DE3828459C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtbogen-Stumpfschweißgerät nach Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Gerät ist aus der DE-OS 15 65 003 in Form einer Schweißpistole zum Anschweißen rohrförmiger Werkstücke bekannt, wobei die auf das Gegenwerkstück aufsetzbare Pistole in ihrem Inneren eine in Richtung der Werkstückachse gesteuert hin- und herbewegliche Spannvorrichtung für das jeweilige Werkstück ent­ hält und die Magnetspule eine die Schweißstelle umgebende, in den Kern eingebettete ringförmige Wicklung aufweist. Mit der Magnetspule soll erreicht werden, daß der Lichtbogen längs der Stirnkante des rohrförmigen Werkstückes rotierend bewegt und so das Werkstück über seinen gesamten Querschnitt aufgeschmolzen wird, ferner soll die auf den Lichtbogen üblicherweise einwirkende Blaswirkung beseitigt werden. Es hat sich nun aber gezeigt, daß ein Rotierenlassen des Lichtbogens und eine damit bewirkte Vergleichmäßigung des Aufschmelzens nicht nur bei rohr­ förmigen, sondern bei jeder Form bolzenartiger Werkstücke wünschens­ wert ist, daß aber andererseits ein Bedürfnis besteht, die Einflußnahme des Magnetfeldes genauer, vor allem winkelabhängig, steuern zu können. Oft nämlich bestehen infolge der hohen hier zur Verwendung kommenden Schweißströme und davon - beabsichtigt oder unbeabsichtigt - hervorgerufener Magnetfelder bereits durch benachbarte Metallteile oder auch die Stromzuführung zu dem Gegen­ werkstück Unsymmetrien, die es auszuschalten oder zu kompensieren gilt.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lichtbogen- Stumpfschweißgerät nach Gattungsbegriff so auszubilden, daß es eine winkel- und ggf. auch zeitabhängige Steuerung des seitens der Magnetspule aufgebrachten Magnetfeldes erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben darüber hinausgehende vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten an.

Die betreffende Aufteilung der Wicklung der Magnetspule erlaubt es, die einzelnen Teilwicklungen unterschiedlich und ggf. auch nacheinander zu erregen, u. U. auch, sie nach Querschnitt und/oder Windungszahl unterschiedlich groß zu gestalten. Sodann aber ermöglicht es die aufgeteilte Wicklung auch - und hier liegt ein besonderer Vorteil vor allem, wenn es sich um einen Kopf aufweisende Bolzen handelt - die Magnetspule zu teilen, um sie nach dem Schweißvorgang leichter oder überhaupt noch abnehmen zu können.

Die Einstellbarkeit der Magnetspule gemäß Anspruch 4 und die symmetrische Schweißstromzuführung nach Anspruch 9 erlauben es, Unsymmetrien selbst schon bei gleichförmiger Erregung der Magnet­ spule zu begegnen. Eine zur Bolzenachse symmetrische Schweißstromzuführung zum Gegenwerkstück sieht zwar auch bereits die DE-OS 15 65 003 vor, doch ist hierzu die Hindurchführung eines Kontaktstiftes durch das Innere des rohrförmigen Werkstückes vorgesehen, und diese Maßnahme soll bewirken, daß das erschmolzene Material nicht in die Rohrmitte geblasen wird. Die Maßnahmen der Ansprüche 7 und 8 tragen dazu bei, die Schmelze bis zuletzt zu bündeln sowie ungestört und - in gleichfalls aus der DE-OS 15 65 003 bekannter Weise - abgeschirmt erstarren zu lassen.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines ent­ sprechenden Lichtbogen-Stumpfschweißgerätes in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genauer beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Aufriß des betreffenden Gerätes,

Fig. 2 ein vergrößertes Detail aus Fig. 1, teilweise geschnitten,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2, worin die betreffende Magnetspule in einer ersten Ausführungsform zu erkennen ist, und

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch die zugehörige Magnetspule in einer anderen Ausführung.

Das dargestellte Schweißgerät weist einen automatisch steuerbaren, vertikal wirksamen Linearantrieb auf, der an einem sich über einen Tisch 2 erhebenden Rahmen 4 aufgehängt und in seiner Gesamtheit mit 6 bezeichnet ist. Der Linearantrieb 6 besitzt einen an dem Rahmen 4 angebrachten feststehenden Teil 8 mit einer nach unten daran anschließenden Präzisions­ führung 10, die mit einem Faltenbalg 12 umkleidet ist. Die Führung 10 wiederum trägt einen darauf auf- und abfahr­ baren Teil 14, aus dem nach unten eine gegen Federkraft nachgiebige Kupfer- oder Messingstange 16 herausragt. An ihrem freien, unteren Ende trägt die Stange 16 eine Spann­ vorrichtung 18 in Gestalt einer mehrfach längsgeschlitzten Kupferhülse, die in der Lage ist, den Kopf 20 eines an ein auf dem Tisch 2 aufliegendes Gegenwerkstück 22 anzu­ schweißenden Bolzens 24 klemmend in sich aufzunehmen. Das gleichfalls aus dem Teil 14 hervortretende obere Ende der Stange 16 steht über flexible Kabel 25 mit dem Schweißstrom­ generator in Verbindung, um dem Bolzen 24 über die Spannvor­ richtung 18 den für den Lichtbogen benötigten Schweißstrom zuzuführen.

Durch zwei mittels zweier Luftzylinder 26 von dem Rahmen 4 aus absenkbare Stangen 27 wird das Gegenwerkstück 22 auf dem Tisch 2 festgehalten. Dem Gegenwerkstück 22 wird der Schweiß­ strom durch zwei mittels kleiner Luftzylinder 28 (Fig. 2) von unten an das Gegenwerkstück anpreßbarer Kupferelektroden 30 zugeführt, die symmetrisch (bei mehr als zwei Elektroden rotationssymmetrisch) zu der Achse der Spannvorrichtung 18 und damit auch zu der Bolzenachse 32 angeordnet sind. Durch diese Symmetrie wird in dem Gegenwerkstück 22 ein entspre­ chend symmetrischer Strom- und damit auch Magnetfeldverlauf erreicht, der zusätzlich zur Vergleichmäßigung der Schweißung beiträgt.

An dem auf- und abfahrbaren Teil 14 des Linearantriebes sind des weiteren mittels Klemmschrauben 34 zwei vertikale Stangen 36 klemmend gehalten derart, daß sie in ihrer Höhe justierbar sind. An ihrem unteren Ende tragen die Stangen 36 koaxial zu der Bolzenachse 32 eine Magnetspule 38 derart, daß diese im unteren Totpunkt des auf- und abfahrbaren Teiles 14 zumindest annähernd auf dem Gegenwerkstück 22 aufliegt. Die Magnetspule 38 weist einen im wesentlichen ringförmigen Kern 40 aus magnetisch leitendem Material auf, der innen­ seitig entsprechend ausgespart ist, um einen in herkömmli­ cher Weise die Schweißstelle umgebenden, jeweils verlorenen Keramikring 42 passend aufzunehmen. Auf die Oberseite der Spule ist zur Führung des Bolzens 24 ein diesen passend in sich aufnehmender, innen angefaster Kunststoffring 44 aufge­ setzt. Um ihr Aufbringen auf den jeweiligen Bolzen 24 zu erleichtern und vor allem nach der Schweißung ihre Abnahme von diesem zu ermöglichen, ist die Magnetspule 38 samt Kern 40 und Kunststoffring 44 diametral geteilt, wobei die vor­ dere Spulenhälfte, 46, von der allein unmittelbar an den Stangen 36 angebrachten hinteren Spulenhälfte, 48, vermit­ tels eines Scharnieres 50 abschwenkbar ist. Ein kleiner Luftzylinder 52 bewirkt das Öffnen und Schließen der so weit beschriebenen Magnetspule 38.

Beide Spulenhälften, 46 und 48, weisen getrennte, etwa halbrund gebogene, mit Blickrichtung auf die Bolzenachse 32 betrachtet, gleichsinnige, flache Wicklungen, 54 bzw. 56, mit radial zur Bolzenachse verlaufender Mittelachse auf, ähnlich wie sie, jedoch gegen­ sinnig, im Ständer eines Gleichstrommotores auftreten. Alter­ nativ hierzu, gemäß Fig. 4, kann die Magnetspule auch nach Art des Stators eines Drehstrommotores einen ringförmigen Kern 58 mit einer Vielzahl innenseitiger Polschuhe 60 auf­ weisen, die jedoch einzeln, d.h. jeweils für sich, bewickelt sind. Die ganze Anordnung kann, wie gezeigt, in Kunststoff eingegossen sein.

Die betreffenden Wicklungen, 62, können, etwa über ein Programmiergerät, selektiv so gespeist werden, daß das resultierende Magnetfeld im Inneren der Spule irgendeinen erwünschten, beispielsweise zur Kompensation einer Stromver­ drängung an der Schweißstelle asymmetrischen Verlauf erhält. Darüber hinaus können die einzelnen Wicklungen auch zur Erzeugung eines Drehfeldes nacheinander erregt werden, womit sich einem unkontrollierten "Herumwandern" des Lichtbogens entgegenwirken läßt.

Schließlich aber könnte die Magnetspule 38 selbst auch drehbar und/oder in bezug auf die Bolzenachse 32 seitlich verlagerbar sein.

Die Speisung der Magnetspule 38 schlechthin wird in Abhän­ gigkeit von den Schaltzeitpunkten des Schweißstromes und den Bewegungen des Linearantriebs 6 derart gesteuert, daß die Spule mit dem Einschalten des Schweißstromes in Funktion tritt und in Funktion bleibt bis die Spannvorrichtung 18 nach erfolgter Schweißung unter Zurücklassung des Bolzens 24 an dem Gegenwerkstück 22 in ihre Ausgangsstellung zurück­ kehrt. Es genügt dabei eine verhältnismäßig kleine Leistungs­ aufnahme in der Größenordnung von 10 W Gleichstrom.

Claims (9)

1. Lichtbogen-Stumpfschweißgerät zum Anschweißen von Bolzen (24) oder dergl. an ein Gegenwerkstück (22), mit einer die Schweißstelle umgebenden, einen Kern (40; 58) aufweisenden und mindestens während der Brenndauer des Lichtbogens elektrisch erregten Magnetspule (38), dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (38), über ihren Umfang verteilt, mehrere gleichsinnige Wicklungen (54, 56; 62) mit im wesentlichen radial zu der Bolzenachse (32) verlaufender Mittelachse aufweist.

2. Lichtbogen-Stumpfschweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (58) der Magnetspule (38) nach Art des Stators eines Drehstrommotors eine Vielzahl ringsherum verteilter radialer Polschuhe (60) aufweist, die jedoch jeweils für sich Wicklungen (62) tragen.

3. Lichtbogen-Stumpfschweißgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (54, 56; 62) unterschiedlich und ggf. nacheinander erregbar sind.

4. Lichtbogen-Stumpfschweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (38) drehbar und/oder in bezug auf die Bolzenachse (51) seitlich verlagerbar ist.

5. Lichtbogen-Stumpfschweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (38) samt Kern (40; 58) diametral geteilt und öffenbar ist.

6. Lichtbogen-Stumpfschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (38) mechanisch mit einer auf das Gegenwerkstück zu und von diesem weg beweglichen Spannvorrichtung (18) für den Bolzen oder dergl. verbunden ist.

7. Lichtbogen-Stumpfschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (38) samt Kern (40; 58) entsprechend gestaltet ist, um koaxial einen in üblicher Weise die Schweißstelle umschließenden verlorenen Keramikring (42) aufzunehmen.

8. Lichtbogen-Stumpfschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Magnetspule (38) bis zum Erstarren der Schmelze fortbesteht.

9. Lichtbogen-Stumpfschweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Aufnahme (2) für das Gegen­ werkstück (22) mit einer rotationssymmetrisch zur Bolzenachse (32) angeordneten bzw. ausgebildeten, an das Gegenwerkstück anpreßbaren Elektrodenanordnung (30) für die Schweißstromzu­ führung.