DE60116981T2

DE60116981T2 - Verfahren und Lichtbogenschweisssteuerung mit gefüllten dichten Drähten

Info

Publication number: DE60116981T2
Application number: DE60116981T
Authority: DE
Inventors: Jean Sauron; Gil Gaunt
Original assignee: Joseph Sauron Materiel Industriel Ste
Current assignee: Joseph Sauron Materiel Industriel Ste
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2006-09-14
Also published as: PT1145793E; CN1313155A; CN1190291C; RU2266179C2; EP1145793A1; ATE316838T1; DK1145793T3; US6570118B2; HK1040952A1; EP1145793B1; FR2806337B1; US20020125216A1; ES2256183T3; HK1040952B; DE60116981T8; DE60116981D1; FR2806337A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Lichtbogenschweißen unter grundsätzlicher Verwendung von Fülldraht.
Fülldrähte sind längliche Elemente, die einen Schweißzusatzwerkstoff für das Lichtbogenschweißen enthalten, wobei jeder Draht einen Kern aus Metall umfasst, die mit einer Umhüllung umgeben ist, mit oder ohne Zwischenfügung eines Gases, das das Schweißen begünstigt (insbesondere Inertgas).
Solche Fülldrähte existieren bereits. Der unter der Bestellnummer LINCOR 33 von LINCOLN – USA bekannte Draht (ohne Gas) ist ein Beispiel dafür.
Ein wichtiges Problem, das sich in der Erfindung stellt, lässt sich wie folgt darstellen:

– Bereitstellen eines Schweißgeräts und -verfahrens, die zuverlässige Arbeitsbedingungen gewährleisten und schnell einzusetzen sind,
– die einen effizienten und einfachen Zugang zu dem Bereich erlauben, der zu schweißen ist, sobald das Gerät in Position gebracht ist,
– und die eine Schweißnaht von angemessener Qualität ermöglichen.

Das Dokument GB-A-1 571 530 beschreibt die Montage eines Schweißbrenners auf einem Wagen mit einer Vorrichtung zum Spannen, die eine senkrechte, eine seitliche und eine Einstellung in der Neigung erlaubt. So sind Einstellungen in zwei Richtungen X und Y möglich. Das Dokument zieht die Verwendung von Fülldrähten nicht in Betracht. Die möglichen Befehle an den Schweißbrenner sind die Einstellung der Stromstärke, die Einstellung der Geschwindigkeit des Drahtvorschubs und die Verschiebung des Wagens längs der Schiene, das heißt nur in der X-Richtung.
Die Erfindung stellt an erster Stelle eine Lichtbogenschweißsteuerung unter grundsätzlicher Verwendung von Fülldrähten bereit, für die Instandhaltung oder die Reparatur von Schienen und Weichen, wobei der Automat ein Gehäuse, eine Schweißapparatur mit Brenner zum Schweißen eines Schienenbereichs und eine Einheit zum Steuern und Kontrollieren des Schweißens umfasst, wobei das Gehäuse mit mindestens zwei Stützmitteln auf einer Schiene ausgestattet ist und diese zwei Stützmittel und der Brenner im Wesentlichen entlang der Schiene ausgerichtet sind, die zu schweißen ist, wobei der Brenner entlang mindestens zweier Querachsen beweglich ist.
Auf diese Weise kann eine geometrische Anpassung des Brenners in Abhängigkeit von der Geometrie des Schienenbereichs erzielt werden, der zu schweißen ist.
In der Definition des Automaten bietet die Erfindung auch eine Lösung für die Probleme der Befestigung des Brenners an dem Gehäuse, eben unter Berücksichtigung der verschiedenen Geometrien, räumlichen Positionen und/oder Arten der Ausführung der Schweißnaht, die in der Praxis angetroffen werden können.
So schlägt ein weiteres Merkmal der Erfindung vor, dass der Automat darüber hinaus umfasst:

– Mittel zum Verschieben des Brenners, um dessen Beweglichkeit entlang der zwei Querachsen sicherzustellen,
– Steuermittel, die mit den Mitteln zum Verschieben des Brenners verbunden sind, um die Geschwindigkeit und die Richtung des Verschiebens des Brenners entlang der Achsen zu steuern, wobei diese Steuermittel umfassen:
– erste Steuermittel zum Steuern eines ersten Verschiebens des Brenners bis etwa zum Außenrand des Bereichs, der zu schweißen ist, um dort eine Messung geometrischer Punkte vorzunehmen, mit Erfassungsmitteln, die mit einer Speichereinheit zum Speichern der geometrischen Punkte verbunden sind, die auf der Schiene gemessen wurden,
– und zweite Steuermittel zum automatischen Steuern eines zweiten Verschiebens des Brenners zu dem Bereich hin, der zu schweißen ist, innerhalb der Grenzen der durchgeführten Messung und in Abhängigkeit von den gespeicherten geometrischen Punkten.

Der Bediener kann so an der geeigneten Stelle und mit der geeigneten Geschwindigkeit manuell ein Vorpositionieren und ein Voreinstellen durch Verschieben des Brenners vornehmen, wobei das Speichern und das Verarbeiten dieser Informationen anschließend ermöglicht, automatisch die gewünschten Schweißbedingungen zu erhalten.
Für die Einfachheit der Einsatzanwendung und für die Kompaktheit des Geräts schlägt ein weiteres Merkmal der Erfindung vor, dass:

– der Brenner außerhalb des Gehäuses mit einem Halter verbunden ist, der mit Mitteln zum Einstellen der Höhe und/oder des Winkels des Brenners im Verhältnis zu diesem Halter ausgestattet ist,
– und der Halter im Inneren des Gehäuses mit Mitteln zum Verschieben des Brenners verbunden ist, um ihn entlang einer Längsachse, die beide Stützmittel verbindet, und quer zu dieser Achse zu verschieben, ebenso wie insbesondere in horizontaler Ebene.

Darüber hinaus wird als Wahlmöglichkeit oder in Ergänzung empfohlen, dass:

– der Brenner mit einer Umhüllung verbunden ist, die ihrerseits mit einem Drahtvorschubgerät verbunden ist, durch die eine Fülldrahtspule verläuft und abgerollt wird, und
– sich zwischen dem Brenner und der Umhüllung ein Drahtrichter befindet, um ein Verbiegen des Fülldrahts beim Durchlaufen der Umhüllung zu vermeiden.

Auf diese Weise ist es möglich, den Brenner und das Drahtvorschubgerät gegenüber dem Gehäuse beweglich zu machen, wobei durch den Bediener vor dem Einsatz des Automaten nur eine manuelle Einstellung des Abstands zwischen der Spitze des Brenners und der Oberfläche, die zu schweißen ist, erforderlich ist und der Schweißdraht auf einer Rolle im Drahtvorschubgerät untergebracht sein kann.
Was nun das Schweißverfahren angeht, das die gleichen Probleme betrifft, die bereits erwähnt worden sind, so wird in der Erfindung vorgeschlagen, dass es die folgenden Schritte umfasst:

a) Positionierung eines Automaten zum Lichtbogenschweißen, der grundsätzlich Fülldrähte verwendet, für die Instandhaltung oder die Reparatur von Schienen und Weichen, entlang mindestens einer Schiene, wobei der Automat ein Gehäuse und eine Schweißapparatur mit Brenner zum Schweißen eines Schienenbereichs umfasst und der Automat in etwa an der Längsachse der Schiene ausgerichtet wird,
b) Anordnen des Brenners in eine Bezugsposition im Verhältnis zu dem Bereich, der zu schweißen ist,
c) Erfassen geometrischer Merkmale des Bereichs, der zu schweißen ist, um Bezugsdaten zu erhalten,
d) Bereitstellen der Bezugsdaten an eine Speichereinheit der Steuereinheit und
e) Starten eines Schweißprogramms, das die bereitgestellten Bezugsdaten berücksichtigt und ein Verschieben des Brenners in den Bereich, der zu schweißen ist, und die Versorgung des Brenners mit Fülldraht sowie eine festgelegte Stromversorgung des Brenners zum Schweißen einleitet, wobei die Versorgung und die Stromversorgung von der Art des Schweißverfahrens abhängen, das zuvor festgelegt worden ist.

Ein damit verbundenes Problem, das in der Erfindung gelöst wird, betrifft darüber hinaus das Bestimmen von Parametern, die es ermöglichen, das Schweißen unter Berücksichtigung der angetroffenen tatsächlichen Bedingungen zu optimieren.
In dieser Hinsicht wurden zwei Wahlmöglichkeiten oder Ergänzungen gewählt:

– vor dem Schritt e) wird zunächst über die Steuereinheit und unter mehreren Wahlmöglichkeiten die Art von Fülldraht ausgewählt, der dem tatsächlich zum Schweißen verwendeten Fülldraht entspricht, woraus der Automat ableitet:
– die Bedingungen der Versorgung des Brenners mit Draht, wie zum Beispiel die Vorschubgeschwindigkeit,
– die Bedingungen der Stromversorgung des Brenners und
– die Verschiebegeschwindigkeit des Brenners, zumindest bei Schritt e), und/oder
– ebenfalls vor dem Schritt e) wird zunächst über die Steuereinheit und unter mehreren Wahlmöglichkeiten der Schienentyp ausgewählt, der zu schweißen ist, und der Automat leitet daraus, in Abhängigkeit vom Schienentyp, ab:
– die Bedingungen der Versorgung des Brenners mit Draht, wie zum Beispiel die Vorschubgeschwindigkeit,
– die Bedingungen der Stromversorgung des Brenners und
– die Verschiebegeschwindigkeit des Brenners.

Es ist zu beachten, dass in dem einen wie in dem anderen Fall das Schweißverfahren in Zusammenhang mit der Art des zum Schweißen verwendeten Drahts und dem Schweißtyp, wie zuvor festgelegt, optimiert wird, im zweiten Fall insofern, als es besonders interessant sein kann, die Eigenschaften des Drahts (insbesondere physikalisch-chemische Zusammensetzung und Abrollgeschwindigkeit im Brenner) in Abhängigkeit vom Schienentyp anzupassen (so bestehen Weichen oft aus einem weicheren, das heißt weniger kohlenstoffhaltigen Stahl, als „durchgehende" Schienen, auch „Gleisschienen" genannt).
Gemäß einer weiteren Überlegung wurden bei der Erfindung die Bedingungen, unter denen die Messung der geometrischen Merkmale bei Schritt c) vorzunehmen ist, sowie die Arbeitseinsatzbedingungen des Brenners berücksichtigt.
Die empfohlene Lösung ist, dass:

– bei Schritt b) der Brenner in seiner Bezugsposition im Verhältnis zu dem Schienenbereich, der zu schweißen ist, in der Höhe und/oder im Winkel eingestellt wird,
– bei Schritt c) der Brenner entlang dem Umriss des Bereichs, der zu schweißen ist, verschoben wird, um die geometrischen Merkmale zu erfassen,
– dann bei Schritt e) der Brenner, nachdem er wieder in seine Bezugsposition gesetzt worden ist, gemäß dem Schweißprogramm zu dem Bereich hin verschoben wird, der zu schweißen ist.

Es folgt eine ausführlichere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 eine perspektivische Gesamtansicht einer Ausführungsform des Automaten der Erfindung darstellt;
2 eine Detailansicht einer Ausführungsform eines Hakens zum Stützen und Halten des Automaten auf der Schiene darstellt;
3 eine schematische Seitenansicht eines Teils der Schweißapparatur in der Umgebung des Brenners darstellt;
4 schematisch eine Möglichkeit des Kippens und der Beweglichkeit des Brenners in der Höhe zeigt;
5 eine mögliche Ausführungsform des Steuer- und Kontrollgehäuses schematisch darstellt, mit abgenommener und zur Seite gelegter Vorderseite (Anzeige und Tastatur);
6 die geometrischen Punkte schematisch darstellt, die für die Bewegung des Brenners auf der Schiene festgelegt sind;
7 zwei Schweißkurven zeigt (Lichtbogenspannung (V)/Lichtbogenstärke (A)), die bei der Erfindung verwendet werden können;
und 8 die Anwendung eines Rads zum Rollen des Automaten vereinfacht darstellt.
In 1 bezieht sich das Bezugszeichen 1 zunächst ganz allgemein auf eine erfindungsgemäße Lichtbogenschweißsteuerung.
Dabei handelt es sich um einen Automaten für die Instandhaltung oder die Reparatur von „durchgehenden" Schienen, das heißt von Schienen, die sich grundsätzlich abseits von Weichen (wie zum Beispiel Stellwerken) befinden, die besondere Probleme aufwerfen, auf die wir an späterer Stelle in der Beschreibung zurückkommen.
Der Automat 1 umfasst ein Gehäuse 3, eine Schweißapparatur 5, die insbesondere einen Brenner 7 umfasst, und eine Einheit 9 zum Steuern und Kontrollieren des Schweißens.
Das Gehäuse 3 ist mit zwei Stützmitteln 11a und 11b ausgestattet, die dazu dienen, das Gehäuse 3 fest mit der Schiene 13 zu verbinden, deren Oberfläche 15 beschädigt ist und daher durch Auftragen einer bestimmten Menge Metall in den entstandenen Hohlraum 16 repariert werden muss.
Dieser Hohlraum 16 konnte sich insbesondere bei einem Halt und einem Wiederanfahren eines Hochgeschwindigkeitszuges bilden.
Die beiden Stützmittel 11a und 11b greifen über die Schiene 13 und ragen leicht über die Vorderseite des Gehäuses 3 hinaus, während der Brenner 7 im Wesentlichen entlang der Achse positioniert ist, die diese beiden Stützmittel verbindet, so dass eine Selbstausrichtung des Automaten entlang der Schiene 13 möglich ist.
In 2 wurde eines der Stützmittel in vergrößerter Ansicht dargestellt.
Das Mittel 11a (das andere ist identisch) umfasst einen vorderen Teil 17 in Form eines Hakens (mit einem unteren Rand 17a), der so angepasst ist, dass er unter dem verbreiterten Kopf 13a der Schiene 13 angeordnet werden kann, genau unter dem dünnsten Steg 13b dieser Schiene, wobei eine Rückwand 19 die Zangenform dieses freien Endes des Stützmittels 11a vervollständigt.
Wie in 2 zu erkennen ist, besteht jedes Stützmittel des Gehäuses so aus einem Mittel zum Einhaken, wobei der obere Kopf 13a der Schiene recht eng in das Innere des Hohlraums 21 gerückt wird, der seitlich durch die beiden Zangen zum Einhaken 17 (17a) und 19 begrenzt ist, und der Rückhalterand 17a das gesamte Gehäuse in Position hält, im Verhältnis zur Stützfläche 23, die dann auf der Oberseite 15 des Schienenkopfes ruht, wie in 2 dargestellt, die das Mittel 11a im eingehakten Zustand der Schiene zeigt.
Im vorliegenden Fall ist es somit das Gewicht des Gehäuses 3 mit Überhang im Verhältnis zu den Mitteln 11a und 11b, das den Automaten gegenüber der Schiene durch Einhaken „verriegelt".
Zwischen den beiden Stützmitteln 11a und 11b ist der Brenner 7 angeordnet.
Um die Schweißapparatur zu bilden, wird der Brenner 7, der mit seinem Halter 25 verbunden ist, an ein System zur Versorgung mit Fülldraht angeschlossen, das eine Umhüllung 27 und ein Drahtvorschubgerät 29 umfasst, wobei ein Motor 30 den Umlauf des Fülldrahts im Drahtvorschubgerät, im Kabel und schließlich im Inneren des Brenners antreibt.
Die 1 und 3 zeigen den Brenner 7 auf dem Halter 25 außerhalb des Gehäuses 3.
Dieser Halter umfasst einen senkrechten Kasten 27 (dessen vordere Schutzabdeckung 29 in 3 abgenommen ist) und eine Platte 37.
In 3 lässt sich so feststellen, dass der Brenner 7 (der als ein Rohr dargestellt ist) innen mit dem Fülldraht 31 versorgt wird, der vor dem Brenner durch die beiden Reihen doppelter Druckrollen 33a, 33b, 35a und 35b geradegerichtet wird, so dass der Fülldraht 31, nachdem er im Inneren des Versorgungskabels 28 (das verhältnismäßig biegsam und gebogen ist, wie in 1 zu sehen) gebogen worden ist, eine gerade, geradlinige Form annimmt, bevor er in das Innere des rohrförmigen Brenners 7 eindringt, der selbst ebenfalls gerade ist.
Der Stützkasten 27, auf dem der Brenner 7 somit starr befestigt ist, ist abnehmbar auf der Platte 37 für die Verbindung mit dem Gehäuse 3 befestigt.
Die Stützplatte 37 weist eine waagerechte Tafel 37a auf, die sich durch einen geschützten Spalt 39 in das Innere des Gehäuses schiebt, und eine senkrechte Tafel 41, an der der Kasten 27 befestigt ist.
Die Bezugsposition für diese Befestigung ist eine Position, in der der Brenner senkrecht angeordnet ist.
Es gibt vorteilhafterweise eine Höhenverstellung (in einer Führungsleiste) des Kastens 27 im Verhältnis zu seiner Befestigungstafel 41, um das Positionieren der Schweißspitze 7a des Brenners 7 in der Höhe im Verhältnis zur Schiene 13 zu erleichtern, sobald der Automat platziert ist (verstellbarer Abstand e, dargestellt in 3). Ein Rädchen 43 fixiert diese Position in der Höhe.
Als Wahlmöglichkeit oder in Ergänzung kann der Brenner 7 beweglich sein, in Drehung um eine Achse 44 (siehe 4) parallel zur Achse 45, die durch die beiden Haken 11a und 11b für die Verankerung des Gehäuses verläuft (das heißt also auch durch die Achse der Schiene 13, wenn das Gehäuse darauf gesetzt worden ist).
Wie 4 zeigt, kann eine Drehung α des Brenners zum Beispiel bis zu 30° auf beiden Seiten der Senkrechten zugelassen werden, um insbesondere in einer besseren Position den Zugang zu einer möglichen Schweißnaht in der Nähe der Seitenränder 15a oder 15b der Schiene zu erlauben (seitlicher Hohlraum, der zu füllen ist).
In 4 ist zu bemerken, dass die beiden dargestellten Positionen (nach links geneigt, dann nach rechts geneigt) des Brenners diese Drehung mit einer Verschiebung in der Höhe verbinden.
Mit dem Feststellrädchen 47 kann die Position fixiert werden, sobald der Winkel erreicht ist.
Um das Schweißen des beschädigten Schienenbereichs 16 sicherzustellen (siehe 3), ist die Platte 37 parallel zur Achse 45 in dem waagerechten Spalt 39 beweglich, in Bezug auf den sie auch eingeschoben oder herausgezogen werden kann, in der Richtung 51, die im vorliegenden Fall senkrecht zur Achse 45 ist, und waagerecht.
Diese beiden Richtungen, gekennzeichnet mit X beziehungsweise mit Y, wurden in 3 und 4 mit eben diesem Bezugszeichen dargestellt.
Das Verschieben des Brenners entlang dieser Richtungen X und/oder Y, mit der geeigneten Geschwindigkeit und im Verhältnis zum Schweißvorgang, erfolgt mittels mindestens eines Motors (insbesondere eines Elektromotors) 52, der mit einer Zahnstange verbunden ist.
Dieser Motor (oder ein Nebenmotor) hätte gegebenenfalls auch das senkrechte Verschieben des Brenners steuern können, von dem bereits die Rede war, und/oder seine Winkelpositionierung (Winkel α).
Wenn der Brenner, wie angegeben, in Bezug auf die Platte 37 beweglich befestigt ist, sollten die Umhüllung 28 und das Drahtvorschubgerät 29 dies vorteilhafterweise auch sein.
Das Drahtvorschubgerät 29 kann als ein Kasten mit einer vorderen Zugangstür ausgebildet sein, die das Einlegen des Fülldrahts erlaubt, der insbesondere in Form einer Spule angeordnet sein kann.
Der Schweißvorgang wird durch die Einheit zum Steuern und Kontrollieren 9 kontrolliert und gesteuert (siehe insbesondere 5).
Der Kasten 9 umfasst insbesondere eine Zentraleinheit mit Mikroprozessor 55, an die eine Fronttastatur 57 angeschlossen ist, die Richtungstasten 61 und sonstige Befehls- oder Bestätigungstasten wie 63 (dabei kann es sich um eine 6-Tasten-Tastatur unter „LEXAN" handeln) und einen Anzeigebildschirm 59 umfasst.
Die über den Kasten 57 übermittelten Befehle erzeugen Anweisungen und aktivieren insbesondere ein „Schweißprogramm", das unter 65 vereinfacht dargestellt ist.
Der Ablauf der Anweisungen dieses Programms erfolgt natürlich über die Zentraleinheit 55 und eine verbundene Speichereinheit 69.
Bezüglich des Ablaufs des Schweißens ist in 5 gezeigt, dass der Motor 52 auch an den Kasten 9 und insbesondere an die Zentraleinheit 55 angeschlossen ist.
Darüber hinaus kommuniziert diese Zentraleinheit mit einem Lagefühler 71 (auch „Mittel zur Erfassung geometrischer Punkte" genannt).
Der Lagefühler 71 ist hier mit dem Brenner 7 sowie mit der Speichereinheit 69 verbunden, um bestimmte geometrische Punkte zu erfassen und zu speichern, die auf der Schiene zu messen sind, in einer „Vorbereitungsphase" vor dem tatsächlichen Schweißen.
Die Zentraleinheit 55 ist auch mit dem Motor 30 für die Fülldrahtversorgung des Brenners verbunden, der selbst an einen elektrischen Generator 73 angeschlossen ist, der so angepasst ist, dass er während einer angemessenen Zeit eine elektrische Energie (Spannung, Strom, ...) erzeugt, die für das Erreichen der gewünschten Schweißbedingungen geeignet ist.
Der elektrische Generator 73 und die angeschlossene Schaltuhr 74 werden durch die Zentraleinheit 55 gesteuert. Ausgehend von dem Generator 73 versorgt ein Draht 72 den Brenner elektrisch (Klemme (+) 76), 4).
Mit einem allgemein so gebildeten Kasten 9 kann ein Schweißvorgang typischerweise wie folgt erfolgen:
Zunächst einmal wird der Automat 1 auf der Schiene 13 positioniert, durch Einhaken der Schiene mit den bereits beschriebenen Stützmitteln 11a und 11b (siehe 2).
Der Automat wird auf diese Weise „selbstausgerichtet", wobei davon ausgegangen wird, dass der Brenner 7 auf seiner Halterung 37 befestigt und also längs der Achse 45 ausgerichtet ist, die der Schiene und den beiden Stützmitteln 11a und 11b im Wesentlichen gemein ist.
In einer Vorbereitungsphase des Schweißens wirkt der Bediener dann auf die Schnittstelle 57 ein und löst die „Vorbereitungsphase" des Schweißprogramms 65 mit Hilfe einer geeigneten Befehlstaste aus, wie der Taste 63, wodurch er das Erfassen der geometrischen Daten einleitet, die mit dem Punkt 16 verbunden sind, der zu schweißen ist (siehe 6).
Genauer gesagt führt das Menü des Programms 65 den Bediener dazu, ein erstes Steuermittel (Schnittstelle) zum Einsatz zu bringen, vereinfacht dargestellt mit 75, das es ihm erlaubt, das Verschieben des Brenners 7 über die Richtungstasten 61 selbst zu steuern (im vorliegenden Fall über den Motor 52).
In 5 kennzeichnet die Punktlinie 77 die zulässige „manuelle" Steuerung.
Anfänglich befindet sich der Brenner 7 in einer „Bezugsposition" genannten Ausgangsposition A0, die der Bediener so anpassen kann, dass sie sich an einem kennzeichnenden Punkt des Bereichs 16 befindet, zum Beispiel in einer Ecke, wie in 6.
Diese Position A0 wird im Speicher 69 über den Lagefühler 71 aufgezeichnet, als Antwort auf eine vom Programm 65 auf dem Bildschirm 59 formulierte Frage.
Es wird eine Erfassung längs der Achsen X (45) und Y (51) empfohlen und grundsätzlich vorgesehen.
Ausgehend von dieser Bezugsposition (A0) befiehlt der Bediener das Verschieben des Brenners im Wesentlichen zum Außenrand des Bereichs 16 hin.
Auf diese Weise können drei Punkte A0, B0 und C0 erfasst werden, wie in 6 dargestellt, zum Beispiel nach einem Verschieben entlang der X-Achse und dann entlang der Y-Achse.
So können insbesondere drei der vier Winkel eines Parallelogramms erfasst und in dem Automaten gespeichert werden.
Ausgehend von diesen drei Punkten kann die Zentraleinheit die Fläche des Bereichs 16 berechnen, der zu schweißen ist, unter Bezugnahme auf eine vordefinierte Form (Rechteck, Parallelogramm, Dreieck, ...).
Am Ende dieser Phase der „Schweißvorbereitung" werden die mit dem Fühler 71 erfassten geometrischen Punkte dann im Speicher 69 gespeichert.
Der Bediener kann dann die nächste Phase des Programms 65 auslösen.
Als Antwort auf eine Anforderung von Anweisungen, die auf der Anzeige 59 erscheinen, kann er insbesondere die Phase des „tatsächlichen Schweißens" einleiten.
Es kann jedoch zweckmäßig sein, zuvor eine Anpassung der Höhe und/oder des Winkels des Brenners 7 vorzunehmen, wie bereits erläutert.
Sobald die richtige Position erreicht ist, löst das Programm 65 einen automatischen Schweißvorgang aus, und zwar durch Aktivieren der zweiten Steuermittel, die als 79 schematisch dargestellt sind, im Anschluss an die Bestätigung eines Schritts des Programms 65, der auf 59 angezeigt wurde, durch den Bediener.
Die Zentraleinheit 55 setzt dann in Verbindung mit dem Speicher 69 mit fortschreitendem Programmverlauf zunächst den Brenner 7 auf seine Bezugsposition A0 und steuert dann sein Verschieben längs der Achsen X und/oder Y mit der für die Art des Schweißens geeigneten Geschwindigkeit, wobei der Brenner von dem Energiegenerator 73 versorgt und seine Versorgung mit Fülldraht von dem Motor 30 sichergestellt wird.
In Abhängigkeit von den programmierten Daten kann das Verschieben des Brenners auf der Oberfläche des Bereichs 16 auf unterschiedliche Weise erfolgen, wie zum Beispiel entlang der Strecke, die in 6 mit einer Strichpunktlinie gekennzeichnet ist (Es ist erkennbar, dass der Brenner sich in diesem Fall innerhalb der Grenzen des Parallelogramms verschiebt, wobei drei von dessen vier Spitzen den erfassten und gespeicherten Punkten A0, B0 und C0 entsprechen).
Aus verschiedenen bestehenden Arten des Schweißens (zum Beispiel das sogenannte „TIG"-: Gleichstromschweißen, und das „MIG"-Schweißen: mit Gleichspannung) wurde eine vorgegebene Art des Schweißens ausgewählt, wie zum Beispiel das MIG-Schweißen, für das eine Kurve: Lichtbogenspannung (V)/Lichtbogenstärke (A) in 7 mit einem Vollstrich dargestellt ist.
Sobald der Brenner über die Schweißfläche 16 gestrichen ist, wird seine Verschiebung unterbrochen (es kann zum Beispiel vorgesehen worden sein, dass das Verschieben bei dem Punkt A0 beginnt und bei C0 endet).
Es können mehrere Arbeitsgänge erforderlich sein, wie insbesondere zwei Arbeitsgänge mit Reinigung des Schweißbereichs und Abschleifen der Blasen, um so am Ende des zweiten Arbeitsgangs die vollständige Füllung des Hohlraums 16 zu erzielen, die der Schiene nach erneutem Abschleifen eine in etwa glatte und durchgängige Oberfläche zurückgibt, ohne Hohlräume und somit vollkommen eben.
Um den Bediener zu schützen, kann eine abnehmbare Schutzabdeckung (nicht dargestellt) den Brenner und den Bereich der Schiene abdecken, der zu schweißen ist.
Es ist anzumerken, dass für eine Kontrolle des erzeugten Lichtbogens darüber hinaus vorzugsweise, zusätzlich zu einem Versorgungskabel für die Schweißspannung, ein Kabel zum Messen dieser Spannung und ein Kabel zum Messen des Stroms vorgesehen werden sollten, der tatsächlich beim Brenner ankommt (Kabel nicht dargestellt).
Obwohl die Funktionsweise eines solchen Brenners bekannt ist, wird noch einmal kurz an das Prinzip erinnert:
Über den Draht (+) 72 wird der Brenner elektrisch versorgt. Genauer gesagt elektrifiziert ein elektrisch leitender Reibschuh 78, der mit dem Draht 72 verbunden ist, den Metalldraht 31, dessen Spitze bei 31a über das freie Ende 7a des Brenners hinaus austritt. Die Masse wird durch die Schiene 13 gebildet. Der Abstand e zwischen 31a und der Schiene wird dann eingestellt, damit ein Lichtbogen 80 entsteht, der das Auftragen des Schweißzusatzes des Drahts in den Hohlraum 16 sicherstellt.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Schweißeigenschaften (hier MIG) in den Speicher des Schweißprogramms eingegeben worden sind.
In dieser Hinsicht können mehrere Arten des Schweißens vorgesehen werden, wobei der Bediener zu einem gegebenen Zeitpunkt des Programmablaufs diese oder jene Art des Schweißens über die Tastatur auswählt.
Auf diese Weise kann ein Arbeiten im „TIG"-Modus vorgesehen werden, mit einem Verlauf V/A, der dem Verlauf entsprechen kann, der in 7 als Strichpunktlinie angegeben ist.
In 5 stellt ein „drittes Steuermittel" 81, das mit der Tastatur 57 verbunden und an die Zentraleinheit 55 angeschlossen ist, schematisch den Schnittstellenschaltkreis dar, der eine solche Auswahl zwischen den Arten des Schweißens erlaubt.
Es kann auch vorgesehen werden, dem Bediener eine Auswahl in Bezug auf den Fülldraht zu bieten, mit dem der Brenner versorgt werden soll.
In 5 stellt das Bezugszeichen 83 schematisch das vierte Steuermittel dar, das es dem Bediener erlaubt, dem Automaten die Art des Drahts mitzuteilen, der sich tatsächlich im Drahtvorschubgerät befindet.
Eine solche Auswahl kann besonders bei einem Einsatz an einer Weiche nützlich sein, wo die Schienen typischerweise aus einem anderen Stahl bestehen als die „durchgehenden Schienen", was andere Schweißbedingungen und demzufolge auch einen anderen Schweißzusatz über den Fülldraht erfordert.
In Zusammenhang mit dem Vorstehenden kann auch eine Auswahl des betroffenen Schienentyps vorgesehen werden.
Das ist die Aufgabe des „fünften Steuermittels" 85, das die elektronischen Bauteile schematisch darstellt, die es dem Bediener erlauben, dem Automaten die Auswahl desjenigen von mehreren Unterprogrammen anzuzeigen, das an den betroffenen Schienentyp vorangepasst ist.
Es ist anzumerken, dass insbesondere die unterschiedlichen Wahlmöglichkeiten beim Fülldraht, bei der Art des Schweißens (TIG, MIG, ...), beim Schienentyp (durchgehende Schiene aus einem bestimmten Stahl, Weiche aus einem anderen Stahl, ...) Änderungen in der Arbeitsweise des Versorgungsmotors 30 und/oder des Motors 52 sowie bei den Steuer- und Kontrolldaten mit sich bringen können, die über die Zentraleinheit 55 übermittelt werden. Dies kann jedoch bei dem Schweißprogramm 65 voll und ganz berücksichtigt werden.
Trotz allem ist noch anzumerken, dass es insbesondere für eine ordnungsgemäße Anpassung des Automaten an das Schweißen eines Abschnitts einer Weichenschiene zweckdienlich sein kann, das Gehäuse 3 selbst zu motorisieren und dieses Gehäuse „auf Rollen" zu befestigen, indem insbesondere die Stützhaken 11a und 11b durch Rollen ersetzt werden, wie in 8 mit Bezugszeichen 90 schematisch dargestellt, damit das Gehäuse längs der Schienen rollen kann.
In der Praxis sind mindestens drei Rollen erforderlich, zwei Rollen, um die Mittel 11a und 11b zu ersetzen (diese beiden Rollen und der Brenner 7 sind dann im Wesentlichen entlang der gleichen Achse 45 ausgerichtet), und eine dritte Rolle seitlich am Ende eines Arms (nicht dargestellt), auf der Gehäuserückseite, um auf der anderen Schiene parallel zum Gleis zu lagern, wie Schiene 91 in 1, und zwar für das Gleichgewicht des Automaten.
Für die Reparatur einer Weichenschiene wird insbesondere empfohlen, den Motor 52 des Brenners nicht für das Längsverschieben entlang der X-Achse (Achse 45) zu verwenden und ihn für diese Bewegung durch einen Motor 93 zu ersetzen, der die Rollen 90 antreibt.
Um den Motor 93 zu steuern ist in 5 ein Schalter 95 für die Motorisierung (Relais) schematisch dargestellt, der zwischen die Zentraleinheit 55 und den Motor 52 des Brenners geschaltet ist, wobei dieser Schalter in Funktionsverbindung mit einem sechsten Steuermittel 97 steht, das der Bediener über die Tastatur 57 auslöst, als Antwort auf die Anweisungen des Programms 65, die vor ihm auf der Anzeigeeinheit 59 ablaufen.
Wenn der Bediener den Befehl gibt, leitet die Steuerschnittstelle 97 auf diese Weise für das Schweißen des vorgesehenen Schienenbereichs ein Verschieben des Brenners und des Gehäuses entlang der Längsachse 45 (X-Achse) ein, wobei der Motor 52 das Relais punktuell nur für das Verschieben des Brenners entlang der Achse 51 (Y-Achse) übernimmt, und das sowohl während der Vorbereitungsphase für das Erfassen des Umrisses des Bereichs, der zu schweißen ist, als auch während der Schweißphase selbst.
Selbstverständlich können alle oder ein Teil der „Steuermittel" 75, 79, 81, 83, ..., 97 kombiniert werden, um die Schweißbedingungen zu verfeinern (insbesondere Verschiebe geschwindigkeit des Brenners, gelieferte Spannung oder Strom, Schweißdauer, Drahtvorschubgeschwindigkeit).
In dieser Hinsicht kann es sich auch als zweckdienlich erweisen, die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt des Schweißens zu messen.
Zu diesem Zweck wurde in 5 das Anbringen eines Umgebungstemperaturfühlers 99 vorgesehen, so dass diese Information in den Speicher 69 eingegeben wird und das Schweißprogramm diese Temperaturinformation dann berücksichtigen kann, um die elektrische Energie, die von dem Generator 73 geliefert wird, dann in Abhängigkeit von den äußeren klimatischen Bedingungen anzupassen (Anpassung der elektrischen Energie, die dem Brenner geliefert wird, der Dauer der Versorgung des Brenners mit dieser Energie, beziehungsweise der Verschiebegeschwindigkeit dieses Brenners).
Es könnte auch vorgesehen werden, dem Automaten ein elektronisches Datenlesegerät 101 hinzuzufügen, das so angepasst ist, dass es zum Beispiel einen Barcode liest, der sich auf einem Träger befindet, der von der Schiene, die zu reparieren ist, getragen wird oder sich auf sie bezieht (zum Beispiel ein Schild).
Bezüglich Informationen, die ein solches Datenlesegerät 101 (zum Beispiel Lesestift) oder den Temperaturfühler 99 betreffen, einschließlich ihrer Einsatzbedingungen, wird auf die Beschreibung dieser Art von Mittel in FR-A-2 572 326 verwiesen (Seite 4, Zeile 24 – Seite 5, Zeile 28).
Es muss klar sein, dass die Anwendung des erfindungsgemäßen Automaten auf Eisenbahn-, Straßenbahn-, U-Bahn-Schienen, ... erfolgen kann, einschließlich auf Schienen von anderer Form als der dargestellten.
Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Messungen zur Vorbereitung des Schweißens (Bereich 16) mit einem speziellen beweglichen Messmittel durchgeführt werden könnten, anstatt durch Verschieben des Brenners und des Fühlers 71. Diese Lösung wird jedoch nicht empfohlen.
Darüber hinaus können für das Füllen des Bereichs 16 (Auftrag genannt) verschiedene Verfahren angewendet werden: insbesondere „längs" oder „quer".

Claims

Automat zum Lichtbogenschweißen für die Instandhaltung oder die Reparatur von Schienen und Weichen, wobei der Automat ein Gehäuse (3) und eine Schweißapparatur mit einem Brenner (7) zum Schweißen eines Schienenbereichs umfasst, wobei das Gehäuse mit mindestens zwei Mitteln zum Abstützen (11a, 11b; 90) auf einer Schiene ausgestattet ist, wobei diese zwei Stützmittel und der Brenner in etwa längs der Schiene (13), die zu schweißen ist, ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass er darüber hinaus umfasst: – Mittel (52, 93) zum Verschieben des Brenners, um dessen Beweglichkeit längs zweier Querachsen (X, Y) sicherzustellen, und – Steuermittel (55, 61, 63, 65, 75, 79), die mit den Mitteln zum Verschieben des Brenners verbunden sind, um das Verschieben des Brenners zu steuern.
Automat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – die Steuermittel (55, 61, 63, 65, 75, 79), die mit den Mitteln zum Verschieben des Brenners verbunden sind, die Verschieberichtung des Brenners längs den Achsen und die Verschiebegeschwindigkeit steuern, wobei diese Steuermittel umfassen: – erste Steuermittel (75) zum Steuern eines ersten Verschiebens des Brenners bis etwa zum Außenrand des Bereichs (16), der zu schweißen ist, um dort eine Messung geometrischer Punkte (A0, B0, C0) vorzunehmen, mit Erfassungsmitteln (71), die verbunden sind mit einer Speichereinheit (69), um die geometrischen Punkte zu speichern, die auf der Schiene gemessen wurden, – und zweite Steuermittel (79) zum automatischen Steuern eines zweiten Verschiebens des Brenners zu dem Bereich hin, der zu schweißen ist, innerhalb der Grenzen der durchgeführten Messung und in Abhängigkeit von den gespeicherten geometrischen Punkten.
Automat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – der Brenner (7) auf der Außenseite des Gehäuses (3) mit einem Halter (25) verbunden ist, der mit Mitteln (43, 47) zum Einstellen der Höhe und/oder des Winkels des Brenners im Verhältnis zu diesem Halter ausgestattet ist, – und der Halter im Inneren des Gehäuses mit Mitteln (52, 93) zum Verschieben des Brenners verbunden ist, um ihn längs einer Längsachse (45; X), die die beiden Stützmittel verbindet, und quer zu dieser Achse (51; Y) zu verschieben, ebenso wie insbesondere in horizontaler Ebene.
Automat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – der Brenner mit einer Umhüllung (27) verbunden ist, die ihrerseits mit einem Drahtvorschubgerät (29) verbunden ist, durch die eine Fülldrahtspule (31) verläuft und abgerollt wird; und – sich zwischen dem Brenner und der Umhüllung ein Drahtrichter (33a, 33b) befindet, um ein Verbiegen des Fülldrahts beim Durchlaufen der Hülle zu vermeiden.
Verfahren zum Schweißen eines begrenzten Bereichs einer Schiene, für die Instandhaltung oder die Reparatur von Schienen oder Weichen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) ein Automat (1) zum Lichtbogenschweißen mit Fülldraht (31) für die Instandhaltung oder die Reparatur von Schienen und Weichen wird längs mindestens einer Schiene (13, 91) positioniert, wobei der Automat ein Gehäuse (3) und eine Schweißapparatur mit Brenner (7) zum Schweißen eines Schienenbereichs umfasst, wobei der Automat in etwa an der Längsachse der Schiene (45; X) ausgerichtet wird, b) der Brenner wird in eine Bezugsposition (A0) im Verhältnis zu dem Bereich (16) gesetzt, der zu schweißen ist, c) es werden geometrische Eigenschaften (A0, B0, C0) des Bereichs, der zu schweißen ist, erfasst, um Bezugsdaten zu erhalten, d) die Bezugsdaten werden an eine Speichereinheit (69) der Steuereinheit (55) bereitgestellt, und e) es wird ein Schweißprogramm (65) gestartet, das die bereitgestellten Bezugsdaten berücksichtigt und das ein Verschieben des Brenners (7) in den Bereich, der zu schweißen ist, und die Versorgung des Brenners mit Fülldraht sowie eine festgelegte Stromversorgung (73, 74) des Brenners zum Schweißen einleitet, wobei die Versorgung und die Stromversorgung von der Art des Schweißverfahrens abhängen, das zuvor in Abhängigkeit vom Schienentyp festgelegt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt e) über die Steuereinheit (9, 83) und unter mehreren Wahlmöglichkeiten die Art von Fülldraht (31) ausgewählt wird, der dem tatsächlich zum Schweißen verwendeten Fülldraht entspricht, woraus der Automat ableitet: – die Bedingungen der Versorgung des Brenners (7) mit Draht, wie zum Beispiel die Vorschubgeschwindigkeit, – die Bedingungen der Stromversorgung (73, 74) des Brenners, und – die Verschiebegeschwindigkeit des Brenners, zumindest bei Schritt e).
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt e) über die Steuereinheit (9, 85) und unter mehreren Wahlmöglichkeiten der Schienentyp ausgewählt wird, der zu schweißen ist, und der Automat daraus, in Abhängigkeit vom Schienentyp, ableitet: – die Bedingungen der Versorgung des Brenners (7) mit Draht, wie zum Beispiel die Vorschubgeschwindigkeit, – die Bedingungen der Stromversorgung (73, 74) des Brenners, und – die Verschiebegeschwindigkeit des Brenners, zumindest bei Schritt e).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass: – bei Schritt b) der Brenner (7) in seiner Bezugsposition (A0) im Verhältnis zu dem Schienenbereich (16), der zu schweißen ist, in der Höhe und/oder im Winkel eingestellt wird, – bei Schritt c) der Brenner längs der Außenlinie des Bereichs, der zu schweißen ist, verschoben wird, um die geometrischen Eigenschaften zu erfassen, – dann bei Schritt e) der Brenner, nachdem er wieder in seine Bezugsposition (A0) gesetzt wurde, gemäß dem Schweißprogramm zu dem Bereich hin geschoben wird, der zu schweißen ist.