DE3005598A1

DE3005598A1 - Verfahren fuer den folgerichtigen ablauf einer auftragsschweissung auf rotierenden werkstuecken

Info

Publication number: DE3005598A1
Application number: DE19803005598
Authority: DE
Inventors: Jürgen Herm; Heinz Krakow; Karl-Heinz 2000 Hamburg Petersen
Original assignee: Blohm and Voss GmbH
Current assignee: Blohm and Voss GmbH
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1981-08-20
Also published as: IT8119757A0; JPS56151172A; IT1169206B; SE8101011L; IT8119757A1; GB2076560A; FR2475961A1

Description

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Hamburg, den 24.ol.198ο

Verfahren für den folgerichtigen Ablauf einer Auftragsschweißung auf rotierenden Werkstücken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den folgerichtigen Ablauf einer Auftragsschweißung auf rotierenden Werkstücken, insbesondere Wellen großen Durchmessers .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Durchführung einer ünterpulver-Auftragsschweißung auf rotierenden Werkstücken, insbesondere Wellen großen Durchmessers weitgehend zu automatisieren ohne ihre vielseitige Verwendbarkeit einzuschränken.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß ein Rechner bei veränderbarer, d.h. je nach Art und Größe des Werkstückes berechenbarer, von Hand einstellbarer Soll-Vorwahl der Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes und bei ebenfalls veränderbarer, d.h. berechenbarer und von Hand einstellbarer Soll-Vorwahl der Taktlänge (Steigung der spiralförmigen Schweißraupe) bei ständig wachsendem Werkstückdurchmesser automatisch die Regelung der Drehzahlen des Werkstückdrehantriebes und des

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Vorschubantriebes für die Schweißwagenkette sicherstellt indem er Abweichungen aufgrund zyklisch erfaßter Meßdaten der Taktlänge und des Werkstückdurchmessers korrigiert.

Der sich daraus ergebene Vorteil ist darin zu sehen, daß trotz des wachsenden Durchmessers des Werkstückes die einmal eingestellte Schweißgeschwindigkeit und die Taktlänge konstant bleiben, während die Vorschubsgeschwindigkeit in einem solchen Ausmaß verringert wird, daß eine gleichbleibende Lage der Schweißraupen gewährleistet ist, und daß sich alle dazu erforderlichen Vorgänge nach Einstellung der Solldaten von Hand vollautomatisch , d.h. einschließlich der erforderlichen Nachregelung abspielen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht der Rechner wahlweise anstelle des spiralförmigen Schweißens ein ringförmiges Schweißen mit einem einmaligen axialen Versatz pro Umdrehung.

Ferner können zur Durchführung d.es Verfahrens der Erfindung bei einer Vorrichtung zur Ermittlung der Soll-Umfangsgeschwindigkeit von Hand ein 4-fach-Dekadenschalter und für die Einstellung der Taktlänge ein 2-fach-Dekadenschalter und zwecks Erfassung der Werksstücks- und Schweißkopfbewegungen Impulsgeneratoren vorgesehen sein deren

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laufende Impulse als Ist-Werte von Zähleinrichtungen erfaßt werden.

Schließlich kann bei einer solchen Vorrichtung für die Wahl spiralförmigen oder ringförmigen Schweißens ein Schlüsselschalter vorgesehen sein, mit dessen Hilfe während der Versatzzeit der Vorschubantrieb geregelt und der Versatzwinkel an einem 3-fach-Dekadenschalter eingestellt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einzelner zeichnerisch dargestellter Beispiele erläutert. In der Zeichnung zeigen :

Fig. la bis Ic das Prinzip verschiedener Betriebsarten der Auftragsschweißung,

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung gemäß der

Erfindung mit Einzelheiten für die Überwachung der Schweißgeschwindigkeit und

Fig. 3 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung

mit Einzelheiten für die Überwachung der Vorschubgeschwindigkeit.

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Wie die Fig. la bis Ic zeigen, werden auf das rotierende Werkstück 11 durch ein Unterpulverschweißverfahren eine beliebige Anzahl Schweißanlagen aufgetragen. Dabei werden Schweißwagen 12 mittels einer gemeinsamen Vorschübkette 13 in Achsrichtung des Werkstückes, d.h. in Pfeilrichtung F bewegt. Einzelheiten sind der Fig. zu entnehmen.

Bei wachsendem Durchmesser des Werkstückes muß die Umfangsgeschwindigkeit und die damit praktisch identische Schweißgeschwindigkeit konstant bleiben.

Die Vorschubsgeschwindigkeit dagegen muß entsprechend dem wachsenden Durchmesser verringert werden, um eine gleichbleibende Lage der Schweißraupen zu gewährleisten.

Das Auftragsschweißen ist in zwei unterschiedlichen Betriebsarten durchführbar, nämlich als sogenanntes spiralförmiges Schweißen, wie in Fig. la und Ic dargestellt und als ringförmiges Schweißen mit Versatz, wie in Fig. Ib gezeigt.

Bei den spiralförmigen Schweißen findet eine dauernde Regelung der Vorschubbewegung der Schweißköpfe statt.

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Die Richtgrößen dafür sind die Werkstück-Drehzahl und die vorgegebene Taktlänge, d.h. die Steigung der Schweißraupe auf dem Umfang des Werkstückes während einer Umdrehung des Werkstückes.

Beim eingängig spiraligen Schweißen gemäß Fig. la wird die Taktlänge so gewählt, daß jeder Schweißkopf eine Raupe 1 neben die andere legt. Beim mehrgängigen spiraligen Schweißen gemäß Fi. Ic wird die Taktlänge vervielfacht. Die Steigung der Schweißraupe 2 wird dabei so gewählt, daß sie gleich dem Produkt aus Taktlänge mal der Anzahl der eingesetzten Schweißköpfe I bis IV ist.

Bei der Betriebsart des ringförmigen Schweißens mit Versatz gemäß Fig. Ib findet bis zum Erreichen des Versatzbeginns keine Vorschubbewegung statt, wie der Verlauf der Schweißraupen 3 erkennen läßt.

Während der Versatzzeit wird der Vorschubmotor so geregelt, daß beim Durchlaufen der Versatzstrecke die eingestellte Taktlänge zurückgelegt wird. Um die Positionierung der Versatzstrecke über die gesamte Werkstück-Länge immer an der gleichen StelleÜes Umfangs zu erreichen, wird ein elektrisch markierter

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Nullpunkt bei einer beliebigen Gradstellung des Werkstückes festgelegt. Die periodische Wiederkehr dieses Nullpunktes ist der Nulldurchlauf. Der Versatz beginnt dann soweit vor dem Nulldurchlauf des drehenden Werkstückes, daß die Versatzbewegung mit dem Nulldurchlauf endet. Der Versatzwinkel wird an einem 3-fach-Dekadenschalter 37 eingestellt.

Die Umschaltung auf die jeweils gewünschte Betriebs-· art erfolgt mittels eines Schlüsselschalters 38 (Fig.3),

Um die gleichbleibende exakte Lage der Schweißraupen 1, 2 und 3 innerhalb einer Toleranz von - 1 mm über die gesamte Länge des Werkstückes zu erreichen, ist ein Rechner R (s. Fig. 2 und 3) erforderlich. Durch ihn werden die Soll-Vorgabedaten für die Schweißgeschwindigkeit ( Drehzahl des Werkstückes ) sowie für die Vorschubgeschwindigkeit der Schweißwagen und damit der Schweißköpfe erstellt.

Die Funktionen des Rechners R sind in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt.

Fig. 2 zeigt die Funktion des Rechners R betreffend die Schweißgeschwindigkeit. Die von Hand an einem 4-fach

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Dekadenschalter 14 eingestellte Soll-Schweißgeschwindigkeit sowie der eingegebene Werkstückdurchmesser werden von dem Rechner R übernommen. Seine Aufgabe besteht nun in der

Berechnung und Ausgabe der Soll-Schweißgeschwindigkeit, Berechnung und Anzeige der Ist-Schweißgeschwindigkeit und in der Ausgabe der errechneten Soll-Drehzahl des Werkstückes.

Der Werkstück-Durchmesser wird laufend und automatisch von einem Winkelcodierer 15 erfaßt, der seinen Meßwert laufend dem Rechner R zuführt.

An der Hubsäule des Schweißkopfes 16 befindet sich eine Zahnstange die bei Änderung der vertikalen Position des Schweißkopfes 16 das Zahnrad des Winkelcodierers bewegt.

Eine berührungslose kapazitive Höhensteuerung 17 überwacht den Abstand zwischen Schweißkopf und Werkstückoberfläche. Bei Abstandsänderungen von mehr als 2 mm bewirkt ein Signal die Verstellung der motorisch angetriebenen Hubsäule und hebt oder senkt den Schweißkopf 16 bis der alte und gewünschte Abstand wiederhergestellt ist.

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Hiermit wird erreicht, daß außer der für den Schweißvorgang wichtigen Einhaltung des Schweißkopf-Abstandes durch die Hubbewegung auch der neue Werkstück-Durchmesser auf den Winkelcodierer 15 übertragen wird. Sind mehrere Schweißköpfe 16 in Betrieb. (Fig.Ic) so wird der Winkelcodierer 15 des zuletzt eingesetzten Schweißkopfes 16 mittels Umschalter 18 aktiviert.

Außer der automatischen Durchmesser-Erfassung kann nach Umschaltung auf "Hand" 19 eine manuelle Eingabe des Werkstückdurchmessers durch Einstellen an einem 3-fach Dekadenschalter 2o vorgenommen werden.

Die vom Rechner R ausgegebene Soll-Drehzahl wird als Analogwert dem Regler 21 und dem Stromrichter 22 des Gleichstrommotors 23 für den Drehantrieb zugeführt.

Die Ist-Schweißgeschwindigkeit wird über die Ermittlung der Ist-Drehzahl durch einen Tachogenerator 24 sowie über den eingegebenen Durchmesser errechnet und als digitale Anzeige 25 ausgegeben.

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Der Bereich "Vorschubgeschwindigkeit" ist in Figur 3 schematisch dargestellt und umfaßt die Aufgaben :

Berechnung und Ausgabe der Soll-Vorschubsgeschwindingkeit Berechnung der Ist-Vorschubgeschwindigkeit Berechnung der Regelabweichung und deren Verarbeitung und Ausgabe der errechneten Soll- Drehzahl des Vorschubantriebes

Die Soll-Vorschubgeschwindigkeit ist abhängig von der eingestellten Taktlänge (d.i. die Vorschubstrecke nach einer 36o o- Drehung des Werkstückes), von der Werkstückdrehzahl
und von der Betriebsart.

Die Taktlänge ist von Hand an einem 2-fach-Dekadenschalt.er 31 einstellbar. Sie ;ist innerhalb einer Toleranz von - 1 mm beliebig oft reproduzierbar. Die Toleranz der Nahtposition einer nachfolgenden Lage zur vorher gelegten ist ebenfalls unter - 1 mm.

Zur Erfassung der Werkstück- und Schweißkppfbewegung sind Impulsgeber eingesetzt.

Der Impulsgeber 32 ist am Drehantrieb angebracht und sendet Impulse in Abhängigkeit von der Drehzahl des Drehantrieb-Motors .

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Der Impulsgeber 33 ist am Vorschubantrieb angebracht und sendet Impulse in Abhängigkeit von der Drehzahl des Vorschubmotors.

Die einlaufenden Impulse der Impulsgeber 32 und 33 werden als Istwerte von Zähleinrichtungen erfaßt.

Abhängig von der vorgewählten Betriebsart und der eingestellten Taktlänge wird den Impulseingängen eine Impulsrate (Anzahl der Soll-Impulse bei 1 Umdrehung) zugeordnet, aus der das Soll-Impulsverhältnis hervorgeht. Das Soll-Impulsverhältnis ist der Quotient der Impulsraten des Drehantriebes und des Vorschubantriebes. ( Imp.V soll = Imp. Soll aus 32 / Imp. Soll aus 33 ) Der anschließende Vergleich der Zählerstände unter Berücksichtigung des Soll-Impulsverhältnisses ergibt die Regelabweichung.

Um die vorgenannten Toleranzen über die gesamte Werkstück-Länge einhalten zu können, müssen auftretende Regelabweichungen ausgeglichen werden. Jede Regelabweichung wird im nächst folgenden Rechenzyklus verarbeitet und als Korrekturgröße dem Regler des Vorschubmotors zugeführt. Dieser Vorgang wiederholt sich nach jeweils loo ms.

Die vom Rechner ausgegebene Soll-Drehzahl wird als Analog-Wert dem Regler 34 und Stromrichter 35 des Gleichstrom-Motors 36 für den Vorschubantrieb zugeführt.

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Claims

Hamburg, den 24.ol.198ο PATENTANSPRÜCHE

1.) Verfahren für den folgerichtigen Ablauf einer Auftragsschweißung auf rotierenden Werkstücken, insbesondere Wellen großen Durchmessers,dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechner bei veränderbarer, d.h. je nach Art und Größe des Werkstückes berechenbarer, von Hand einstellbarer Soll-Vorwahl der Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes und bei ebenfalls veränderbarer, d.h. berechenbarer und von Hand einstellbarer Soll-Vorwahl der Taktlänge (Steigung der spiralförmigen Schweißraupe) bei ständig wachsendem Werkstückdurchmesser automatisch die Regelung der Drehzahlen des Werkstückdrehantriebes und des Vorschubantriebes für die Schweißwagenkette sicherstellt, indem er Abweichungen aufgrund zyklisch erfaßter Meßdaten der Taktlänge und des Werkstückdurchmessers korrigiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Rechner wahlweise anstelle des spiralförmigen Schweißens ein ringförmiges Schweißen mit einem einmaligen axialen Versatz pro Umdrehung ermöglicht.

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Soll-Umfangsgeschwindigkeit von Hand ein 4-fach-Dekadenschalter(14) und für die Einstellung der Taktlänge ein 2-f ach-Dekadenschalter (3l")und zwecks Erfassung der Werkstücks- und Schweißkopfbewegungen Impulsgeneratoren ( 32, 33 ) vorgesehen sind_;deren laufende Impulse als Ist-Werte von Zähleinrichtungen erfaßt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wahl spiralförmigen oder ringförmigen Schweißens ein Schlüsselschalter (38) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe während der Versatzzeit der Vorschubantrieb geregelt und der Versatzwinkel an einem 3-fach-Dekadenschalter (37) eingestellt wird.

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