DE630339C - Elektrische Lichtbogenschweissmaschine mit selbsttaetigem Elektrodenvorschub - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Schweißmaschine für Kohle- oder Eisenlichtbogenschweißung. Bei solchen Maschinen treten besondere Schwierigkeiten ' auf, wenn mit großer Geschwindigkeit geschweißt werden soll. Unregelmäßigkeiten im Material, aus der Schmelze geschleuderte Perlen und andere Störungsquellen bewirken fortgesetzte Verlängerungen, Verkürzungen und Verlagerungen des Lichtbogens.

Diese Störungen des Lichtbogens treten so schnell auf, daß das automatische Vorschubwerk wegen seiner Trägheit nicht alle Änderungen sofort ausgleichen kann. Insbesondere besteht die Gefahr, daß die Regelbewegungen im Vorschubwerk mit einer gewissen Phasenverschiebung den Störungen nacheilen und der Lichtbogen mitunter gerade im entgegengesetzten Sinne geregelt wird, als im

ao Augenblick erforderlich ist.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, hat man vorgeschlagen, die Elektrode während des Schweißvorganges dem Werkstück periodisch zu nähern und wieder davon zu entfernen. Zu diesem Zweck treibt der Vorschubmotor den Elektrodenhalter über eine Vorschubmutter an, die an der einen Stirnseite etwa nockenförmig ausgebildet ist und mit dieser Stirnseite auf im feststehenden Schweißkopf gelagerten Rollen läuft.

Nach der Erfindung wird zur periodischen Näherung und Entfernung der Elektrode zum Werkstück ein eigens hierfür bestimmter Antriebsmotor vorgesehen,, der über ein Schwinggetriebe die Elektrode antreibt.

Gegenüber der bekannten Einrichtung wird dadurch der Vorteil erzielt, daß die Schwingbewegung der Elektrode vollkommen unabhängig von dem Elektrodenvorschub ist. Infolgedessen können die Schwingbewegungen der Elektrode auch dann ohne weiteres erzielt werden, wenn der Elektrodenvorschub während des Schweißvorganges vorübergehend stillgesetzt ist. Außerdem besitzt die gemäß der Erfindung ausgebildete Einrichtung den Vorteil, daß die Amplitude und die Frequenz der Schwingbewegungen der Elektrode nach Bedarf beliebig verändert werden können.

Das Schwinggetriebe kann, bezogen auf den Elektrodenweg, eine solche Amplitude erhalten, daß die durch die Schwingungen hervorgerufenen Lichtbogenänderungen größer sind als die Änderungen, die sonst' erfahrungsgemäß durch Ungleichmäßigkeiten des Werkstückes, Bildung von .Schmelzperlen usw. hervorgerufen werden können.

Den Schwingungen gibt man eine solche Frequenz bzw. dem Schwingungsgetriebe eine solche Drehzahl, daß die durch die Schwingungen hervorgerufenen .Änderungen des Lichtbogens rascher erfolgen als sonst erfahrungsgemäß die durch Ungleichmäßigkeiten des Werkstückes usw. hervorgerufenen Änderungen.

Von vornherein wird also der Lichtbogen dauernd derartig großen und raschen Ände-

*) Von dem Patentsweher ist als der- Erfinder angegeben worden :

Georg Hof mann in Nürnberg.

(530339

rungen ausgesetzt, daß dagegen die durch Ungleichmäßigkeit des Werkstückes usw. hervorgerufenen Beeinflussungen überhaupt nicht mehr ins Gewicht fallen oder doch lange nicht mehr in dem Grade den Lichtbogen stören können wie bei den bisher üblichen Schweißautomaten, die selbsttätig auf konstante Lichtbogenlänge regeln. Die Schweißnaht erhält dadurch zwar ein schuppenartiges ίο Gefüge, dessen Schuppenzahl der Schwingungszahl der Elektrode entspricht; sie wird aber, im ganzen betrachtet, gleichmäßig.

Da infolge der schwingenden Elektrodenbewegung die Bogenspannung fortgesetzt zwischen einem Höchst- und einem Mindest-, wert schwankt und da diese Spannungswerte ohne weiteres fortlaufend durch ein Meßgerät, ein Relais oder einen relaisartig wirkenden Motor überwacht werden können, so stehen für jede Stelle des Werkstücks immer zwei Bestimmungsgrößen zur Verfügung, aus denen auf den Abstand zwischen dem Werkstück und dem Brennende der Elektrode geschlossen werden kann. Ein mit einer solchen Einrichtung zusammenarbeitendes automatisches Regelwerk erhält also dadurch den * Elektrodenabstand praktisch mit derselben Genauigkeit vorgegeben, wie wenn er fortgesetzt durch einen mechanischen Taster oder Anschlag für das Elektrodenbrennende ermittelt würde. Das Regelwerk ist dadurch ohne weiteres in der Lage, stets auf die richtige mittlere Bogenlänge einzustellen.

Man kann die Überwachungseinrichtung beispielsweise so ausführen, daß man ihr eine verhältnismäßig große Trägheit gibt. Sie macht dann die periodischen, durch die Schwingbewegung der Elektrode hervorgerufenen Schwankungen der Bogenspannung nicht oder nur unvollkommen mit, sondern stellt sich auf die mittlere Spannung ein. Zu beiden Seiten dieser Mittellage werden dann an der Überwachungseinrichtung Steuerkontakte für das Vorschubwerk angeordnet, von denen der eine, der bei übermäßiger Spannung betätigt wird, den Vorschub verlangsamt oder umkehrt, der andere, der bei zu kleiner Spannung betätigt wird, den Vorschub einschaltet oder beschleunigt. Statt dessen kann man auch mit einer Überwachungseinrichtung kleiner Trägheit arbeiten, die die durch die Elektrodenschwingung hervorgerufenen Spannungsschwankungen mitmacht, und den Schwingbereich der Überwachungseinrichtung beiderseits durch Steuerkontakte begrenzen. Diese Steuerkontakte sind derart mit dem Vorschubwerk verbunden, daß bei zu starkem Ausschwingen der Überwachungseinrichtung im Sinne einer Spannungserniedrigung der Vorschub verkleiner oder umgekehrt, bei zu starkem Ausschlag im Sinne einer Spannungserhöhung dagegen der Vorschub eingeschaltet oder beschleunigt wird. Eine solche Einrichtung arbeitet dann ähnlich einem Schnellregler mit fortgesetzten Stromimpulsen, die die Regelwerksmotoren immer nur stoßweise einschalten. Man erhält dann alle Vorteile der sogenannten Schnellregelung. Will man nicht mit Stromimpulsen arbeiten, so kann man zwischen der Überwachungseinrichtung und dem Regelwerk ein Relais mit Zeitverzögerung oder erhöhter Trägheit einschalten, das das Regelwerk auch während der Impulspausen in dem einen oder anderen Sinne eingeschaltet hält.

Die Erfindung soll an Hand des in der Zeichnung dargestellten Schemas erläutert werden. 1 (Fig. 1) ist das Werkstück, 2 die Elektrode. Das Vorschubwerk enthält ein Differentialgetriebe 3, dessen einer Teil 4 über ein Schwinggetriebe 5 mit einstellbarer Kurbellänge von einem Motor 6 und dessen anderer Teil 7 über einen von einer Überwachungseinrichtung 8 gesteuerten Vorschubmotor 9 angetrieben wird. Der dritte Teil 10 des Differentialgetriebes, der mit den Transportrollen 11 verbunden ist, führt dann jeweils eine aus den Teilgeschwindigkeiten der Teile 4 und 7 zusammengesetzte Bewegung aus. Die Lichtbogenspannung liegt an dem Elektromagnet 12 der Überwachungseinrichtung 8. Im Maul des Magnets 12 ist der Z-Anker 13 schwingfähig gelagert, die Feder 14 sucht ihn von den Polen des Magnets zurückzuziehen. Die Ankerbewegung ist durch die Bremsscheibe 15 gedämpft. Statt des Systems 12 bis 15 können auch andere qualitativ wirkende Meß systeme verwendet werden.

Mit dem Anker 13 ist der Schaltarm 16 verbunden, der zwischen den längs der Skala 17 verstellbaren Steuerschaltern 18, 19 schwingt. Schwingt der Arm gegen den Schalter 18, so wird der Regelwerksmotor 9 auf Vorwärtslauf bzw. auf beschleunigten Vorwärtslauf eingestellt, schwingt der Arm dagegen gegen den Schalter 19, so wird der Vorschub verlangsamt, oder umgekehrt, d.h. der Motor auf Rückwärtslauf eingestellt.

Statt eines einfachen Motors 9 mit Reversierschaltung können auch Kombinationen von Motoren oder andere Regelwerke verwendet werden, die an sich mit einer gewissen Grundgeschwindigkeit die Elektrode 2 vorschieben und beim Ansprechen der Überwachungseinrichtung die Vorschubbewegung beschleunigen, verzögern oder umkehren.

In Fig. 2 ist in Abhängigkeit von der Lichtbogenlänge L die Lichtbogenspannung B aufgetragen. Infolge der Schwingungen der Elektrode 2 schwankt die Spannung dauernd zwischen einem Minimalwert A und einem

Maximalwert B. Die Überwachungseinrichtung 8 ist ohne weiteres in der Lage, aus diesen beiden Werten den Mittelwert C zu bestimmen und dadurch mit großer Genauigkeit die diesem Mittelwert entsprechende mittlere Bogenlänge zu ermitteln. Am besten gibt man den Schwingungen der Elektrode2 durch entsprechende Einstellung der Kurbel 5 eine solche Amplitude, daß die durch die Schwingungen hervorgerufene Spannungsschwankung A, B die durch Ungleichmäßigkeiten des Werkstücks hervorgerufenen Schwankungen überdeckt.

Um eine Einbuße an Schweißleistung durch die periodische Verlängerung des Lichtbogens zu vermeiden, wird die vorliegende Schweißmaschine am besten mit höherer Schweißstromstärke bzw. Schweißenergie betrieben als die mit konstanter Bogenlänge arbeitenden Maschinen.

Statt eines Kurbelgetriebes können auch andere Schwinggetriebe, z. B. Schwinganker u. dgl., verwendet werden. Auch kann die Vorschubgeschwindigkeit, die Vorschubbewegung und die Schwingbewegung in anderer Weise als durch Differentialgetriebe summiert werden. So kann man z. B. bei Kohlelichtbogenapparaten den Vorschubmotor auf einen Schlitten einwirken lassen und auf diesem Schlitten ein die Elektrode antreibendes Schwinggetriebe lagern.

Die Frequenz und die Amplitude des Schwinggetriebes können durch einige Versuche leicht auf den günstigsten Wert eingestellt werden. Wird der Lichtbogen durch ein Magnetfeld beeinflußt, indem z. B. in der Nähe des Brennendes ein Elektromagnet angeordnet wird, so kann man auch das Magnetfeld im Takte der Elektrodenschwingung pendeln lassen, gegebenenfalls mit einer gewissen Phasenverschiebung gegen diese Schwingung, indem man z. B. mit dem Schwinggetriebe einen Schalter zum periodischen Ein- und Ausschalten bzw. Verstärken oder Schwächen des Erregerstroms für den Elektromagnet verbindet,

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrische Lichtbogenschweißmaschine mit selbsttätigem Elektrodenvorschub, bei der durch ein Schwinggetriebe die Stabelektrode während des Schweißvorganges periodisch in Richtung ihrer Achse dem Werkstück genähert und davon entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein besonderer Antriebsmotor für das Schwinggetriebe vorgesehen ist.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Elektrodenschwingung annähernd gleich oder größer ist als die Längenänderungen des Lichtbogens, die durch Ungleichmäßigkeiten des Werkstückes, durch Bildung von Schweißperlen usw. hervorgerufen werden.
3. 3. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Frequenz der Bewegung des Schwinggetriebes, daß die dadurch hervorgerufenen Schwankungen des Lichtbogens rascher erfolgen als die Schwankungen, die erfahrungsgemäß bei stillstehender Elektrode durch Ungleichmäßigkeiten des Werkstückes o. dgl. auftreten würden.
4. 4. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Einstellung der Amplitude, der Frequenz bzw. der Schwingungsform der Elektrode.
5. 5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Elektrode und dem Schwinggetriebe ein nachgiebiges Glied eingeschaltet ist und der Schwingungsweg der Elektrode durch vorzugsweise einstellbare Anschläge einseitig oder beiderseits begrenzbar ist.
6. 6. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein die Lichtbogenspannung bzw. den Schweißstrom überwachendes Steuerorgan für das Elektrodenvorschubwerk, von solcher Trägheit, daß es die durch das Schwinggetriebe hervorgerufenen Schwankungen der Lichtbogenspannung nicht oder nur unvoll- · ständig mitmacht, sondern sich etwa auf den Mittelwert dieser Spannungen einstellt und den Vorschub beschleunigt, verzögert bzw. umkehrt, wenn die mittlere Lichtbogenspannung von einem Vorzugs-, weise einstellbaren Sollwert abweicht.
7. 7. Maschine nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Lichtbogenspannung überwachende Steuerorgan so geringe Trägheit hat, daß es die durch das Schwinggetriebe hervorgerufenen Spannungsschwankungen mitmacht, und daß im Schwingungsweg des Steuerorgans vorzugsweise einstellbare Steuerkontakte angeordnet sind, die bei Verlagerung des Schwingungsbereiches in Richtung der kleineren Bogenspannungen die Vorschubgeschwindigkeit herabsetzen bzw. umkehren, bei Verlagerung des Schwingungsbereichs im Sinne einer Spannungserhöhung dagegen die Vorschubbewegung einleiten oder beschleunigen.

   Hierzu .1 Blatt Zeichnungen