DE2948333C2 - Vorrichtung zum Mehrraupenschweißen von zwei um eine gemeinsame Mittellinie rotierenden Werkstücken - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mehrraupenschweißen von zwei um eine gemeinsame Mittellinie rotierenden Werkstücken mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 40 545 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist allerdings abweichend die Anordnung so getroffen, daß nicht das Werkstück rotiert, sondern die Schweißausrüstung umlaufend um die gemeinsame Mittellinie von zwei· stillstehenden Werkstücken angeordnet ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung erfolgt die Führung des Schweißdrahtes von einer Vorratsrolle zur Schweißstelle durch ein Rohr, das zusammen mit der Vorratsrolle an einem Halter montiert ist. Der Halter kann während des Schweißvorganges um eine quer verlaufende Achse hin bo und her verschwenkt werden. Hierdurch wird die Fuge durch sich überlappende Schweißnähte oder Schweißraupen ausgefüllt, die abwechselnd an der rechten und an der linken Seite der im Querschnitt V-förmigen Fuge gelegt werden. Diese Vorrichtung ist nur für Rohre und ähnliche Werkstücke von relativ geringer Wandung geeignet, da nur bei diesen eine V-förmige Fuge möglich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung mit den Merkmaien des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß mit dieser ein einwandfreies Schweißen auch von solchen Werkstücken möglich ist. die große radiale Wandstärken und parallele oder wenigstens hauptsächlich zueinander parallele Stirnflächen aufweisen, so daß sich dabei eine sehr enge wie auch tiefe Fuge ergibt, die mit dem Schweißmaterii,! ausgefüllt werden muß.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der neuen Vorrichtung ist der Winkelausschlag, den der Schweißdrahthalter zwischen seinen Endlagen ausführen kann, ohne gegen die Stirnfläche der Werkstücke anzustoßen, verhältnismäßig groß. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß die hierdurch bedingte große Neigung des Schweißdrahtes gegenüber der Stirnfläche des jeweiligen Werkstückes eine einwandfreie Schweiß verbindung ermöglicht Dies wird wesentlich dadurch erreicht, daß die Schwenkachse des Hakers innerhalb der Kontur des dünnen Haltearms gelegen ist und daß das Führungsrohr für den Schweißdraht nicht an der Schwenkbewegung des Halters teilnimmt. Bei der neuen Vorrichtung führt also nur der Haltearm selbst eine Seitenbewegung in Richtung der Werkstückmittellinie aus. Die Folge ist, d-.-ß der maximal zulässige Schwenkwinkel lediglich vom Abstand zwischen der Schwenkachse und dem äußersten Punkt des Armquerschnittes abhängt Die Länge des Führungsrohres gemessen von der Schweißstelle aus bis zum Umfang des Werkstückes hat dagegen keinen beschränkenden Einfluß auf den erreichbaren Winkelausschlag. Dieser große Winkelausschlag wird erreicht, ohne daß dafür — wie bei der bekannten Vorrichtung — die Fuge einen V-förmigen Querschnitt aufweisen muß·. Ein solcher Fugenquerschnitt ist nur bei dünnwandigen, insbesondere rohrförmigen Werkstücken annehmbar, da sonst die V-förmigc Fuge bei großer Fugentiefe zu eic-im nicht mehr annehmbaren Wert der Fugenbreite am Umfang des Werkstückes führen würde.

Vorteilhafterweise sind das Lager für den Halter, der Drahtvorrat, die Vorschubmittel und das Führungsrohr an einem Schlitten gemeinsam montiert, der in Richtung quer zur Schwenkachse des Halters auf die gemeinsame Mittellinie der Werkstücke zu und von dieser weg verschieblich ist. Dadurch läßt sich auf einfache Weise eine genaue Steuerung dieser Teile bei fortschreitender Schließung der Naht erreichen. Zweckmäßigerweise ist ein Rohr für die Zuleitung von Schweißpulver parallel zum und unterhalb des Haltearmes angeordnet, das sich bis hin zur Schweißstelle erstreckt Dadurch kann das Schweißpulver zuverlässig und unabhängig von den Auswanderungen des Schweißdrahtes der Schweißstelle zugeführt werden. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, wenn man das Rohr für die Zufuhr des Schweißpulvers um eine zur gemeinsamen Mittellinie parallele Achse unter dem Lager schwenkbar aufhängl und an seinem vorderen Ende einen Fühler zum Steuern der Bewegung des Schlittens anordnet. Der Fühler stellt die zunehmende Schließung der Fuge fest und steuert entsprechend die Vorschubbewegungen für den die wesentlichen Teile tragenden Schlitten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schcmatischer Zeichnungen an einem Ausführungsbcispicl näher erläutert. Es zeigt

Fig. I zwei Kurbelkröpfungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengeschweißt sind.

Fig. 2 einen Axialschnitt durch zwei andere Werk-

stücke, die ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengeschweißt werden können und die in einer rein schematisch veranschaulichten erfindungsgemäßen Vorrichtung eingespannt wiedergegeben sind,

Fig.3 in größerem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie II1-III in F i g. 2, in dem Teile der Vorrichtung weggelassen sind,

F i g. 4 in noch größerem Maßstab einen Aasschnitt, der die Schweißstelle in F i g. 3 wiedergibt, und

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in F i g. 4. In F i g. 1 sind zwei Kurbelkröpfungen 1 mit Hauptlagerzapfen 2, Kurbelzapfen 3 und Kurbelarmen 4 dargestellt. Die beiden Kröpfungen sind durch eine Schweißnaht 5 in der Mitte der Länge des ihnen gemeinsamen Hauptlagerzapfens 2 zusammengeschweißt. Vor Ausführung der Schweißung können die beiden Werkstücke vorläufig zusammengefügt und zentriert worden sein mit Hilfe eines nicht eingezeichneten Ringes, der durch Heftschweißen in der zentralen Bohrung durch den Zapfen befestigt ist und der gegebenenfalls nach beendetem Schweißvorgang wieder entfernt wire:. Während des Schweißens rotieren die beiden Kröpfungen 1 um die gemeinsame Mittellinie der Zapfen 2, und das Schweißen kann mit Hilfe einer Apparatur erfolgen, die im Prinzip der nachstehend beschriebenen und in den F i g. 2—5 dargestellten entspricht

F i g. 2 zeigt einen Flansch 6, der mit einer Welle 7 verbunden werden soll durch Mehrraupenschweißen in der relativ schmalen und tiefen Fuge 8 zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen 9 und 10 der beiden Werkstücke. Vor dem Schweißen sind die Werkstücke mit Hilfe eines kurzen Zapfens 11 zentriert worden, der in Verlängerung der Welle 7 sitzt und dessen Oberfläche die Sohle der Fuge 8 bildet. Der Zapfen 11 kann mit dem Flansch 6 in dessen zentraler Bohrung 12 durch Heftschweißen verbunden sein.

Der Flansch 6 ist in ein Packenfutter 13 eingespannt, das an einer Hauptspindel in einem Spindelstock 36 befestigt ist und durch einen nicht eingezeichneten Antriebsmechanismus angetrieben wird, der bevorzugterweise ein stufenlos variables Getriebe umfaßt und in den Spindelstock eingebaut ist Das vom Flansch 6 abgekehrte Ende der Welle 7 ist mit Hilfe eines Reitstokkes 37 unterstützt, und, falls erforderlich, kann die Welle an einer oder mehreren nicht eingezeichneten Stellen zwischen ihren Enden noch zusätzlich unterstützt sein.

Am hinteren Ende der Hauptspindel ist eine aus dem Spindelstock herausragende Steuerwelle 28 befestigt, an der ein Betätigungselement für einen nicht näher gezeigten Mechanismus 39 montiert ist, der zu der im folgenden Geschriebenen Steuerung des Schweißvorgangs dient Das äußere Ende der Welle 38 ist durch ein an der Rückseite des Spindelstocks befestigtes Gehäuse 40 hindurchgeführt, welches Kontakte für die Zuleitung von Schweißstrom durch die Welle enthält.

Die zur Ausführung des Schweißvorgangs dienenden Teile der Vorrichtung sind an einem Gestell 41 montiert, das im Hinblick auf die Einstellung der Schweißstellung in Richtung der gemeinsamen Mittellinie und Rotationsachse 14 der beiden Werkstücke 6 und 7 parallel mit der eo Mittellinie verschieblich ist auf einem Fundament 42, welches fest verbunden ist mit einem Grundrahmen 43, der den Spindelstock 36 und den in Richtung der Mittel- !inie 14 verschiebl;ch"n Reitstock 37 trägt.

Ein Wagen 15 kann außerhalb der rotierenden Werkstücke in quer zur Mitterünie 14 verlaufender Richtung iiuf dem Gestell 41 hin- und herfahren, und dieser Wagen trägt eine Führung 16 für einen in lotrechter Richtung auf- und abverschieblichen Schlitten 17. Der Schlitten 17 trägt an seinem unteren Ende ein Lager 18 für einen Halter 35, der mit Hilfe eines nicht näher wiedergegebenen Mechanismus in bezug auf das Lager 18 eine beg. enzte Schwenkbewegung um eine waagerechte Achse 20 ausführen kann.

Der Halter 35 ist mit einem Schenkel 19 ausgebildet, der sich vom Lager 18 aus in Richtung der Schwenkachse 20 in die Schweißfuge 8 hineinerstreckt, und wenigstens der vordere Teil des Schenkels 19, der sich zu Beginn des Schweißvorgangs, weicher in den F i g. 3—5 veranschaulicht ist, ganz im Inneren der Fuge befindet, hat derartige Querschnittsabmessungen, daß er, wie in Fig.5 gezeigt, zwischen den beiden Endlagen 1 und II hin- und hergeschwenkt werden kann, ohne dabei gegen die beiden Stirnflächen 9 und 10 zu stoßen. Das vordere Ende des Schenkels 19 setzt sich in einer in etwa radial in Richtung Mittellinie 14 verlaufenden, feststehenden Backe 21 fort, die in Zusammenarbp!' mii einer beweglichen und federbelasteten Backe 22 einen Schweißdrahi 23 einklemmen kann, der von einer auf dem Schlitten 17 angebrachten Vorratsrolle 24 abgezogen und mit Hilfe eines geeigneten Vorschubmechanismus 25 vorgeschoben wird. Zwischen dem Vorschubmechanismus und den Backen 21,22 ist der Schweißdraht durch ein Rohr 26 hindurchgeführt, welches an seinem oberen Ende fest mit dem Vorschubmechanismus verbunden und an seinem unteren Ende mit Spielraum in eire Bohrung in der feststehenden Backe 21 hineingeführt ist, so daß es die erwähnte Schwenkung der Backe um die Achse 20 nicht behindert.

Unter dem Schenkel 19 des Halters 35 ist ein Rohr 27 für die Zuleitung von Schweißpulver so mit dem Lager 18 gelenkig verbunden, daß es um eine mit der Mittellinjg 14 "Hrsllele Achse schwenkbar ist und ds^c ^chvv⁰*^· pulver wird aus einem am Schlitten 17 befestigten Behälter 28 durch einen Trichter 29 in das Innere dt5 Rohres 27 geleitet, wo es mit Hilfe einer Schnecke 30, die von einem Motor 31 am hinteren Ende des Rohres 27 angetrieben wird, nach vorn zur Schweißstelle gefördert wird. Durch die Wahl eines geeigneten Schweißpulvers läßt sich, wie auf dem Gebiet der ünterpulver-Schweißtechnik wohlbekannt ist, erreichen, daß sich die gebildete Schlacke selbst löst und während der Rotation der Werkstücke aus der Schweißfuge herausfällt. Wird an Stelle von Schweißpulver ein Schutzgas benutzt, kann das Gas durch ein ähnliches Rohr zugeleitet werden, das dann keine Förderschnecke enthält.

Am vorderen Ende des Rohres 27 ist ein Fühler 32 angebracht, der unter dem Einfluß einer am hinteren Ende des Rohres 27 wirksamen Feder 33 vor Beginn des Srhw.iCvorgangs in Anlage gegen die Oberfläche des Zapfens 11 und danach gegen die Oberfläche der sukzessiv anwachsenden Schweißnaht gehalten wird. Das hintere Ende des Rohres 27 betätigt einen Schalter 34, der die Aufwärtsbewegung des Schlittens 17 im Gleichtakt mit dem Fortschreiten des Schweißvorganges steuert.

Die vorher erwähnte, periodische Schwenkung des Halters 35 mit den Backen 21 und 22 zwischen den beiden Endlagen I und II kann von dem bereits erwähnten, nicht näher gezeigten Mechanismus 39 gesteuert werden, der von der mit den beiden Werkstücken 6 und 7 synchron rotierenden Welle 38 aktiviert wird. Die Schwenkbewegung wird beispielsweise so gesteuert, daß der Halter 35 für die Dauer einer vollen Umdrehung der rotierenden Werkstücke in seiner einen Endlage festgehalten wird, so daß in der einen Sohlenecke der

Fuge S eine 360⁼ lange Schweißnaht gelegt wird. Danach wird der Halter in seine andere Endlage hinübergeschwenkt, und zwar bevorzugterweise mit konstanter oder annähernd konstanter Winkelgeschwindigkeit, und wenn der Halter diese andere Endlage erreicht hat, bleibt er für die Dauer einer vollen Umdrehung der beiden Werkstücke dort stehen.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht das Schweißen dicht an einer Schulter mit großem Radius oder großer Ausladung, was ζ B. beim Aufbau von Kurbelwellen ein Zusammenschweißen von separat gefertigten Kurbelarmen, Hauptlagerzapfen und Kurbelzapfen mit Hilfe von Schweißnähten ermöglicht, die dicht an den Hohlkehlen zwischen den Armen und den Lagerzapfen bzw. Kurbelzapfen liegen. Dies kann insbesondere bei der Herstellung von sehr großen Kurbelwellen ein fabrikationsmäßiger Vorteil sein. Auch beim Anschweißen von Flanschen an Wellenenden ist es vorteilhaft, daß man eine Welle direkt an die plane Oberfläche eines scheibenförmigen Werkstückes anschweißen kann, das einen wesentlich größeren Durchmesser besitzt als die VVeIIe.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

JO

40

50

55

60

Claims (4)

Patentaasprüche:

1. Vorrichtung zum Mehrraupenschweißen von zwei, um eine gemeinsame Mittellinie rotierenden Werkstücken, mit einem Halter, der periodisch zwischen der einen und der anderen Seite der zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Werkstücke gebildeten Schweißfuge um eine quer zur Mittellinie verlaufende Achse hin- und her schwenkbar ist, bei der am vorderen Ende des Halters angeordnete Backen für einen Schweißdraht und Einrichtungen zum Abziehen des Schweißdrahtes von einem Drahtvorrat und zum mechanischen Vorschieben des Drahtes durch ein Führungsrohr zu den Bak- is ken vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (35) einen sich vom Schwenklager (18) aus in Richtung seiner Schwenkachse (20) erstreckenden Schenkel (19) aufweist, dessen vorderes, in die Schweißfuge (8) einführbares Ende die zn Backen (21, 22) aufweist, und daß das äußere Ende des Führungsrohres (26) außerhalb des Halters (35) fest angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (18) für den Halter (35), der Drahtvorrat (24), die Vorschubmittel (25) und das Führungsrohr (26) gemeinsam an einem Schlitten

(17) montiert sind, der in Richtung quer zur Schwenkachse (20) des Halters auf die gemeinsame Mittellinie (14} der Werkstücke (6, 7) zu und von dieser weg verschieblich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Rohr (27) für die Zuleitung von Schweißpulver parallel mit unc unter dem Halterarm (19) bis hin zur Schweißstelle erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (27) um eine zur gemeinsamen Mittellinie (14) parallele Achse unter dem Lager

(18) schwenkbar aufgehängt ist und an seinem vorderen Ende einen Fühler (32) zum Steuern der Bewegung des Schlittens (17) trägt.