DE69317911T2

DE69317911T2 - Rückverfahrbare vorrichtung

Info

Publication number: DE69317911T2
Application number: DE69317911T
Authority: DE
Inventors: Akio Iwasaki; Yuichi Kabushiki Kaisha Kimura; Akitoshi Masamura
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: WO1994016856A1; EP0695597A4; EP0695597B1; US5590829A; DE69317911D1; EP0695597A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein bewegbares Gegenhaltersystem zur Verwendung beim Durchgangsschweißen, bei dem ein Bewegen des Schweißgegenhalters entlang einer Schweißlinie eines Werkstücks ermöglicht wird.

Stand der Technik

Es wurden verschiedene Durchgangsschweißverfahren weit bekannt, bei welchen ein Schweißgegenhalter verwendet wird.
Eines von ihnen ist ein Verfahren, bei welchem ein Schweißgegenhalter aus Kupfer verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird zuerst ein Schweißgegenhalter aus Kupfer geformt, dessen Länge mit der Länge der Schweißlinie eines zu schweißenden Werkstücks identisch ist und dessen Konfiguration an die Form der Schweißlinie angepaßt ist. Ein solcher Schweißgegenhalter wird gegen die Unterseite der Schweißzone gehalten, wo eine Nut ausgebildet ist, und in seiner Stellung festgelegt, wobei er von einer Anzahl von Stützelementen abgestützt wird. In diesem Zustand wird eine Schweißvorrichtung entlang der Schweißlinie bewegt, um über die gewünschte Länge der Schweißlinie hin zu schweißen. Nach dem Abschluß des Schweißvorgangs werden sowohl der Schweißgegenhalter als auch seine Stützelemente entfernt.
Bei einem anderen Verfahren werden keramische Schweißgegenhalter verwendet. Nach diesem Verfahren werden eine Anzahl von keramischen Gegenhaltern mit einander angepaßten Formen entlang der gewünschten Schweißlinie unter der Nutfläche der Schweißzone fest plaziert. Dann wird eine Schweißvorrichtung zum Schweißen über die gewünschte Länge der Schweißlinie hin bewegt, und nach dem Abschluß des Schweißvorgangs werden die keramischen Schweißgegenhalter abgezogen und entfernt.
Diese Verfahren nach dem Stand der Technik haben die folgenden Nachteile.
Bei dem ersten Verfahren, bei welchem der Schweißgegenhalter aus Kupfer oder dergleichen verwendet wird, soll die Länge des Schweißgegenhalters gleich der Länge der Schweißlinie sein. Darüberhinaus ist im Falle einer gekrümmten Schweißlinie ein Schweißgegenhalter erforderlich, der dieselbe Krümmung wie die Schweißlinie aufweist. Daher ist ein solcher Schweißgegenhalter nicht kompatibel, und wenn die Schweißlinie länger ist, erhöhen sich die Kosten für Material, Herstellung und Betrieb.
Obwohl das zweite Verfahren mit der Verwendung der keramischen Schweißgegenhalter unter einigen Bedingungen an eine Schweißlinie anpaßbar ist, ist die Montage und das Entfernen der Gegenhalter durch manuelle Verfahren unentbehrlich, was ein Hindernis bei der Realisierung von automatischer Schweißarbeit ist. Ferner können die keramischen Schweißgegenhalter nach dem Entfernen nicht wiederverwendet werden, woraus sich eine Erhöhung der Kosten ergibt. Ein anderer Nachteil des zweiten Verfahrens ist es, daß, wenn das Werkstück zum Beispiel ein Gehäuse mit einem begrenzten Innenraum ist, wie ein Ausleger eines Kranes, der Vorgang mit dem Gegenhalter nicht durchgeführt werden kann.
Es wurden Versuche durchgeführt, um diese Nachteile zu überwinden. Zum Beispiel sind mobile Schweißgegenhalter- Positioniervorrichtungen, bei welchen ein Schweißgegenhalter an einem Wagen montiert ist und entlang einer Schweißlinie bewegt wird, in der japanischen Patentveröffentlichung No. 53-20460 (1978) und in der japanischen Patentveröffentlichung mit der Offenlegungsnummer 55-158899 (1980) offenbart.
Diese Veröffentlichungen lehren die Verwendung eines Gegenhalterstreifens und einer Gegenhalterplatte in Kombination als Schweißgegenhalter. Ein Wagen, der auf Schienen fährt, ist mit Druckfedern, Gelenken und anderen Teilen versehen. Die Gegenhalterplatte und der Gegenhalterstreifen, der an der oberen Fläche der Gegenhalterplatte angeklebt wird, werden gegen die Unterseite der Nutfläche eines Werkstücks mit einem vorbestimmten Druck unter Verwendung der Druckfedern und der anderen Teile gedrückt. Durch Montieren eines Gegenhalters an einen Wagen können die zuvor genannten Probleme einigermaßen gelöst werden.
Die mobilen Schweißgegenhalter-Positioniervorrichtungen, die in den oben genannten Veröffentlichungen offenbart sind, erfordern jedoch einen Gegenhalterstreifen, der zwischen einem Werkstück und der Gegenhalterplatte eingreift, so daß sich die Kosten zwangsläufig erhöhen. Ferner ist der aufwendige Vorgang des Anklebens des Gegenhalterstreifens entlang einer Schweißlinie und seines Abreißens nach Beendigung des Schweißvorgangs erforderlich. Dieses Verfahren kann nicht verwendet werden, wenn der zu schweißende Raum zum Verlegen von Schienen oder zum Ankleben der Gegenhalterstreifen zu eng ist. Die Verwendung des Gegenhalterstreifens erschwert auch die Durchführung des Verfahrens zum Schweißen einer Eckverbindung.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der zuvor genannten Probleme gemacht, und es ist daher das Ziel der Erfindung, ein bewegbares Gegenhaltersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem es möglich ist, das Durchgangsschweißen entlang einer Schweißlinie innerhalb eines begrenzten Raumes unabhängig von der Länge, Form und anderen Faktoren einer Schweißzone kontinuierlich und leicht durchzuführen.
Gemäß der Erfindung wird dies errreicht durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Wahlweise weist der Wagen, der in das Gegenhaltersystem nach der Erfindung eingebaut ist, einen Zylinder zum Bewegen des Schweißgegenhalters von dem Werkstück weg gegen die Vorspannkraft des elastischen Teils auf. Es ist bevorzugt, daß der Wagen mit einer Mehrzahl von Armen versehen ist, welche von beiden Seiten des Wagens in Richtungen seitlich zur Fahrtrichtung des Wagens vorstehen und von denen jeder an seinem vorlaufenden Ende eine Führungsrolle zum Führen der Fahrt des Wagens aufweist. In diesem Falle können die Arme teleskopisch sein, so daß sie mittels Zylindern ausstreckbar und zusammenziehbar sind. Der Wagen kann mobilen Typs sein oder kann sich von einer Antriebseinrichtung, die aus einer Zahnstange und einem Ritzelmechanismus zusammengesetzt ist, gezogen oder geschoben bewegen. Der Wagen kann sich synchron zu der Bewegung einer Schweißvorrichtung bewegen.
Vorzugsweise ist das Kühlmittel Kühlwasser, das innerhalb des Schweißgegenhalters zirkuliert. Solches Kühlwasser wird von einem Einlaß eingelassen, der an der einen Seite des hohlen, rechtwinkligen parallelepipedförmigen Schweißgegenhalters angeordnet ist, und von einem Auslaß ausgelassen wird, der an der anderen Seite angeordnet ist. Dieser Einlaß und Auslaß sind vorzugsweise versetzt zueinander angeordnet. Das Kühlwasser kann von einem Einlaß eingelassen werden, der am Boden des hohlen, rechtwinkligen parallelepipedförmigen Schweißgegenhalters angeordnet ist, und von einem Auslaß ausgelassen werden, der am Boden des Schweißgegenhalters angeordnet ist, und eine Stauwand kann an einer Stelle der Bodenfläche angeordnet ist, die zwischen dem Einlaß und dem Auslaß liegt.
Der Schweißgegenhalter kann Erfassungsmittel zum Erfassen des Vorhandenseins des Werkstücks aufweisen und der Wagen kann Erfassungsmittel zum Erfassen der Fahrgeschwindigkeit des Wagens aufweisen.
Der Schweißgegenhalter ist an dem Wagen derart montiert, daß er in einem vorbestimmten Winkel in Richtung quer zur Fahrtrichtung des Wagens abgeschrägt ist und daß er in der Schrägrichtung bewegbar ist.
Ein solcher abgeschrägter Schweißgegenhalter kann im Querschnitt im wesentlichen pentagonal sein und sein Ende kann abgerundet sein. Das abgerundete Ende kann einer Ecke des Werkstücks zugewandt angeordnet sein. Der Schweißgegenhalter kann rohrförmig sein.
Gemäß der Erfindung bewegen sich, wenn der Wagen entlang der Schweißlinie des Werkstücks fährt, die Mitnehmerelemente und folgen dem Werkstück, da diese mit der Unterseite des Werkstücks durch die Vorspannkraft des elastischen Teils in Kontakt stehen, so daß ein vorbestimmter Spalt zwischen der Unterseite des Werkstücks und dem Schweißgegenhalter gehalten wird, um die entsprechende Dicke der Schweißnahtüberhöhung zu erreichen. Bei einer derartigen Anordnung kann das Durchgangsschweißen von langen und gekrümmten Erzeugnissen leicht durchgeführt werden. Während des Schweißvorgangs wird der Schweißgegenhalter durch die Selbstkühlwirkung eines Wärmeübertragungsmediums, wie Kühlwasser, gekühlt und daher kann der Schweißgegenhalter vor Beschädigungen geschützt werden, die durch die Schweißwärme verursacht werden.
Der Zylinder zum Bewegen des Schweißgegenhalters von dem Werkstück weg erleichtert das Verschieben des Schweißgegenhalters zwischen seiner Arbeitsstellung und seiner Außerbetriebsstellung. Die Verwendung einer Mehrzahl von Armen mit Führungsrollen, die quer zur Fahrtrichtung des Wagens vorstehen, ermöglicht es, den Wagen leicht zu führen, wenn das Werkstück in Form eines Gehäuses mit einem begrenzten Innenraum, wie ein Ausleger eines Kranes, geschweißt wird. Das bewegbare Gegenhaltersystem nach der Erfindung kann beim automatischen Schweißen verwendet werden, um das Durchgangsschweißen synchron zu der Bewegung einer Schweißvorrichtung durchzuführen.
Die Erfassungsmittel, die an dem Schweißgegenhalter zum Erfassen des Vorhandenseins eines Werkstücks vorgesehen sind, und die Erfassungsmittel, die an dem Wagen zum Erfassen der Fahrgeschwindigkeit des Wagens vorgesehen sind, erleichtern das Erfassen einer Schweißstellung.
Die Erfindung ist nicht nur zum Schweißen einer Stoßverbindung verwendbar, sondern auch zum Schweißen einer Eckverbindung aufgrund der Anordnung, bei welcher der Schweißgegenhalter an dem Wagen derart montiert ist, daß er in einem vorstimmten Winkel in Richtung quer zur Fahrtrichtung des Wagens abgeschrägt ist und daß er in der Schrägrichtung bewegbar ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Figuren 1 bis 13 sind Erläuterungen von Ausführungsformen eines bewegbaren Gegenhaltersystems gemäß der Erfindung;
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines bewegbaren Gegenhaltersystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 ist eine Seitenansicht des bewegbaren Gegenhaltersystems gemäß der ersten Ausführungsform;
Figur 3 ist eine Draufsicht des bewegbaren Gegenhaltersystems gemäß der ersten Ausführungsform;
Figur 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Schweißgegenhalters gemäß der ersten Ausführungsform;
Figur 5 ist ein Querschnitt des Schweißgegenhalters gemäß der ersten Ausführungsform;
Figur 6 ist ein erläuterndes Schema des bewegbaren Gegenhaltersystems gemäß der ersten Ausführungsform, wie es beim Durchgangsschweißen betrieben wird;
Figur 7 ist ein Querschnitt eines Werkstücks, welches geschweißt wurde;
Figur 8 ist ein Querschnitt eines Schweißgegenhalter gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
Figur 9 ist eine perspektivische Ansicht eines bewegbaren Gegenhaltersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Figur 10 ist eine Seitenansicht des bewegbaren Gegenhaltersystems gemäß der zweiten Ausführungsform;
Figur 11 ist eine Rückansicht des bewegbaren Gegenhaltersystems gemäß der zweiten Ausführungsform;
Figur 12(a) ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die die Details der Struktur des Schweißgegenhalters gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
Figur 12(b) ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A aus Figur 12(a);
Figur 13(a) ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Schweißgegenhalters gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform; und
Figur 13(b) ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B aus Figur 13(a).

Beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsformen eines bewegbaren Gegenhaltersystems gemäß der Erfindung beschrieben.
Zu allererst wird auf die Figuren 1 bis 7 zum Beschreiben einer ersten Ausführungsform des bewegbaren Gegenhaltersystems nach der Erfindung Bezug genommen.
Ein bewegbares Gegenhaltersystem 1 nach der ersten Ausführungsform ist für die Verwendung beim Durchgangsschweißen eines gehäuseförmigen Werkstücks 2 geeignet und weist einen Wagen 3 auf, der auf der inneren Bodenfläche des Werkstücks 2 in aus den Figuren 2 und 3 gesehen seitlicher Richtung frei bewegbar ist. Der Wagen 3 weist vier Räder 4 an seinem Unterteil auf. Die vorderen Räder 4 (die aus den Figuren 2 und 3 gesehen links angeordnet sind) werden über eine Schrägverzahnung 6 von einem Gleichstrom-Servomotor 5 gedreht, der mit Untersetzungsgetrieben ausgestattet ist. Die hinteren Räder 4 sind über eine Verzahnung mit einem Drehkodierer 7 gekuppelt, der die Drehzahl der Räder 4 erfaßt. Der Drehkodierer 7 wird zum Steuern der Fahrgeschwindigkeit des Wagens 3 und zum Erfassen einer Schweißstellung verwendet.
Träger 8 sind rechts und links des vorderen Endes und des hinteren Endes des Wagens 3 vorgesehen. Die Träger 8 am vorderen Ende stehen nach vorn vor, während die Träger 8 am hinteren Ende nach hinten vorstehen. Ein Arm 9 ist an jedem Träger 8 in Querrichtung des Wagens 3 vorstehend angeschraubt. Am Ende jedes Arms 9 ist eine Führungsrolle 10 angebracht, die in einer horizontalen Ebene drehbar ist. Diese Führungsrollen bewegen sich drehend entlang der Seitenwände des Werkstücks 2, wenn sich der Wagen 3 zurück und nach vorn bewegt, so daß die Stellung des Wagens 3 in seitlicher Richtung durch die Führungsrollen 10 begrenzt ist. Zwei Muttern 11 sind auf jeden Arm 9 derart geschraubt, daß der Träger 8 dazwischenliegt. Durch Einstellen der Stellungen der Muttern 11 in Bezug auf die Arme 9 kann das Maß, um welches die Arme 9 seitlich vorstehen, gesteuert werden.
Vier Gewindebolzen 12 sind vertikal in eine obere Platte 3a am vorderen Teil des Wagens 3 geschraubt. Diese Gewindebolzen 12 sind auch in eine Stützplatte 13 geschraubt, die in einem bestimmten Abstand von der oberen Fläche der oberen Platte 3a angeordnet ist. Zwei Paare Muttern 14 sind an jedem Gewindebolzen 12 derart angepaßt, daß die obere Platte 3a und die Stützplatte 13 durch diese Paare Muttern 14 von der oberen bzw. der unteren Seite her festgezogen sind. Durch Einstellen der Stellungen der Muttern 14 in Bezug auf die Gewindebolzen 12 kann der Abstand zwischen der oberen Platte 3a und der Stützplatte 13 des Wagens 3 gesteuert werden.
Eine Gegenhalterplatte 15 ist oberhalb und parallel zu der Stützplatte 13 angeordnet. An der oberen Fläche der Gegenhalterplatte 13 ist ein Schweißgegenhalter 16 in Form eines hohlen rechtwinkligen Parallelepipeds fest angebracht. Die Gegenhalterplatte 15 ist mit vorstehenden Teilen 15a versehen, welche am vorderen und hinteren Teil der Gegenhalterplatte 15 seitlich vorstehend angeordnet sind. Vier Stützen 17 sind an den jeweiligen vorstehenden Teilen 15a vertikal nach unten vorstehend festgelegt. Die Stützen 17 durchdringen jeweils ein Durchgangsloch 18, das in der Stützplatte 13 ausgebildet ist, und stehen unter der Stützplatte 13 vor. Das untere Ende jeder Stütze 17 ist mit einem Sicherungsring 17a versehen. Zwischen der Unterseite der Gegenhalterplatte 15 und der oberen Fläche der Stützplatte 13 sind vier Druckfedern 19 vorgesehen, die die jeweiligen Stützen 17 umgeben. Die Anordnung der Druckfedern 19 ermöglicht ein elastisches Abstützen des Schweißgegenhalters 16 an der Stützplatte 13.
An der Unterseite der Gegenhalterplatte 15 ist ein Luftzylinder 20 derart angebracht, daß er in der Mitte des Schweißgegenhalters 16 angeordnet ist. Der Luftzylinder 20 weist eine Zylinderstange 20a auf, die ein in der Stützplatte 13 ausgebildetes Durchgangsloch 21 durchdringt, und steht unter der Stützplatte 13 vor. Am unteren Ende der Zylinderstange 20a ist ein Eingriffsstück 22 fest angebracht, das mit der Stützplatte 13 in Eingriff bringbar ist. Durch Betätigen des Luftzylinders 20 wird unter Einziehen der Zylinderstange 20a das Eingriffsstück 22 mit der Unterseite der Stützplatte 13 in Eingriff gebracht. Dieser Eingriff ermöglicht ein Heranziehen des Schweißgegenhalters 16 gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 19 zur Seite der Stützplatte 13 hin .
An den Ecken der oberen Fläche der Gegenhalterplatte 15 sind zylindrische Mitnehmerelementhalter 23 angeschraubt. Jeder Mitnehmerelementhalter 23 hält in der Mitte seiner oberen Fläche ein Mitnehmerelement 24. Jedes Mitnehmerelement 24 weist eine Kugellaufrolle auf und ist derart angeordnet, daß es leicht nach oben über der oberen Fläche des Schweißgegenhalters 16 hinausragt. Andererseits stehen die Mitnehmerelemente 24 mit der Unterseite des Werkstücks 2 in Kontakt, so daß ein bestimmter Abstand zwischen dem Schweißgegenhalter 16 und dem Werkstück 2 gehalten werden kann. Die Stellungen der Mitnehmerelementhalter 23 in vertikaler Richtung (d.h. der Abstand zwischen dem Schweißgegenhalter 16 und dem Werkstück 2) können durch Einstellen der Montagestellung der Mitnehmerelementhalter 23 in Bezug auf die Gegenhalterplatte 15 gesteuert werden.
An der einen Seite des Schweißgegenhalters 16 ist ein Werkstückerfassungssensor 26 vorgesehen. Der Werkstückerfassungssensor 26 weist einen kapazitiven Schalter auf, der an einer rechteckigen Platte 25 angebracht ist, die an der Oberseite der Gegenhalterplatte 15 befestigt ist. Der Werkstückerfassungssensor 26 erfaßt das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein des Werkstücks 2, um den Betrieb des Luftzylinders 20 zu steuern. Am hinteren Ende der Gegenhalterplatte 15 ist ein Erfassungsstück 27 angebracht, das sich nach unten erstreckt, und an der Stützplatte 13 ist ein fotoelektrisches Erfassungselement 28 in Form einer Nut zum Erfassen des Erfassungsstücks 27 abgestützt. Das fotoelektrische Erfassungselement 28 erfaßt das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein des Erfassungsstücks 27, um zu beurteilen, ob der Schweißgegenhalter 16 in einer oberen Stellung oder einer unteren Stellung ist.
Wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, weist der Schweißgegenhalter 16 einen Kühlwasserbehälter 29 und ein Gegenhalterteil 30 auf, welches auf der oberen Fläche des Kühlwasserbehälters 29 wie ein Deckel aufgesetzt ist. Der Innenraum des Kühlwasserbehälters 29 ist eine Kühlwasserkammer 31. Die Kühlwasserkammer 31 weist an ihrem vorderen Teil einen Kühlwassereinlaß 32 und an ihrem hinteren Teil einen Kühlwasserauslaß 33 auf. Der Kühlwassereinlaß 32 und der Kühlwasserauslaß 33 sind mit der Kühlwasserkammer 31 verbunden und versetzt zueinander angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung fließt das Kühlwasser, welches durch den Kühlwassereinlaß 32 hindurch in die Kühlwasserkammer 31 eingelassen wurde, durch den Kühlwasserauslaß 33 hindurch aus dem Schweißgegenhalter 16 heraus. Das Fließen des umlaufenden Kühlwassers kühlt ständig den Gegenhalterteil 30. An der oberen Fläche des Kühlwasserbehälters 29 ist eine Ringnut 34 ausgebildet, welche eine Öffnung umgibt. An der Außenseite der Ringnut 34 sind sechs Gewindebohrungen 35 ausgebildet. Der Gegenhalterteil 30 ist aus einem hoch wärmeleitenden Material, wie Kupfer, und seine dem Werkstück 2 zugewandte Fläche ist mit Kohlenstoff beschichtet, um die Fläche vor einem Verschweißen mit dem Werkstück 2 zu schützen. An der Innenseite des Gegenhalterteils 30 ist in seiner Mitte eine Kühlwasserkammer 36 ausgebildet. Die Kühlwasserkammer 36 weist eine Form auf, die mit der Form der Öffnung des Kühlwasserbehälters 29 identisch ist. An der Außenseite der Kühlwasserkammer 36 sind sechs Schraublöcher 37 ausgebildet, welche an Stellen angeordnet sind, die den Gewindebohrungen 35 entsprechen. Der Schweißgegenhalter 16 mit der oben beschriebenen Konfiguration ist derart zusammengebaut, daß, nachdem ein Dichtungselement 38, wie ein O-Ring oder eine Dichtung, in die Ringnut 34 des Kühlwasserbehälters 29 eingepaßt wurde, der Gegenhalterteil 30 auf das Kühlwassergehäuse 29 gesetzt wird, wie durch den Pfeil aus Figur 4 dargestellt ist, um die Öffnung des Kühlwasserbehälters 29 abzudecken. Dann werden Senkkopfschrauben 39 in die Schraublöcher 37 des Gegenhalterteils 30 eingesetzt und in den Gewindebohrungen 35 des Kühlwasserbehälters 29 verschraubt. An dem hinteren Teil des Wagens 3 sind ein Solenoidventil40 zum Schalten des Betriebs des Luftzylinders 20 und andere Steuereinrichtungen montiert und mit einem staubdichten Deckel 41 abgedeckt (obwohl der staubdichte Deckel 41 in den Figuren 2 und 3 nicht gezeigt ist).
Mit Bezug auf die Figuren 6 und 7 wird die Funktionsweise des bewegbaren Gegenhaltersystems 1 mit dem oben genannten Aufbau beispielsweise für den Fall beschrieben, in dem das Durchgangsschweißen an dem gehäuseförmigen Werkstück 2 durchgeführt wird.
Als vorbereitende Stufe wird die vertikale Stellung der Stützplatte 13 relativ zu dem Wagen 3 durch Einstellen der Stellungen der Gewindebolzen 12 derart eingestellt, daß sie mit dem Abstand zwischen der inneren oberen Wand und der inneren Bodenwand des Werkstücks 2 übereinstimmt; die seitlichen Stellungen der Arme 9 werden derart eingestellt, daß sie mit dem Abstand zwischen den inneren Seitenwänden des Werkstücks 2 übereinstimmen und daß die Kerbfläche S des Werkstücks 2 genau über dem Schweißgegenhalter 16 angeordnet ist; und die Montagestellungen der Mitnehmerelementhalter 23 werden derart eingestellt, daß der Abstand zwischen der Unterseite des Werkstücks 2 und der oberen Fläche des Schweißgegenhalters 16 gleich der Dicke einer Wurzelüberhöhung RB der Durchgangsschweißnaht ist.
Nach der Vorbereitung wird, während der Luftzylinder 20 betätigt wird, um den Schweißgegenhalter 16 gegen die Vorspannkraft der Druckfedern 19 zu der Stützplatte 13 hin zu ziehen, der Wagen 3 durch Betätigen des Gleichstrom-Servomotors in den Innenraum des gehäuseförmigen Werkstücks 2 hineingefahren. Gleichzeitig wird die Stellung des Wagens 3 in Bezug auf eine aus Figur 6 gesehen seitliche Richtung von den Führungsrollen 10 begrenzt, welche am Ende der Arme 9 angeordnet sind und sich entlang der inneren Seitenwand des Werkstücks 2 bewegen. Daher bewegt sich der Wagen 3 entlang der Schweißlinie des Werkstücks 2. Die Fahrgeschwindigkeit des Wagens 3 wird von einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) als eine spezielle Geschwindigkeit gesteuert, die auf der Drehzahl der Räder 4 beruht, die von dem Drehkodierer 7 erfaßt wird.
Nachdem der Wagen 3 zum Fahren gestartet ist und das vorlaufende Ende des Werkstücks 2 von dem Werkstückerfassungssensor 26 erfaßt wurde, wird ein Erfassungssignal an die Steuereinrichtung ausgelöst, so daß der Luftzylinder 20 betätigt wird, um die Zylinderstange 20a nach vorn zu bewegen. Die Vorwärtsbewegung der Zylinderstange 20a ermöglicht ein Trennen des Eingriffsstückes 22 von der Stützplatte 13, so daß der Schweißgegenhalter 16 durch die Vorspannkraft der Druckfedern 19 angehoben wird, bis die Mitnehmerelemente 24 mit der Unterseite des Werkstücks 2 in Kontakt gelangen. Wenn der Schweißgegenhalter 16 dementsprechend die obere Stellung erreicht, wird das fotoelektrische Erfassungselement 28 leitend und erfaßt daher den Schweißgegenhalter 16 in einer normalen Stellung.
An dieser Stelle wird das Schweißen begonnen. Eine brennerartige Schweißvorrichtung 42 bewegt sich in derselben Richtung wie die Fahrtrichtung des Wagens 3, während ein Draht W abschmilzt, um die Kerbfläche S des Werkstücks 2 auszufüllen. Der Wagen 3 bewegt sich synchron mit der Bewegung der Schweißvorrichtung 42. Während der Bewegung des Wagens 3 drehen sich die Mitnehmerelemente 24, die mit der Unterseite des Werkstücks 2 in Kontakt stehen, und daher verläuft der Schweißvorgang weiter, wobei der Schweißgegenhalter 16 in einem speziellen Abstand von der Unterseite des Werkstücks 2 gehalten wird. Wenn der Werkstückerfassungssensor 26 das nachlaufende Ende des Werkstücks 2 erfaßt, wird der Zylinder 20 betätigt, um die Zylinderstange 20a zu heranzuziehen, und die Mitnehmerelemente 24 können von dem Werkstück 2 gelöst werden. Bei einem derartigen Schweißvorgang kann, da der Gegenhalterteil 30, welcher direkt mit der Wurzelüberhöhung RB der Durchgangsschweißnaht in Kontakt steht, von Kühlwasser gekühlt wird, der Gegenhalterteil 30 vor Beschädigungen, die durch die Schweißwärme verursacht werden, geschützt werden.
Figur 7 zeigt einen Abschnitt der Schweißzone, die beim Durchgangsschweißen erreicht wird.
Wie in der Zeichnung gezeigt, steht metallisches Füllmaterial M über der oberen Fläche des Werkstücks hinaus und bildet eine Schweißnahtüberhöhung FB, während an der Unterseite des Werkstücks 2 die Wurzelüberhöhung RB der Durchgangsschweißnaht ausgebildet ist. Die Wurzelüberhöhung RB der Durchgangsschweißnaht wird von dem metallischen Füllmaterial M gebildet, das aus der Wurzel entweicht. Nachdem das Schweißen durchgeführt wurde, werden diese Schweißnahtüberhöhung FB und Wurzelüberhöhung RB der Durchgangsschweißnaht mittels Schleifen entfernt, so daß sie mit der oberen Fläche bzw. der unteren Fläche des Werkstücks 2 in gleicher Ebene liegen, oder sie bleiben bestehen, ohne einer derartigen Nachbehandlung unterzogen zu werden.
Obwohl die oben genannte Beschreibung als Beispiel den Fall hernimmt, in dem das Durchgangsschweißen sequentiell mit dem Wagen 3 durchgeführt wird, der sich von dem vorlaufenden Ende des Werkstücks 2 zu dessen nachlaufendem Ende hin bewegt, ist es auch möglich, einen lokalen Teil des Werkstücks 2 unter Verwendung des bewegbaren Gegenhaltersystems 1 gemäß dieser Ausführungsform zu schweißen. In diesem Falle kann die Fahrtstrecke des Wagens 3 aus der Drehzahl der Räder 4 berechnet werden, die von dem Drehkodierer 7 erfaßt wird, und gemäß dieser Berechnung kann der Wagen 3 automatisch in eine gewünschte Schweißstellung fahren.
Bei dieser Ausführungsform ist das bewegbare Gegenhaltersystem mit dem Wagen des mobilen Typs versehen, jedoch ist der Wagen nicht unbedingt auf diesen Typ begrenzt. Der Wagen kann zum Beispiel unter Verwendung eines Ritzels und eines Zahnstangenmechanismus von einer selbständigen Betätigungseinrichtung geschleppt oder geschoben werden.
Obwohl das bewegbare Gegenhaltersystem nach der oben genannten Ausführungsform Arme aufweist, die mittels Muttern an dem Wagen befestigt sind, können die Arme über Luftzylinder an dem Wagen angebracht sein, und nachdem der Wagen in dem Innenraum eines beispielsweise gehäuseförmigen Werkstücks steht, können die Arme mittels der Luftzylinder ausgestreckt werden. Der Betrieb der Luftzylinder kann während der Fahrt des Wagens gesteuert werden, wodurch es möglich ist, die Stellung des Schweißgegenhalters in Übereinstimmung mit der Schweißlinie einzustellen, selbst wenn die Schweißlinie gekrümmt ist.
Der Aufbau der Kühlwasserkammer des Schweißgegenhalters nach dieser Ausführungsform könnte modifiziert werden. Ein Beispiel der Modifikation des Schweißgegenhalters nach dieser Ausführungsform ist in Figur 8 gezeigt. Gemäß dieser Modifikation sind ein Kühlwassereinlaß 32' und ein Kühlwasserauslaß 33' an der rechten und linken Seite des Bodens eines Kühlwasserbehälters 29' vorgesehen. In der Mitte des Bodens des Kühlwasserbehälters 29' ist eine Stauwand 43 angeordnet. Die Stauwand 43 verhindert die direkte Strömung von Kühlwasser von dem Kühlwassereinlaß 32' in den Kühlwasserauslaß 33', wodurch die Kühlwirkung an dem Gegenhalterteil 30' erhöht wird.
Mit Bezug auf die Figuren 9 bis 12 wird nachfolgend eine zweite Ausführungsform des bewegbaren Gegenhaltersystems nach der Erfindung beschrieben. Ein bewegbares Gegenhaltersystem 44 gemäß der zweiten Ausführungsform wird für den Fall des Schweißens einer Eckverbindung angewendet. Der Aufbau und die Funktion des Wagens und anderer Teile nach der zweiten Ausführungsform sind insgesamt mit denen nach der ersten Ausführungsform identisch. Daher werden nur die der zweiten Ausführungsform eigenen kennzeichnenden Merkmale in der folgenden Beschreibung beschrieben. Die Teile, die den Teilen nach der ersten Ausführungsform im wesentlichen gleich sind, sind in der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, die bei der ersten Ausführungsform verwendet sind, und ein ausführliche Beschreibung dieser Teile wird weggelassen.
Bei der zweiten Ausführungsform ist einer der rechten und der linken Arme 9, die in den jeweiligen Träger 8 des Wagens 3 geschraubt sind, jeweils kürzer als der andere, und der längere Arm 9 jedes Paares ist mit einem Rad 4' in der Nähe seines Endes zum Abstützen des Armes 9 versehen.
Über der oberen Platte 3a des Wagens 3 ist ein Grundkörper 47 angeordnet, der über eine vordere und eine hintere Stütze 45 mittels eines Luftzylinders 46 für eine Vertikalbewegung frei angehoben oder abgesenkt werden kann. In der Mitte des Grundkörpers 47 ist ein bewegbares Teil 49 angeordnet. Dieses bewegbare Teil 49 kann sich in seitlicher Richtung (d.h. in Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung des Wagens 3) entlang eines Führungsteils 48, das an dem Grundkörper 47 festgelegt ist, mittels eines Luftzylinders für eine Horizontalbewegung (nicht gezeigt) frei bewegen. Das bewegbare Teil 49 weist einerseits eine abgeschrägte Fläche 49a, die 45º zur horizontalen Ebene abgeschrägt ist, und andererseits am oberen Ende Führungsrollen 50, 51 auf. Diese Führungsrollen 50, 51 drehen sich, wobei sie mit der oberen Wand bzw. der Seitenwand des Werkstücks 2 in Kontakt stehen.
Die abgeschrägte Fläche 49a des bewegbaren Teils 49 weist eine an dieser fest angebrachte Stützplatte 52 auf, welche in Längsrichtung länger als das bewegbare Teil 49 ist. Eine Gegenhalterplatte 53 ist oberhalb und parallel zu der Stützplatte 52 angeordnet. An der Oberseite der Gegenhalterplatte 53 ist über zwei Stützböcke 54 ein Schweißgegenhalter 55 festgelegt und die Stellung des Schweißgegenhalters 55 ist mittels Stellschrauben 56 einstellbar. An der Gegenhalterplatte 53 sind vier Stützen 57 festgelegt, die zu der Stützplatte 52 hin vorstehen. Jede Stütze 57 steht unter der Stützplatte 52 vor, wobei sie durch ein in der Stützplatte 52 ausgebildetes Durchgangsloch 58 hindurchtritt, und weist an ihrem unteren Ende einen Sicherungsring 57a auf. Zwischen der Unterseite der Gegenhalterplatte 53 und der Oberseite der Stützplatte 52 sind vier Druckfedern 59 vorgesehen, die jeweils eine der Stützen 57 umgeben. Durch die Druckfedern 59 ist der Schweißgegenhalter 55 elastisch an der Stützplatte 52 abgestützt. Die Gegenhalterpiatte 53 ist mit Führungsrollen 60 und 61 an ihrem vorderen bzw. ihrem hinteren Ende ausgestattet. Die Führungsrollen 60, 61 drehen sich, wobei sie mit der oberen Wand bzw. der Seitenwand des Werkstücks 2 in Kontakt stehen und bewirken ein Aufrechterhalten eines vorbestimmten Abstandes zwischen dem Schweißgegenhalter 55 und dem Werkstück 2.
Der Schweißgegenhalter 55 nach dieser Ausführungsform weist einen im wesentlichen pentagonalen Querschnitt auf und ist an seinem oberen Abschnitt abgerundet, wie in den Figuren 12(a) und 12(b) gezeigt ist, so daß der Schweißgegenhalter 55 in der Ecke des Werkstücks 2 eng anliegt. Wie bei der ersten Ausführungsform weist der Innenraum des Schweißgegenhalters 55 eine Kühlwasserkammer 62 auf, die einen Kühlwassereinlaß 63 und einen Kühlwasserauslaß 64 miteinander verbindet.
Gemäß dem bewegbaren Gegenhaltersystem nach der zweiten Ausführungsform bewegt sich der Wagen 3 entlang der Schweißlinie, wobei der Schweißgegenhalter 55 in der Ecke des Werkstücks 2 sitzt, wodurch die Führungsrollen 10, die an dem Ende des Armes 9 vorgesehen sind, entlang der inneren Seitenwände des Werkstücks 2 geführt werden, und die Führungsrollen 50, 51, 60 und 61 werden entlang der oberen Wand und der Seitenwand des Werkstücks 2 geführt. Bei einer derartigen Anordnung kann die Eckverbindung des Werkstücks 2 in der Form beispielsweise eines Gehäuses kontinuierlich leicht geschweißt werden.
Der Schweißgegenhalter, der an der Oberseite der Gegenhalterplatte 53 montiert ist, könnte in anderen Formen entsprechend den Konfigurationen der Überhöhungen der Durchgangsschweißnaht hergestellt sein. Die Figuren 13(a) und 13(b) zeigen ein Beispiel einer Modifikation des Schweißgegenhalters nach der zweiten Ausführungsform. Ein Schweißgegenhalter 55' gemäß dieser Modifikation ist im Querschnitt zylinderförmig ausgebildet, um eine abgerundete, glatte Überhöhung der Durchgangsschweißnaht zu erreichen. Dieser Schweißgegenhalter 55' ist an umgekehrt T-förmigen Stützböcken 54' befestigt. Nach Figur 13 bezeichnen die Bezugszeichen 62', 63' und 64' eine Kühlwasserkammer, einen Kühlwassereinlaß bzw. einen Kühlwasserauslaß.
Das bewegbare Gegenhaltersystem nach der zweiten Ausführungsform kann modifiziert werden. Die Arme können beispielsweise derart an dem Wagen angebracht sein, daß sie wie bei der ersten Ausführungsform teleskopisch relativ zu dem Wagen 3 sind.

Industrielle Anwendbarkeit

Gemäß der Erfindung kann, wenngleich ein zu schweißendes Werkstück lang ist oder eine gekrümmte Schweißlinie aufweist, das Durchgangsschweißen entlang einer Schweißlinie innerhalb eines begrenzten Raumes, wie bei einem gehäuseförmigen Erzeugnis, unabhängig von der Länge, der Konfiguration und anderen Faktoren einer Schweißzone kontinuierlich leicht durchgeführt werden.
Der Gegenhalterteil wird durch Kühlmittel ständig gekühlt, und daher können Überhitzungsschäden an dem Gegenhalterteil minimiert werden. Ferner kann, wenn der Gegenhalterteil infolge von Abnutzung oder dergleichen beschädigt ist, der beschädigte Teil ersetzt werden, so daß die Materialkosten, die Herstellungskosten und die Anzahl der Vorgänge im Vergleich zu herkömmlichen Systemen erheblich verringert werden können.

Claims

1. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) zur Verwendung beim Durchgangsschweißen, wobei das System während des Schweißens an der Unterseite eines Werkstücks (2) plaziert ist, mit:

einem Wagen (3), der entlang einer Schweißlinie einer Schweißzone in dem Werkstück (2) bewegbar ist;

einem Schweißgegenhalter (16, 55, 55'), welcher an dem Wagen zu dem Werkstück (2) hin bewegbar abgestützt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Schweißgegenhalter (16, 55, 55') einen Gegenhalterteil (30, 30'), der an der dem Werkstück (2) zugewandten Seite angeordnet ist, und an der Innenseite des Schweißgegenhalters (16, 55, 55') angeordnete Kühlmittel (29, 29', 31, 36, 62, 62') zum Kühlen des Gegenhalterteils (39, 30') aufweist;

und das bewegbare Gegenhaltersystem (1, 44) ferner aufweist:

Mitnehmerelemente (24), die an dem Schweißgegenhalter (16, 55, 55') angebracht sind, welche Mitnehmerelemente ständig mit der Unterseite des Werkstücks (2) in Kontakt stehen und welche sich der Bewegung des Werkstücks (2) folgend drehen, um einen vorbestimmten Spalt zwischen der Unterseite des Werkstücks (2) und dem Schweißgegenhalter (16, 55, 55') zu halten, so daß die gewünschte Dicke der Schweißnahtüberhöhung erreichbar ist; und

ein elastisches Teil (19, 59) zum Vorspannen des Schweißgegenhalters (16, 55, 55'), um die Mitnehmerelemente (24) mit der Unterseite des Werkstücks (2) konstant in Kontakt zu bringen.

2. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei der Wagen (3) mit einem Zylinder (20, 46) zum Bewegen des Schweißgegenhalters (16, 55, 55') von dem Werkstück (2) weg gegen die Vorspannkraft des elastischen Teils (19, 59) versehen ist.

3. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei der Schweißgegenhalter (16, 55, 55') an dem Wagen (3) derart montiert ist, daß er in einem vorbestimmten Winkel in Richtung quer zur Fahrtrichtung des Wagens abgeschrägt ist und daß er in der Schrägrichtung bewegbar ist.

4. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 3, wobei der Wagen (3) einen Grundkörper (47) aufweist, der mittels eines vertikal betätigten Zylinders (46) auf- und abbewegbar ist, und der Schweißgegenhalter (16, 55, 55') an dem Grundkörper (47) derart montiert ist, daß er mittels eines horizontal betätigten Zylinders (20) horizontal bewegbar ist.

5. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei der Wagen (3) mit einer Mehrzahl von Armen (9) versehen ist, welche von beiden Seiten des Wagens (3) in Richtungen seitlich zur Fahrtrichtung des Wagens vorstehen und von denen jeder an seinem vorlaufenden Ende eine Führungsrolle (10) zum Führen der Fahrt des Wagens (3) aufweist.

6. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei die Arme (9), die an der einen Seite des Wagens (3) angeordnet sind, länger als die Arme (9) sind, die an der anderen Seite des Wagens (3) angeordnet sind, und die längeren Arme (9) in der Nähe ihrer vorlaufenden Enden jeweils ein Rad zum Abstützen des Armes (9) aufweisen.

7. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 5, wobei die Arme (9) teleskopisch sind, so daß sie mittels Zylindern ausstreckbar und zusammenziehbar sind.

8. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei der Wagen (3) mobilen Typs ist.

9. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei sich der Wagen (3) von einer Antriebseinrichtung, die aus einer Zahnstange und einem Ritzelmechanismus zusammengesetzt ist, gezogen oder geschoben bewegt.

10. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich der Wagen (3) synchron zu der Bewegung einer Schweißvorrichtung bewegt.

11. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittel Kühlwasser ist, das innerhalb des Schweißgegenhalters (16, 55, 55') zirkuliert.

12. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 11, wobei das Kühlwasser von einem Einlaß (32, 32', 63, 63') eingelassen wird, der am Boden des hohlen, rechtwinkligen parallelepipedförmigen Schweißgegenhalters (16, 55, 55') angeordnet ist, und von einem Auslaß (33, 33', 64, 64') ausgelassen wird, der am Boden des Gegenhalters angeordnet ist, und eine Stauwand (43) an einer Stelle des Bodens angeordnet ist, die zwischen dem Einlaß (32, 32', 63, 63') und dem Auslaß (33, 33', 64, 64') liegt.

13. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei der Schweißgegenhalter (16, 55, 55') Erfassungsmittel (26) zum Erfassen des Vorhandenseins des Werkstücks (2) aufweist.

14. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei der Wagen (3) Erfassungsmittel zum Erfassen der Fahrgeschwindigkeit des Wagens aufweist.

15. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei der Schweißgegenhalter im Querschnitt im wesentlichen pentagonal mit einem abgerundeten vorlaufenden Ende ist, und das abgerundete Ende einer Ecke des Werkstücks (2) zugewandt angeordnet ist.

16. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei der Schweißgegenhalter (16, 55, 55') rohrförmig ist.

17. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 1, wobei der Wagen (3) innerhalb des gehäuseförmigen Werkstücks (2) fährt, um das Durchgangsschweißen des Werkstücks (2) durchzuführen.

18. Bewegbares Gegenhaltersystem (1, 44) nach Anspruch 17, wobei die Schweißzone eine Stoßverbindung ist.