandteils begrenzte zweite Vakuumkammer (34) gebildet wird, und durch ein zum Emittieren eines Elektronenstrahls (38) gegen die Schweißlinie (21) der beiden Werkstücke (11, 12) vorgesehenes Elektronenrohr (39) in solcher Anordnung am Drehkammerwandteil (31), daß bei einer Drehung des Drehkammerwandteils relativ zu den Werkstücken eine Elektronenstrahlschweißung der zylindrischen Werkstücke (11, 12) längs ihrer Schweißlinie (21) durchführbar ist.
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