DE4320405C2

DE4320405C2 - Vorrichtung zur schlupffreien Förderung von Draht

Info

Publication number: DE4320405C2
Application number: DE4320405A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Berkmanns; Holger Dipl Ing Nitsch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2013-06-22
Also published as: DE4320405A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur schlupffreien Förderung von Draht, insbesondere als Zusatzmaterial für Schweißprozesse sowie eine Vorrichtung zur schlupffreien Förderung von Draht zu einer Verbrauchsstelle, insbesondere zu einer Schweißstelle. Das bevorzugte Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Förderung von draht förmigem Schweißzusatzmaterial.

In der gesamten Schweißtechnik besteht das Erfordernis, je nach den Bearbeitungsbedingungen, drahtförmigen Zusatzwerkstoff dem Schweißprozeß zuzuführen. Die Zufuhr von drahtförmigem Zusatzwerkstoff ist bei spielsweise zur Überbrückung von Spalten oder zur Gefügeverbesserung notwendig. Dabei muß sich ändernden Fügespaltgeometrien durch eine angepaßte Drahtmenge Rechnung getragen werden, d. h., die Drahtförderleistung muß über die Drahtgeschwindigkeit geregelt werden.

Bei konventionellen Antrieben nach dem Stand der Technik ziehen die Vorschubrollen den Draht unmittelbar von der Drahtrolle und führen ihn dem Prozeß zu. Dabei sind die Drahtrollen meistens durch Reibungskräfte zusätzlich gebremst, um nach Abschalten der Drahtzufuhr ein unerwünschtes Abrollen des Drahtes zu vermeiden. Bei Mehrbedarf an Draht muß somit der Vorschubmotor die Drahtrolle mitbeschleunigen und ihre Trägheit überwinden. Der so unvermeidbare Schlupf zwischen Antriebsrolle und Draht macht die Drahtzuführung ungenau.

Zum nächstkommenden Stand der Technik wird auf die US 1 927 896 verwiesen, in der grundsätzlich das Problem, das sich bei automatischen Schweißvorgängen in Zusammenhang mit der für den Schweißvorgang erforderlichen Schweißdrahtnachführung ergibt, beschrieben ist und die überdies eine Anordnung enthält, mit deren Hilfe es möglich ist, eine an den kontinuierlichen Bearbeitungsvorgang angepaßte Schweißdrahtzuführung zu gewährleisten.

Hierzu wird das Krümmungsverhalten eines von einer Rolle 8 motorisch abgewickelten Drahtes erfaßt. Gemäß der Fig. 1 und der dazugehörigen Beschreibung in Spalte 2, letzter Absatz und Spalte 3 bis 2. Absatz, wird das Krümmungsverhalten über eine federgetragene Rolle 16, die unmittelbar an dem Draht anliegt, gemessen. Nimmt die Spannung der Drahtzuführung zu, so wird die Rolle 16 nach unten abgelenkt, wodurch ein an der Rolle 16 befestigter Kontaktarm einen regelbaren Widerstand zur motorischen Steuerung abgreift. Wesentlich bei dieser Anordnung ist es, daß der Drahtverlauf durch unmittelbaren mechanischen Kontakt mit einer Rolle 16 beeinflußt ist.

Insbesondere bei sehr schnellen, pulsförmigen Schweißdrahtzuführungen kann die bekannte Meßvorrichtung zu trägheitsbedingten Fehlern in der Drahtnachführung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Förderung von Draht schlupffrei zu gestalten, so daß die bei einem Be- oder Verarbeitungsprozeß benötigte Drahtmenge mengenmäßig exakt zugeführt werden kann. Ein weiteres der Erfindung zugrundeliegendes Problem ist es, den Draht mit geringen Andruckkräften fördern zu können und den Draht somit weniger zu deformieren. Weiterhin soll mit der vorliegenden Erfindung das Beschleunigungsvermögen des Drahtes erhöht, damit durch möglichst schnelles Bremsen und Beschleunigen auf Bedarfsänderungen schnell reagiert werden kann, beispielsweise beim Schweißen bei sich ändernden Spaltweiten oder beim Schweißen mit gepulster Laser strahlung.

Eine erfindungsgemäße Lösung ist im Anspruch 1 angege ben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Förderung von Draht, insbesondere als Zusatzmaterial für Schweißprozesse, mit einer Drahtvorratseinheit und einer Drahtzufuhreinheit sowie einer zwischen der Drahtvorrats- und Drahtzufuhreinheit befindlichen Drahtspeichereinheit, mit Mitteln zum Erfassen des Krümmungsverhaltens der Drahtführung innerhalb der Drahtspeichereinheit und mit einer Steuereinheit, die in Abhängigkeit des Krümmungsverhaltens des Drahtes eine Drahttransportvorrichtung regelt, derart weiterge bildet, daß das Mittel zur Erkennung des Krümmungsverhaltens des Drahtes berührungslos arbeitende Sensoren sind, deren Sensorsignale an der Steuereinheit anliegen, und daß die Drahttransporteinheit derart angesteuert wird, daß sich innerhalb der Drahtspeichereinheit eine geschlossene Drahtschlaufe ausbildet, deren Lage innerhalb der Drahtspeichereinheit reibungsfrei durch eine Drahtführungseinrichtung bestimmt ist, die eine Drahteinlaufführung für den von der Drahtvorratseinheit kommenden Draht und eine Drahtauslaufführung für den an die Drahtzufuhreinheit abgegebenen Draht aufweist.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen insbesondere darin, daß durch die kraft freie Entkoppelung von Drahtzufuhr und Drahtrolle die Förderung des Drahtes schlupffrei gestaltet werden kann. Dies ermöglicht es, die beim jeweiligen Bear beitungsprozeß, beispielsweise beim Schweißen, benötigte Drahtmenge mengenmäßig exakt zuführen zu können. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß nur geringe Andruckkräfte zur Förderung des Drahtes erforderlich sind und dieser somit nur geringfügig oder überhaupt nicht deformiert wird. Die kraftfreie Entkopplung von Drahtzufuhreinheit und Drahtrolle hat außerdem den Vorteil, daß ein schnelles Bremsen und Beschleunigen des Drahtes möglich ist und somit auf Bedarfsänderungen, wie z. B. bei sich ändernden Spalt weiten, schnell reagiert werden kann. Hierfür ist eine Kombination mit schnellen Regelsystemen, z. B. Spaltweitenerkennung oder On-Line-Prozeßüberwachung von Vorteil.

Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den Unteransprüchen 4ff. hat ferner den Vorteil, daß sie in einfacher und kostengünstiger Weise in bestehende Drahtfördereinrichtungen integriert werden kann, ohne daß hierfür aufwendige Umbauten erforderlich wären. Die Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Vorrichtung mit einem variierbaren Platten abstand gemäß Unteranspruch 9 hat schließlich den Vorteil, daß eine einfache Anpassung an unterschied liche Drahtdicken möglich ist.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung einer erfindungs gemäßen Drahtförderungseinrichtung für den Anwendungsfall des Schweißens,

Fig. 2 vergrößerte Darstellung des Drahtreservoirs aus Fig. 1 mit weiteren Einzelheiten in Auf sicht (links) und in Seitenansicht (rechts).

Die vorliegende Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels für das bevorzugte Anwendungs gebiet, das Schweißen, näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Schweißprozeß an einem Werkstück 1 mit einem Laserstrahl 2. Der als Zusatzmaterial benötigte Draht 3 wird von einer mit einem geeigneten Motor ausgestatteten Drahtzufuhreinheit 4 an die Schweißstelle geführt. In der Drahtvorratseinheit 5 befindet sich eine Drahtvorratsrolle 6, von der mit einem Abhaspelmotor 7 der Draht 3 abgezogen wird. Um die Drahtzufuhreinheit 4 und die Drahtvorratseinheit 6 voneinander zu entkoppeln ist ein Drahtreservoir 8 vorgesehen, in dem eine Drahtschlaufe als Mengenpuffer zur Weiterförderung zur Verfügung gehalten wird. Die Drahtvorratseinheit 5, die Drahtzufuhreinheit 4 und das Drahtreservoir 8 sind mit einer Steuerungseinheit 9 verbunden, die entsprechend dem jeweiligen Bedarf an Draht, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und sonstigen relevanten Parametern die Drahtzufuhreinheit 4 zur Entnahme von Draht 3 aus dem Drahtreservoir 8 ansteuert und eine bestimmte Menge Draht im Drahtreservoir 8 auf rechterhält, indem durch Ansteuerung der Drahtvorrats einheit 5 der Abhaspelmotor 7 die entsprechende Menge an Draht von der Drahtvorratsrolle 6 abzieht.

Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht das Drahtreservoir 8 aus zwei dicht beieinanderliegenden Platten 10, zwischen denen eine Drahtschlaufe als Mengenpuffer liegt. Der Abstand der beiden Platten ist dabei etwas größer als der Durchmesser des zu fördernden Drahtes 3. Der Draht 3 wird durch eine Drahtführungseinrichtung 11 in den Plattenzwischenraum ein- und ausgeführt. Diese Drahtführungseinrichtung 11 besteht in einer einfachen Ausführung aus einer runden oder quadratischen Scheibe, in der sich Kanäle befinden, die vorzugsweise parallel zu den Platten 10 des Drahtreservoirs 8 und senkrecht zueinander verlaufen, wobei der Abstand der Kanäle am Kreuzungspunkt möglichst klein sein soll. Unter Umständen können auch federnd gelagerte Rollen zusätzlich oder allein vorgesehen werden, wobei eine Nut in den Rollen eine bessere Führung des Drahtes ermöglicht. In der Nähe des Kreuzungspunktes der Drahtschlaufe ist eine Sperre 12 vorgesehen, die beispielsweise als zylinderförmiger Bolzen zwischen den Platten 10 ausgebildet sein kann, und die verhindern soll, daß die Drahtschlaufe zu stark zusammengezogen wird und unter Umständen blockiert. Die Sperre 12 bestimmt auch die minimale Füllmenge des Draht reservoirs 8. Mit einer Mengensensorik 13 wird die Lage der Drahtschlaufe zwischen den Platten 10 erfaßt und somit der Füllstand im Drahtreservoir 8 erkannt. Diese Meßdaten werden der Steuerungseinheit 9 zugeleitet. Die Mengensensorik 13 kann beispielsweise als eine Leucht diodenzeile mit gegenüberliegenden Photosensoren ausge bildet sein.

Bei plötzlich steigendem Drahtbedarf zieht der Motor der Drahtzufuhreinheit den Draht 3 kraftfrei aus dem Drahtreservoir 8. Es muß also kein Schlauchpaket verwendet werden, da der Draht 3 nur gezogen wird. Hierdurch entfallen Reibungskräfte zwischen Draht und Seele. Die im Drahtreservoir 8 geringer werdende Menge wird durch die Mengensensorik 13 erkannt. Die Störungs einheit 9 veranlaßt dann den Abhaspelmotor 7, das Drahtreservoir 8 entsprechend wieder aufzufüllen.

Aufgrund der konstruktiven Auslegung des Systems muß der Motor der Drahtzufuhreinheit somit nur die Masse des Drahtes 3 beschleunigen. Da kein Schlauchpaket verwendet werden muß und der Drahtauslauf z. B. durch Rollen realisiert werden kann, gehen die Reibungs kräfte praktisch gegen Null. Aufgrund der so erreichten Schlupffreiheit und hohen Dynamik des Systems ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile, die weiter oben aufgeführt sind. Diese Vorteile wirken sich insbesondere bei hohen Schweißgeschwindigkeiten positiv aus, da beispielsweise zum einwandfreien Überschweißen von Heftstellen ein schnelles Bremsen und Beschleunigen des Drahtes notwendig ist. Weiterhin ermöglicht die vorliegende Erfindung ein exaktes Zuführen des Drahtes beim Schweißen mit einem gepulsten Laser, auch bei hohen Pulsfrequenzen.

Das Drahtreservoir 8 kann, insbesondere in der zuvor beschriebenen Ausführungsform direkt neben der Draht vorratseinheit positioniert werden, so daß der Bauraum des gesamten Systems aufgrund der schnellen und einfachen Bauweise des Drahtreservoirs nur unwesentlich größer wird.

Ohne Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens kann die erfindungs gemäße Vorrichtung nicht nur beim Schweißen zur Anwendung kommen, sondern generell bei allen Arten von Ver- oder Bearbeitungsprozessen, bei denen Draht vorteil hafterweise schlupffrei zu einer Verbrauchsstelle gefördert werden muß, beispielsweise zur Konfektio nierung des Drahtes oder für Verpackungszwecke.

Bezugszeichenliste

1 Werkstück
2 Laserstrahl
3 Draht
4 Drahtzufuhreinheit
5 Drahtvorratseinheit
6 Drahtvorratsrolle
7 Abhaspelmotor
8 Drahtreservoir
9 Steuerungseinheit
10 Platten
11 Drahtführungseinrichtung
12 Sperren
13 Mengensensorik

Claims

1. Vorrichtung zur Förderung von Draht (3), insbesondere als Zusatzmaterial für Schweißprozesse, mit einer Drahtvorratseinheit (5) und einer Drahtzufuhreinheit (4) sowie einer zwischen der Drahtvorrats- (5) und Drahtzufuhreinheit (4) befindlichen Drahtspeichereinheit (8), mit Mitteln zum Erfassen des Krümmungsverhaltens (13) der Drahtführung innerhalb der Drahtspeichereinheit (8) und mit einer Steuereinheit (9), die in Abhängigkeit des Krümmungsverhaltens des Drahtes (3) eine Drahttransportvorrichtung regelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Erkennung des Krümmungsverhaltens (13) des Drahtes beruhrungslos arbei tende Sensoren sind, deren Sensorsignale an der Steuer einheit (9) anliegen, und daß die Drahttransporteinheit derart angesteuert wird, daß sich innerhalb der Drahtspeichereinheit (8) eine geschlossene Drahtschlaufe ausbildet, deren Lage innerhalb der Drahtspeichereinheit (8) reibungsfrei durch eine Drahtführungseinrichtung (11) bestimmt ist, die eine Drahteinlaufführung für den von der Drahtvorratseinheit (5) kommenden Draht (3) und eine Drahtauslaufführung für den an die Drahtzufuhreinheit (4) abgegebenen Draht aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtschlaufe als Draht-Mengenpuffer dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren zur Feststellung des Drahtkrümmungsverhaltens ein CCD-Array sind und daß die Drahttransportvorrichtung ein Abhaspelmotor (7) ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtspeichereinheit (8) zwei voneinander beabstandete Platten (10) aufweist, deren gegenseitiger Abstand größer als der Durchmesser des zu fördernden Drahtes ist und daß die Fläche der Platten größer als die maximale Ausdehnung der Drahtschlaufe ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführungseinrichtung (11) in einem Randbereich der Drahtspeichereinheit (8) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführungseinrich tung (11) als eine runde oder quadratische Scheibe ausge bildet ist, und daß für die Drahteinlauf- und Draht auslaufführung zwei, voneinander beabstandete Kanäle in der Scheibe vorgesehen sind, die parallel zu den Platten (10) der Drahtspeichereinheit (8) verlaufen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahteinlaufführung und die Drahtauslaufführung als Elemente mit je einem Kanal ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Drahtspeichereinheit (8) eine Sperre vorgesehen ist, die ein weiteres Zusammenziehen der Drahtschlaufe oder des Drahtbogens verhindert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (10) von Elementen beabstandet gehalten werden, mit denen der Abstand zwischen den Platten (10) verstellbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahteinlauf- und die Drahtauslaufführung von Rollen gebildet werden, die federnd gelagert sind, und zwischen denen der Draht geführt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtschlaufe im Kreuzungsbereich vorzugsweise einen rechten Winkel ausbildet, und die Kanäle senkrecht zueinander verlaufen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem halbkreisförmigen Drahtbogen die Elemente derart angeordnet sind, daß die Kanäle parallel zueinander verlaufen.