DE4315780A1 - Pendelschweißkopf, insbesondere zum automatischen Schutzgasschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Pendelschweißkopf, welcher in einer Brennerhalterung befestigt ist und aus einer rohrförmigen Hülse mit Schutzgaszuleitung und einem axial in dieser Hülse gela­ gerten, allseitig schwenkbaren und mit mehreren elektromagnetischen Spulen in Wirkverbin­ dung stehenden Brennersegment besteht, mit dessen Brennerdüse bei verschiedener Ansteue­ rungsfolge der Spulen unterschiedliche geometrische Figuren beschreibbar sind, und sie ist ins­ besondere vorteilhaft beim Schutzgasschweißen mit abschmelzender Schweißelektrode auf au­ tomatischen Schweißmaschinen anwendbar.

Dem Fachmann der Schweißtechnik ist es allgemein bekannt, daß beim Fügen zweier zu verbin­ dender Teile mittels Stumpfstoß- oder Kehlnahtschweißung die Schweißspaltbreite häufig un­ terschiedliche Maße, resultierend aus unterschiedlichen Fugenkantengeometrien der zu verbin­ denden 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 Fugenkante zu Fugen­ kante, bewegen, um somit die vorgenannten Nachteile zu vermeiden sowie optimale Schweiß nähte mit und ohne Überdeckungen realisieren zu können.

Da zu dieser Problematik bereits eine Vielzahl von Lösungen veröffentlicht wurde, 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 Reali­ sierung der angestrebten Pendelbewegung der Spitze des Schweißbrenners und damit der Elek­ trode ein hoher Aufwand, insbesondere hinsichtlich der jeweils zur Anwendung kommenden mechanischen Antriebstechnik, notwendig ist. So kommen immer Pendelantriebsmotoren mit kompliziert ausgebildeten Getrieben und Pendel- oder Kippscheiben oder auslenkbare Hebel­ triebe 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 Einsatzmöglichkeiten der Schweißmaschi­ nen eingeschränkt.

Durch die DE-Patentanmeldung Nr. 4 228 587.9 wurde deshalb ein Pendelschweißkopf für automatische Schweißmaschinen vorgeschlagen, welcher in einer Brennerhalterung befestigt ist und aus einer rohrförmigen Hülse mit Schutzgaszuleitung und einem axial in dieser Hülse gela­ gerten Brennersegment besteht. Dieses Brennersegment ist oberhalb seiner Brennerdüse kugel­ förmig ausgebildet sowie in einem in der starren Hülse fest angeordneten kardanischen Lager, welches zum Zwecke des Längsspielausgleiches zweigeteilt ist, allseitig schwenkbar gelagert. Oberhalb dieses Lagers sind mehrere elektromagnetische Spulen innerhalb der Hülse ortsfest derart um den Brennerhals herum gelagert, daß bei unterschiedlicher Ansteuerung der Spulen die unterschiedlich gerichteten Magnetkräfte eine Pendelbewegung des aus ferritischem Mate­ rial bestehenden Brennerhalses bewirken, woraus entgegengesetzte Pendelbewegungen der Brennerdüse resultieren.

Mit dieser die Pendelbewegung der Brennerdüse direkt am Brennersegment realisierenden Lö­ sung ist es zwar möglich, in vorteilhafter Weise die Dimensionierung der die Pendelbewegung erzeugenden Einrichtung zu minimieren und somit auf aufwendige sowie immer mit Verschleiß behaftete mechanische Antriebseinheiten zu verzichten, es hat sich jedoch gezeigt, daß die von herkömmlichen elektromagnetischen Spulen erzeugbaren Magnetfelder mitunter nicht stark ge­ nug sind, den Brennerhals des Brennersegmentes ohne Verzögerung oder Ungenauigkeiten von der einen Pendelendstellung in die entgegengesetzte Pendelendstellung anzuziehen, da hierfür ein relativ großer Luftspalt zwischen dem Brennerhals und der jeweiligen Spule überwunden werden muß.

Die Erfindung verfolgt somit das Ziel, einen Pendelschweißkopf derart zu gestalten, daß die genannten Mängel des Standes der Technik beseitigt werden.

Als Aufgabe liegt der Erfindung die Konzipierung eines Pendelschweißkopfes, insbesondere zum automatischen Schutzgasschweißen, zugrunde, mit welchem die Schwenkbewegung des Brennerhalses von der einen Pendelendstellung in die entgegengesetzte Pendelendstellung auch über einen größeren Luftspalt zwischen Brennerhals und der jeweiligen elektromagnetischen Spule ohne Verzögerung und/oder Ungenauigkeiten möglich ist.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Pendelschweißkopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.

Der Vorteil des erfindungsgemäß gestalteten Pendelschweißkopfes gegenüber dem Stand der Technik ist, daß durch die Anordnung von Permanentmagnetsegmenten am Brennerhals des Brennersegmentes und deren Zuordnung zu den elektromagnetischen Spulen die nach der wahl­ weise geschalteten Polarität der angesteuerten Spulen sich richtenden Anziehungs- beziehungs­ weise Abstoßkräfte der Magnetfelder zwischen den angesteuerten elektromagnetischen Spulen und den ihnen gegenüberliegenden Permanentmagnetsegmenten ausgenutzt wird, um die Schwenkbewegung des Brennerhalses von der einen Pendelendstellung in die entgegengesetzte Pendelendstellung auch über einen größeren Luftspalt zu ermöglichen sowie Ungenauigkeiten und/oder Verzögerungen auf ein Minimum zu reduzieren. Das Zusammenwirken von jeweils vier Magnetfeldern für einen Pendelausschlag des Brennerhalses und somit der sich entgegen­ gesetzt bewegenden Brennerdüse erhöht damit wesentlich die Arbeitsgeschwindigkeit und die Arbeitsgenauigkeit des erfindungsgemäßen Pendelschweißkopfes gegenüber den bekannten Pendelschweißeinrichtungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den dazugehörigen Zeichnungen schematisch dar­ gestellt und wird nachfolgend ausführlich erläutert. Die Zeichnungen zeigen dabei in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Pendelschweißkopf,

Fig. 2 den Schnitt A-A nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist deutlich zu sehen, daß der erfindungsgemäße Pendelschweißkopf grundsätzlich aus einer rohrförmigen Hülse 1 mit einer Schutzgaszuleitung 8 sowie einem axial in dieser Hülse 1 gelagerten, allseitig schwenkbaren und mit mehreren elektromagnetischen Spulen 6 in Wirk­ verbindung stehenden Brennersegment 2 besteht, mit dessen Brennerdüse 3 bei verschiedener Ansteuerungsfolge der Spulen 6 unterschiedliche geometrische Figuren beschreibbar sind. Zu diesem Zweck ist das Brennersegment 2 oberhalb seiner Brennerdüse 3 in an sich bekannter Weise kugelförmig ausgebildet und in einem zweigeteilten kardanischen Lager 5 gelagert und die elektromagnetischen Spulen sind oberhalb des Lagers 5 um den Brennerhals 4 herum inner­ halb der Hülse 1 ortsfest angeordnet.

Um die durch die Magnetfelder der angesteuerten Spulen 6 erzeugbare Schwenkbewegung des Brennerhalses 4 von der einen Pendelendstellung in die entgegengesetzte Pendelendstellung auch über einen größeren Luftspalt zwischen dem Brennerhals 4 und der jeweiligen Spule 6 realisieren zu können, ist, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, jeder elektromagnetischen Spule 6 erfindungsgemäß ein am Brennerhals 4 des Brennersegmentes 2 befestigtes, nach Polarität ausgerichtetes Permanentmagnetsegment 7 zugeordnet. Die Magnetfelder dieser Permanentma­ gnetsegmente 7 stehen dabei mit den in ihrer Polarität wahlweise wechselbaren Magnetfeldern der jeweils angesteuerten elektromagnetischen Spulen 6 derart in Wirkverbindung, daß immer gleichzeitig und sich gegenüberliegend wirkende magnetische Anziehungs- und Abstoßkräfte den Brennerhals 4 des Brennersegmentes 2 in eine Richtung und somit die Brennerdüse 3 in die entgegengesetzte Richtung bewegen.

Zur Realisierung möglichst vieler Pendelrichtungen beziehungsweise zur Ermöglichung einer Vielfalt mit der Brennerdüse 3 erzeugbarer geometrischer Figuren hat es sich in Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, die Permanentmagnetsegmente 7, wie in Fig. 2 abgebildet, bevorzugt als geschlossenen Innenring genau gegenüber den einen Außerring bil­ denden elektromagnetischen Spulen 6 am Brennerhals 4 des Brennersegmentes 2 anzuordnen. Sollte jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Pendelrichtungen für bestimmte Schweißnähte be­ nötigt werden, ist es auch möglich, sowohl die Spulen 6 als auch die Permanentmagnetseg­ mente 7 in begrenzter Zahl in der Hülse 1 beziehungsweise am Brennersegment 2 örtlich anzu­ ordnen.

Zur Erzeugung eines vollen Pendelausschlages des Brennerhalses 4 und damit auch der Bren­ nerdüse 3 in eine Pendelrichtung sind dann in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung die Magnetfelder von bevorzugt zwei sich jeweils gegenüberliegend angeordneten, immer gegen­ polig angesteuerten elektromagnetische Spulen 6 zusammen mit den Magnetfeldern der diesen jeweils gegenüberliegend angeordneten Permanentmagnetsegmente 7 vorgesehen, wobei die Pendelrichtung stets zu derjenigen Spule 6 hin ausgerichtet ist, welche von beiden, wie in Fig. 2 durch Polangaben und Richtungspfeile angedeutet, ein gegenpoliges Magnetfeld zu dem gegen­ überliegenden Permanentmagnetsegment 7 und somit eine Anziehungskraft zu diesem aufbaut. Das von der anderen angesteuerten Spule 6 zugleich aufgebaute gleichpolige Magnetfeld zu dem gegenüberliegenden Permanentmagnetsegment 7 unterstützt dabei durch die entstehende Abstoßkraft den Pendelausschlag des Brennerhalses 4 zu der einen elektromagnetischen Spule 6 hin. Somit sind zur Erzeugung eines vollen Pendelausschlages in eine Richtung immer jeweils vier Magnetfelder vorgesehen, es ist jedoch auch möglich, dies durch vier sich paarweise ge­ genüberliegende, in gleicher Weise angesteuerte Spulen 6 und deren gegenüberliegende Perma­ nentmagnetsegmente 7 und damit durch jeweils acht Magnetfelder zu realisieren. Ebenso ist es bei paarweiser Ansteuerung von sich nicht gegenüberliegend angeordneten Spulen 6 durch das Zentrierungsbestreben des Brennersegmentes 2, bedingt durch die nicht näher bezeichnete Zug­ feder zwischen der Schutzgaszuleitung 8 und dem Brennersegment 2, möglich, kurvenförmige Pendelausschläge der Brennerdüse 3 zu erzeugen.

Claims (3)

1. Pendelschweißkopf, insbesondere zum automatischen Schutzgasschweißen, welcher in einer Brennerhalterung befestigt ist und aus einer rohrförmigen Hülse mit Schutzgaszuleitung und einem axial in dieser Hülse gelagerten, allseitig schwenkbaren und mit mehreren elektroma­ gnetischen Spulen in Wirkverbindung stehenden Brennersegment besteht, mit dessen Bren­ nerdüse bei verschiedener Ansteuerungsfolge der Spulen unterschiedliche geometrische Fi­ guren beschreibbar sind, wobei das Brennersegment oberhalb seiner Brennerdüse kugel­ förmig ausgebildet und in einem kardanischen Lager gelagert ist und die elektromagneti­ schen Spulen oberhalb des Lagers um den Brennerhals herum innerhalb der Hülse ortsfest angeordnet sind nach Patentanmeldung Nr. 4 228 587.9, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder elektromagnetischen Spule (6) ein am Brennerhals (4) des Brennerseg­ mentes (2) befestigtes, nach Polarität ausgerichtetes Permanentmagnetsegment (7) zuge­ ordnet ist, dessen Magnetfeld mit dem in seiner Polarität wahlweise wechselbaren Magnet­ feld der elektromagnetischen Spule (6) in Wirkverbindung steht.

2. Pendelschweißkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perma­ nentmagnetsegmente (7) bevorzugt als geschlossener Innenring gegenüber den einen Au­ ßenring bildenden elektromagnetischen Spulen (6) am Brennerhals (4) des Brennersegmen­ tes (2) angeordnet sind.

3. Pendelschweißkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines vollen Pendelausschlages der Brennerdüse (3) die Magnetfelder von be­ vorzugt zwei sich jeweils gegenüberliegend angeordneten, gegenpolig angesteuerten elek­ tromagnetischen Spulen (6) zusammen mit den Magnetfeldern der diesen gegenüberliegend angeordneten Permanentmagnetsegmente (7) vorgesehen sind.