DE4228587A1 - Pendelschweißkopf für automatische Schweißmaschinen, insbesondere zum Schutzgasschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen für automatische Schweißmaschinen geeigneten Pen­ delschweißkopf, welcher in einer Brennerhalterung befestigt ist und aus einer rohrförmigen Hülse mit Schutzgaszuleitung sowie einem axial in dieser Hülse ge­ lagerten Brennersegment besteht. Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar beim Schutzgasschweißen mit abschmelzender Schweißelek­ trode.

Dem Fachmann der Schweißtechnik ist es allgemein bekannt, daß beim Fügen zweier zu verbindender Teile mittels Stumpfstoß- oder Kehlnahtschweißung die Schweiß­ spaltbreite häufig unterschiedliche Maße, resultierend aus unterschiedlichen Fu­ genkantengeometrien der zu verbindenden Teile, aufweist. Beim Schweißen längerer Nähte unter Schutzgas mit automatischen Schweißmaschinen tritt dann häufig der Fall ein, daß der Schweißspalt nicht optimal mit Schweißgut gefüllt wird und ein unsauberes Nahtbild entsteht.

Aus diesem Grunde wurden Schweißbrenner-Pendeleinrichtungen entwickelt, welche den Brenner während des kontinuierlichen Transports in Schweißrichtung, ähnlich wie beim Schweißen von Hand, zugleich auch quer zur Schweißrichtung, von Fugen­ kante zu Fugenkante, bewegen, um somit die vorgenannten Nachteile zu vermeiden sowie optimale Schweißnähte mit und ohne Oberdeckungen realisieren zu können. Da zu dieser Problematik bereits eine Vielzahl von Lösungen veröffentlicht wur­ de, sollen hier nur beispielhaft genannt sein: DE-PS 34 07 713, DE-OS 32 26 418; 30 13 290; 29 38 489, EP-PS 0 178 681, denen allerdings wie auch allen anderen Lösungen gemeinsam ist, daß zur Realisierung der angestrebten Pendelbewegung der Spitze des Schweißbrenners und damit der Elektrode ein hoher Aufwand, insbeson­ dere hinsichtlich der jeweils zur Anwendung kommenden mechanischen Autriebstech­ nik, notwendig ist. So kommen immer Pendelantriebsmotoren mit kompliziert ausge­ bildeten Getrieben und Pendel- oder Kippscheiben oder auslenkbare Hebeltriebe zur Anwendung, die als kompletter und zusätzlicher Bausatz der Brennerhalterung oder dem Schweißbrenner beigeordnet sind. Oftmals werden sogar aus Gründen der Dimensionen bekannter Schweißbrenner-Pendeleinrichtungen die Einsatzmöglich­ keiten der Schweißmaschinen eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pendelschweißkopf für automati­ sche Schweißmaschinen, insbesondere zum Schutzgasschweißen, zu konzipieren, der die Nachteile der bekannten Lösung beseitigt, und der zur relativ problemlosen Nachrüstung von Brennern an bereits im Einsatz befindlichen Schweißmaschinen ge­ eignet sein soll.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Pendelschweißkopf durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Nach den erfindungsgemäßen Merk­ malen der folgenden Ansprüche ist dabei das Brennersegment oberhalb seiner Bren­ nerdüse kugelförmig ausgebildet sowie in einem in der starren Hülse des Brenner­ segments angeordneten kardanischen Lagers, welches zum Zwecke des Langspielaus­ gleichs durch Wärmeausdehnung zwei geteilt sein sollte, wobei mindestens eine Lagerschale mit Druckelementen in Wirkverbindung steht, gelagert. Oberhalb die­ ses Lagers sind mehrere elektromagnetische Spulen innerhalb der Hülse ortsfest derart um den Brennerhals herum gelagert, daß bei unterschiedlichen Ansteue­ rungsfolgen der Spulen die unterschiedlich gerichteten Magnetkräfte eine Pendel­ bewegung des aus ferritischem Material bestehenden Brennerhalses bewirken, wo­ raus entgegengesetzte Pendelbewegungen der Brennerdüse resultieren.

Es versteht sich von selbst, daß die vorbeschriebene Ausgestaltung der Erfindung ebenso wie die zur Festlegung der Pendelamplitude der Brennerdüse als bewegli­ cher Stellring ausgebildete und zur Anwendung kommende Pendelspieleinstellein­ richtung, und die Merkmale der weiteren Ansprüche, als vorteilhafteste Lösungs­ varianten anzusehen sind, so daß Variationen dieser Merkmale, die das Erfin­ dungsprinzip nicht verändern und von diesem mit erfaßt sein sollen, möglich sind.

Da die Pendelbewegung der Brennerdüse und damit der Elektrode direkt am Brenner­ segment realisiert und gesteuert wird, bestehen die erzielten Vorteile der Er­ findung insbesondere darin, daß zusätzliche und aufwendige sowie immer mit Ver­ schleiß behaftete mechanische Antriebstechniken überflüssig sind, woraus resul­ tiert, daß insbesondere die Störanfälligkeit des Systems und die Dimensionierung der die Pendelbewegung erzeugenden Einrichtung entscheidend minimiert werden können sowie praktisch unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Pendelschweißkopfes bestehen, und, was von besonderer Bedeutung ist, handelsüb­ liche und/oder schon im Einsatz befindliche Schweißköpfe können durch Nach­ rüstung bzw. Umbau relativ problemlos zu erfindungsgemäßen Pendelschweißköpfen ausgebildet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte Pendelschweißkopf, zu dessen grundsätzlichem Aufbau die rohrförmige Hülse 7 und das in dieser axial gelagerte Brennersegment 1, bestehend aus Brennerhals 3 und Brennerdüse 2, gehört, ist für automatische Schweißmaschinen bestimmt.

Das Brennersegment 1 ist oberhalb seiner Brennerdüse 2 allseitig schwenkbar ge­ lagert. Es wurde zu diesem Zweck an dieser Stelle kugelförmig ausgebildet und findet Aufnahme in dem innerhalb der starren Hülse 7 angeordneten kardanischen Lager 4. Oberhalb dieses Lagers 4 sind ebenfalls in der Hülse 7 mehrere elektro­ magnetische Spulen 8 ortsfest derart angeordnet) daß sie den Brennerhals 3 in einem vorbestimmten Abstand umringen, so daß bei deren Ansteuerung und den ent­ stehenden Magnetkräften allseitige Pendelbewegungen des aus ferritischem Mate­ rial bestehenden Brennerhalses 3 möglich sind. Für selbstverständlich wird in diesem Zusammenhang angesehen, daß erkannt wird, die Anzahl der elektromagneti­ schen Spulen 8 und die Ansteuerungsfolge derselben entscheiden darüber, welche Pendelbewegung der Brennerhals 3 und damit die Brennerdüse 2 ausführt, wobei festgestellt wird, daß grundsätzlich jede von der Schweißfugenrichtung abwei­ chende erforderliche Pendelbewegung ausführbar und damit jede erforderliche ge­ ometrische Figur beschreibbar ist. Dabei wird die Pendelamplitude der Brenner­ düse 2 mittels einer als beweglicher Stellring 9 ausgebildeten Pendelspielein­ stelleinrichtung geregelt, die Teil einer nicht näher dargestellten, die aktuel­ le Schweißspaltbreite permanent messenden und auswertenden sowie außerhalb der Hülse 7 sich befindenden Meß- und Steuereinrichtung mit Stellmotor ist. Der Stellring 9 steht dabei mit einem konisch ausgebildeten Teil des Brennerhalses 3 in Wirkkontakt derart, daß er, da er zugleich in Längsrichtung des Brennerhalses 3 innerhalb der Hülse 7 beweglich angeordnet ist, die von der Meß- und Steuer­ einrichtung ermittelten Pendelamplituden durch entsprechende Lageveränderungen auf dem konischen Teil des Brennerhalses 3 umsetzt.

Da beim Schweißen insbesondere längerer Nähte Wärmeausdehnungen vorrangig in der Gegend der Brennerdüse 2 nicht ausgeschlossen werden können, wurde das kardani­ sche Lager 4 aus zwei Lagerschalen 5; 6 gebildet, wobei die eine Lagerschale 5 ortsfest in der Hülse 7 befestigt ist und die andere Lagerschale 6 einen Längs­ spielausgleich gestattet. Dazu ist sie über Druckelemente 10, wofür sich Druck­ federn anbieten, und den Befestigungsring 11 mit der Hülse 7 verbunden und ist somit, wenn es erforderlich ist, in der Lage, sich in Längsrichtung des Brenner­ halses 3 zu bewegen.

Ebenfalls einen Längsspielausgleich, aber vorrangig aus Gründen der zu realisie­ renden Pendelbewegungen des Brennersegments 1, weist die Kabelhalterung 13 auf, indem sie die Kabelzuführung ringförmig umschließt und an ihrem äußeren Umfang in Längsnuten 14 der Hülse 7 geführt ist. Zugleich ist die Kabelhalterung 13 über die mittenzentrierende Zugfeder 12, für welche auch eine geeignete elastische Hülle einsetzbar wäre, mit dem Halsende des Brennersegmentes 1 ver­ bunden, so daß immer eine definierte Ausgangsposition der Brennerdüse 2 und da­ mit der Elektrode bei Beginn des Schweißvorganges garantiert ist und, wenn Pen­ delbewegungen der Brennerdüse 2 bei bestimmten Schweißvorgängen nicht notwendig sind, das Brennersegment 1 ruhig und zentriert in der Hülse 7 gehalten wird. Wie außerdem in der Zeichnung zu erkennen ist, wurde die Hülse 7 mehrfach ge­ teilt ausgebildet, was sich insbesondere dann vorteilhaft auswirkt, wenn die Hülsenkappe als Verschleißteil zu betrachten ist und deshalb leicht wechselbar sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch einfachste Bauweise aus und durch entsprechende Abstandsfestlegungen, beispielsweise des kardanischen Lagers 4 und/oder der elektromagnetischen Spulen 8 von der Brennerdüse 2, lassen sich bevorzugte Einsatzbereiche des erfindungsgemäßen Pendelschweißkopfes innerhalb entsprechender Fertigungsbaureihen vorbestimmen.

Claims (5)

1. Pendelschweißkopf für automatische Schweißmaschinen, insbesondere zum Schutz­ gasschweißen, wobei der in einer Brennerhalterung befestigte Pendelschweiß­ kopf aus einer rohrförmigen Hülse mit Schutzgaszuleitung und einem axial in dieser Hülse gelagerten Brennersegment besteht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Brennersegment (1) allseitig schwenkbar gelagert ist und mit elektromagnetischen Spulen (8) derart in Wirkverbindung steht, daß bei verschiedener Ansteuerungsfolge der Spulen (8) unterschiedliche geo­ metrische Figuren mit der Brennerdüse (2) beschreibbar sind.

2. Pendelschweißkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennersegment (1) oberhalb seiner Brennerdüse (2) kugelförmig ausge­ bildet sowie in einem in der starren Hülse (7) angeordneten an sich bekannten kardanischen Lager (4) gelagert ist, und daß oberhalb des Lagers (4), um den Brennerhals (3) herum, mehrere elektromagnetische Spulen (8) Innerhalb der Hülse (7) ortsfest angeordnet sind, mit welchen durch die jeweils bei An­ steuerung entstehenden unterschiedlich gerichteten Magnetkräfte eine Pendel­ bewegung des aus ferritischem Material bestehenden Brennerhalses (3), und somit eine entgegengesetzte Pendelbewegung der Brennerdüse (2), erzeugbar ist.

3. Pendelschweißkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Pendelamplitude der Brennerdüse (2) durch eine als bewegli­ cher Stellring (9) ausgebildete Pendelspieleinstelleinrichtung regelbar ist, wobei der Stellring (9) mit einem konisch ausgebildeten Teil des Brenner­ halses (3) in Wirkkontakt steht, in Längsrichtung des Brennerhalses (3) innerhalb der Hülse (7) beweglich angeordnet und mittels eines außerhalb der Hülse (7) angeordneten sowie mit einer Meß- und Steuereinrichtung verbundenen Stellmotors od. dgl. betreibbar ist.

4. Pendelschweißkopf nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das kardanische Lager (4) des Brennersegmentes (1) bevorzugt aus zwei Lagerschalen (5; 6) besteht, wobei die eine Lagerschale (5) ortsfest In der Hülse (7) befestigt ist und die andere Lagerschale (6) über Druck­ elemente (10) und einen Befestigungsring (11) mit der Hülse (7) verbunden so­ wie zum Längsspielausgleich durch Wärmeausdehnung beweglich ausgebildet ist.

5. Pendelschweißkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Brennersegment (1) an seinem Halsende bevorzugt über eine mittenzentrierende Zugfeder (12) od. dgl. mit einer verdrehsicheren und zum Längsspielausgleich vertikal beweglichen Kabelhalterung (13) verbunden ist.