DE4315782A1 - Pendelbrenner zum Schutzgasschweißen, insbesondere für automatische Schweißmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Pendelbrenner zum Schutzgasschweißen, welcher in einer Brenner­ halterung befestigt ist und aus einer rohrförmigen Hülse mit Schutzgaszuleitung und einem axial in dieser Hülse gelagerten, allseitig schwenkbaren und mit mehreren elektromagnetischen Spu­ len in Wirkverbindung stehenden Brennersegment besteht, mit dessen Brennerdüse bei ver­ schiedener Ansteuerungsfolge der Spulen unterschiedliche geometrische Figuren beschreibbar sind, und sie ist insbesondere vorteilhaft auf automatischen 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 Pendelbrenner derart zu gestalten, daß die genann­ ten Mängel des Standes der Technik beseitigt werden.

Als Aufgabe liegt der Erfindung die Konzipierung eines Pendelbrenners zum Schutzgasschwei­ ßen, insbesondere für automatischen Schweißmaschinen, zugrunde, mit welchem die Schwenk­ bewegung des Brennerhalses von der einen Pendelendstellung in die entgegengesetzte Pende­ lendstellung auch über einen größeren Luftspalt zwischen Brennerhals und der jeweiligen elek­ tromagnetischen Spule ohne Verzögerung und/oder Ungenauigkeiten möglich ist.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Pendelbrenner nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 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 Pendelbrenners gegenüber dem Stand der Technik ist, daß durch die Anordnung von als magnetisch bewegliche Anker ausgebildeten Stößeln in den elektromagnetischen Spulen und deren direkten Kontakt mit dem schwenkbaren Brenner­ segment die Magnetkräfte der angesteuerten Spulen annähernd verlustfrei genutzt werden, um die Schwenkbewegung des Brennerhalses von der einen Pendelendstellung in die entgegenge­ setzte Pendelendstellung auch über einen größeren Luftspalt zu ermöglichen sowie Ungenauig­ keiten und/oder Verzögerungen auf ein Minimum zu reduzieren. Das Zusammenwirken von je­ weils drei angesteuerten elektromagnetischen Spulen für einen Pendelausschlag des Brenner­ halses und somit der sich entgegengesetzt bewegenden Brennerdüse erhöht damit wesentlich die Arbeitsgeschwindigkeit und die Arbeitsgenauigkeit des erfindungsgemäßen Pendelbrenners ge­ genüber 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 Pendelbrenner

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

In Fig. 1 ist deutlich zu sehen, daß der erfindungsgemäße Pendelbrenner grundsätzlich aus einer rohrförmigen Hülse 1 mit einer Schutzgaszuleitung 10 sowie einem axial in dieser Hülse 1 gela­ gerten, allseitig schwenkbaren und mit mehreren elektromagnetischen Spulen 6 in Wirkverbin­ dung stehenden Brennersegment 2 besteht, mit dessen Brennerdüse 3 bei verschiedener An­ steuerungsfolge der Spulen 6 unterschiedliche geometrische Figuren beschreibbar sind. Zu die­ sem 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 innerhalb 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, weist jede elektromagnetische Spule 6, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, erfindungsgemaß einen als magnetisch beweglichen Anker ausgebildeten Stößel 7 auf, welcher mit dem Brennerhals 4 des Brennersegmentes 2 ständig in Wirkkontakt steht und bei Ansteue­ rung der Spulen 6 axial in Richtung des Brennerhalses 4, unter Ausübung einer Druckkraft auf diesen, verschiebbar ist. Der ständige Wirkkontakt der Stößel 7 mit dem Brennerhals 4 wird dabei durch die ständige Beaufschlagung aller Spulen 6 mit einer geringen Spannung realisiert und hat den Zweck, ein Aufprallen der Stößel 7 auf den Brennerhals 4 bei Ansteuerung der Spulen 6 mit einer höheren Steuerspannung zu verhindern. Die axiale Verschiebbarkeit sowie die Ausübung einer Druckkraft der Stößel 7 auf den Brennerhals 4 bei der Ansteuerung der Spulen 6 wird darüber hinaus durch die Ausbildung der Stößel 7 sowohl aus ferritischem als auch, insbesondere an ihrem zum Brennersegment 2 weisenden Ende 8, aus nichtferritischem Material ermöglicht. Der in den Zeichnungen nicht naher bezeichnete und in der dargestellten Ausgangsstellung axial außermittig in der Spule 6 angeordnete ferritische Teil des Stößels 7 hat somit durch das sich aufbauende Magnetfeld bei Ansteuerung der Spule 6 das Bestreben, eine axial zentrische Stellung einzunehmen, so daß eine axiale Bewegung des Stößels 7 unter Aus­ übung einer Druckkraft auf den Brennerhals 4 entsteht.

Zur Realisierung möglichst vieler Pendelrichtungen beziehungsweise zur Ermöglichung einer Vielfalt mit der Brennerdüse 3 erzeugbarer geometrischer Figuren hat es sich in Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteilhaft erwiesen, möglichst viele e1ektomagnetische Spulen 6, wie in Fig. 2 abgebildet, ringförmig um das Brennersegment 2 herum an der Hülse 1 zu befestigen. Bei Verwendung eines Brennersegmentes 2 aus ferritischem Material hat es sich zudem als vorteilhaft erwiesen, den Brennerhals 4 in Höhe des Wirkbereiches der Stößel 7 mit einer nicht­ ferritischen Ringhülse 9, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, örtlich zu ummanteln, um einen die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Pendelbrenners beeinträchtigenden negativen Einfluß der Magnetfelder der angesteuerten Spulen 6 auf das Brennersegment 2 zu vermeiden. Dies kann jedoch auch durch den Einsatz eines Brennersegmentes 2 aus nichtferritischem Material erreicht werden.

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 auf die Stößel 7 der Spulen 6 wirkenden Magnetkräfte von bevorzugt drei nebeneinanderlie­ gend angeordneten, gleichpolig angesteuerten elektromagnetischen Spulen 6 vorgesehen. Die durch das Zusammenwirken der drei Magnetfelder entstehende Druckkraft der Stößel 7 auf den Brennerhals 4 gewährleistet somit zuverlässig die Erzeugung eines vollen Pendelausschlages in eine Richtung auch über einen größeren Luftspalt zwischen dem Brennersegment 2 und den elektromagnetischen Spulen 6. Es ist jedoch auch möglich, dies mit nur zwei nebeneinander angeordneten Spulen 6 oder auch mit nur einer Spule 6 mit entsprechend höheren Magnetfeld­ stärken zu realisieren. Nach dem Abschalten der angesteuerten Spulen 6 kehrt das Brennerseg­ ment 2 dann durch sein Zentrierungsbestreben, bedingt durch die nicht näher bezeichnete Zug­ feder zwischen der Schutzgaszuleitung 10 und dem Brennersegment 2 sowie durch die ständige Beaufschlagung aller Spulen 6 mit einer geringen Spannung, in seine in Fig. 2 dargestellte zen­ trierte Ausgangslage zurück, so daß bei Ansteuerung der gegenüberliegenden Spulen 6 eine ge­ radlinige Pendelbewegung oder bei Ansteuerung nicht gegenüberliegender Spulen 6 auch kur­ venförmige Pendelbewegungen der Brennerdüse 3 realisierbar sind.

Claims (3)

1. Pendelbrenner zum Schutzgasschweißen, insbesondere für automatische Schweißmaschi­ nen, 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 elektromagnetischen Spulen in Wirkverbindung stehenden Brennersegment besteht, mit dessen Brennerdüse bei verschiedener Ansteuerungsfolge der Spulen unter­ schiedliche geometrische Figuren beschreibbar sind, wobei das Brennersegment oberhalb seiner Brennerdüse kugelförmig ausgebildet und in einem kardanischen Lager gelagert ist und die elektromagnetischen Spulen oberhalb des Lagers um den Brennerhals herum inner­ halb der Hülse ortsfest angeordnet sind nach Patentanmeldung Nr. 4 228 587.9, dadurch gekennzeichnet, daß jede elektromagnetische Spule (6) einen als magnetisch be­ weglicher Anker ausgebildeten Stößel (7) aufweist, welcher mit dem Brennerhals (4) des Brennersegmentes (2) ständig in Wirkkontakt steht und bei Ansteuerung der Spulen (6) axial in Richtung des Brennerhalses (4), unter Ausübung einer Druckkraft auf diesen, ver­ schiebbar ist.

2. Pendelbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromag­ netischen Spulen (6) ringförmig um das bevorzugt mit einer nichtferritischen Ringhülse (9) am Brennerhals (4) örtlich ummantelte Brennersegment herum an der Hülse (1) befestigt sind und deren Stößel (7) sowohl aus ferritischem als auch, insbesondere an ihrem zum Brennersegment (2) weisenden Ende (8), aus nichtferritischem Material gebildet sind.

3. Pendelbrenner nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeu­ gung eines vollen Pendelausschlages der Brennerdüse (3) in eine Pendelrichtung die auf die Stößel (7) der Spulen (6) wirkenden Magnetkräfte von bevorzugt drei nebeneinanderlie­ gend angeordneten, gleichpolig angesteuerten elektromagnetischen Spulen (6) vorgesehen sind.