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Einrichtung zum Unter-Pulverschweißen an senkrechten Flächen Die Erfindung
bezieht sich auf Schweißvorrichtungen im allgemeinen und betrifft im besonderen
eine Einrichtung zum Unter-Pulverschweißen an senkrechten Flächen von Werkstücken,
bei welcher in bekannter Weise ein flacher Trum eines über Endrollen geführten endlosen
Bandes das Schweißpulver unterstützt.
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Die vorstehend umrissene Art von Schweißvorrichtungen wird in der
Hauptsache bei der Erstellung von großen Vorratstanks oder dergleichen in Feldbauweise,
beim Schweißen von Schiffsaußenhäuten und ähnlichen großen Blechkonstruktionen verwendet.
Bisher konnte die Lichtbogen-Unter-Pulverschweißung praktisch nur in der sogenannten
flachen Lage durchgeführt werden, wobei die Werkstückoberfläche selbst das erforderliche
Bett aus Schweißpulverteilchen unterstützte. Es sind auch schon Vorschläge gemacht
worden, dieses Bett mit einer senkrechten Werkstückoberfläche in Kontakt zu halten,
jedoch haben sich bemerkenswerte Schwierigkeiten eingestellt. Einige dieser Schwierigkeiten
konnten in der Vergangenheit überwunden werden, jedoch war die Lichtbogen-Unter-Pulverschweißung
an senkrechten Flächen immer noch ein schwieriges Verfahren, und die
entstandenen
Schweißnähte waren nicht von der gleichen Qualität wie solche, die in flacher Lage
gelegt wurden.
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Wie sich herausgestellt hat, geht die Schwierigkeit in der Hauptsache
auf einen Mangel an Stabilität des Schweißpulverbettes in bezug auf die senkrechte
Werkstückfläche in der Schweißzone zurück, und es ist zunächst erforderlich, das
Entweichen von Schweißpulverteilchen nach unten auf Grund der Schwelkraft sicherer
und einfacher zu unterbinden. Ferner ist-: es notwendig, auch die geringste Neigung
der Schweißpulverteilchen, waagerecht über die Schweißzone zu wandern, aufzuheben.
Das durch die Erfindung vorgeschlagene Schweißpulverband bzw. die Unterstützung
erfüllt diese Forderungen, während frühere Konstruktionen nicht dazu in der Lage
waren. Die Einrichtung nach der Erfindung vergrößert ferner die Lebensdauer und
verbessert die allgemeine Wirtschaftlichkeit.
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Die Einrichtung zum Unter-Pulverschweißen nach . der Erfindung ist
für Schweißarbeiten an senkrechten Flächen von Werkstücken vorgesehen und ümfaßt
ein an sich bekanntes endloses Band; welches über Endrollen geführt ist und mit
einem flach verlaufenden Trum das Schweißpulverbett unterstützt. Das wesentliche
Merkmal im Sinne der Erfindung wird darin gesehen, daß die Schweißpulverunterstützung
lediglich einen Teil . der Breite des Trums bildet, _welcher vorzugsweise durch
eine Gleitfläche 28 zwischen den Endrollen unterstützt ist; während der übrige Teil
des Trums abwärts gerichtet ist und in parallel reibender Anlage -praktisch bewegungslos
mit dem Werkstück in Berührung steht.
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Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin,
daß der abwärts gerichtete Teil des Trums durch einen gegen die senkrecht gerichtete
Fläche des Werkstückes gerichteten Druck belastet ist, wodurch sich dieser Teil
des Bandes in einer im wesentlichen senkrechten Ebene- erstreckt.
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Darüber hinaus besteht ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen
Einrichtung darin, daß der abwärts gerichtete Teil des Bandes aus einer inneren,
relativ steifen, zweckmäßig keilförmigen Auflage, einer die ganze Breite des Bandes
bildenden, hochbiegsamen, hitzebeständigen Zwischenschicht und einer äußeren, hoch
kompressiblen Auflage, welche der inneren Auflage gegenüberliegt, besteht.-Ferner
ist im Sinne der Erfindung - der abwärts gerichtete, mit der keilförmigen Auflage
versehene Teil des Bandes durch einen in einer Ebene angeordneten Rollensatz gegen
das Werkstück andruckbar. Dabei besteht der Rollensatz zweckmäßig aus einem Paar
von Endrollen und einer Mehrzahl von Zwischenrollen. ` Außerdem ist im Sinne der
Erfindung ein Führungsfinger in der Nähe der ablaufenden Endrolle oberhalb und parallel
zu der Gleitfläche des Bandes und rechtwinklig zu . seiner Laufrichtung vorgesehen.
Dieser Führungsfinger besteht vorzugsweise aus einer Rolle, deren Länge etwa; der
Breite der Gleitfläche entspricht.
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Ferner ist in der Ebene des Rollensatzes eine federnde Spannrolle
zum Spannen des leerlaufenden Trums vorgesehen. Fig. i ist eine Ansicht der neuartigen
Vorrichtung mit den zugehörigen Stützmitteln in der Arbeitsstellung an einem aufzubauenden
Tankbehälter; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i; Fig. 3 ist ein
Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab, wobei doppelt vorhandene
Teile der Einrichtung weggelassen sind; Fig. ¢ ist eine teilweise Schnittansicht
nach der Linie 4-4 der Fig. 3; . Fig. 5 ist eine der Fig. q. ähnliche Ansicht ohne
das Schweißband; Fig. 6 ist eine Unteransicht eines Teiles der Einrichtung, die
im wesentlichen der Fig. 5 entspricht, aber geringfügig abgewandelt ist; Fig. 7,
8 und 9 sind Querschnitte nach den entsprechenden .Linien nach der Fig. q. in vergrößertem
Maßstab;, Fig. io und ii sind Querschnitte nach den entsprechenden Linien der Fig.
g. in vergrößertem Maßstab; Fig. 12 ist eine Ansicht des Schweißpulververbandes
der Fig. q. unter Weglassung der zugehörigen Einrichtung und im gleichen Maßstab
wie die Fig. q.; Fig. 13 ist ein vergrößerter Schnitt durch einen Teil des Bandes
nach der Linie 13-i3 in der Fig. i2; Fig. 14 ist eine der Fig. 13 ähnliche Ansicht,
welche ein abgewandeltes Band darstellt; Fig. i5 und 16 entsprechen den Fig. i2
und 13 und zeigen eine weitere Abbildung des Schweißpulverbandes.
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Die neuartige Vorrichtung T hängt an einem Laufwagen C, der in der
Richtung A auf der Oberkante E eines im Bau befindlichen Tankbehälters S läuft.
Es wird angenommen, daß der erste Ring von Behälterplatten P-i auf einem Tankboden
B aufgebaut ist und daß Platten P-2 für einen zweiten Ring auf die Oberkante des
ersten Ringes aufgesetzt worden sind. Das Arbeitsgebiet zur Erzeugung einer Schweißnaht
W liegt nun zwischen der oberen Kantenfläche U des ersten Ringes und der unteren
Kantenfläche L des zweiten Ringes. Die Vorrichtung T dient dazu, einen elektrischen
Lichtbogen (Fig. m) längs dieses Arbeitsgebietes zu erzeugen, welcher in einem Schweißpulverbett
F eingetaucht ist. Die Einrichtung dient ferner dazu, dieses Schweißpulverbett in
einer werbesserten bewegungslosen Beziehung zu dem Schweißgebiet während des Schweißvorganges
zu halten.
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Dies wird im wesentlichen durch die Anwendung eines neuartigen biegsamen
Schweißpulverbandes in Verbindung mit geeigneten Mitteln zur Zuführung des Elektrodenmateriäls
und des Schweißstromes zu dem Arbeitsgebiet erreicht. In der in den Fig. i2 und
13 am besten dargestellten Ausführungsform umfaßt das Band 2o einen druckausübenden
Keilriemen 21, ein breites, flaches, biegsames, hitzebeständiges Band 22, welches
auf der Außenseite des Keilriemens festgelegt st und einen schmälen weichen Dichtungsstreifen
23, der an der Außenseite des flachen Bandes befestigt ist.
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Das breite flache Band 22 besteht vorzugsweise aus Asbestgewebe mit
Drahteinlage, dessen flache Fläche ;ines verbreiterten Kantenteiles an der Oberfläche
des Keilriemens mittels Nieten 24 od. dgl. befestigt ist. Die inneren Köpfe dieser
Niete liegen an dem
schmalsten Teil der Innenfläche 25 des Keilriemens.
Die äußeren Nietköpfe werden durch einen Dichtungsstreifen 23 abgedeckt, der beispielsweise
aus Schwammgummi besteht und auf das flache Band dem Keilriemen gegenüberliegend
aufvulkanisiert ist. Die Stärke der Bandelemente 22, 23 ist in der Zeichnung übertrieben
dargestellt, und es ist möglich und oft sogar wünschenswert, schwächere Materialien
zu verwenden. Wenn die Bänder bzw. Riemen und insbesondere die Enden des flachen
Bandes 22 miteinander verbunden werden, ist es besonders wichtig, daß die gleichmäßige
Biegsamkeit des Bandes aufrechterhalten wird. Das Band 22 muß in verschiedenen Richtungen
über die Fläche des Gewebes biegsam sein.
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Der Keilriemen 21 wird, wie am besten aus den Fig. q., 7 und 8 zu
ersehen ist, von einem Paar von Rollen 26, 27 gestützt und läuft auf diesem um.
Diese Rollen sind in einer Ebene auf Abstand zueinander drehbar angeordnet, so daß
zwei langgestreckte Bahnen R und Q des Schweißpulverbandes entstehen. Die eine dieser
Bahnen R ist mit dem Behälter S in Berührung, während die andere Bahn Q die Rücklaufbahn
ist. Der Teil des flachen, biegsamen Gewebebandes 22, der nicht unmittelbar an den
Keilriemen 21 festgelegt ist, neigt dazu, nach unten durchzuhängen, und zwar insbesondere
längs der gestreckten Bahnen R und Q. Eine steife Gleitbahn 28, die sich längs der
Arbeitsbahn R erstreckt und den oberen Teil des flachen Bandes 22 unterstützt, unterbindet
dieses Durchhängen über ein gewisses Maß hinaus, während der untere Teil des gesamten
Bandes gegen die Behälterwandung gedrückt wird. Die Gleitbahn 28 und die Lager 29
- vorzugsweise reibungslose Lager, wie dargestellt, - sind an einem festen Rahmen
30 angeordnet, so daß das Band 2o längs der Gleitbahn 28 mit einem Minimum an Kraftaufwand
bewegt werden kann. Für diese Zwecke ist kein besonderer Motor notwendig, und der
Motor M, der den Laufwagen C bewegt, bewirkt die Bewegung des Bandes 2o in bezug
auf den Rahmen 30, wenn sich die gesamte Einrichtung T längs des Behälters S bewegt.
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Der Mittelpunkt des Rahmens 30 ist um einen senkrechten Zapfen
31 schwenkbar, der auf einem Chassis 32 befestigt ist.
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Wie in den Fig. 2 und 3 erkennbar, kann ein Paar der Chassis 32 vorgesehen
sein, von denen eines innerhalb des Tankbehälters S und eines außerhalb liegt. Beide
gleichen im allgemeinen einander, so daß die Beschreibung eines dieser beiden Chassis
genügt.
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Der Laufwagen C umfaßt ein Paar von senkrechten Streben 33, die das
eine Chassis 32 tragen. Diese Streben sind gegeneinander längs der Kante E versetzt,
fest mit dem Laufwagen verbunden und erstrecken sich von diesem abwärts. Ihre unteren
Enden sind verstellbar und untereinander durch einen horizontalen Träger durch Lager
34 verbunden, welche die Unterstützung für ein Paar von Haken 35 bilden, durch die
das Chassis 32 schwingend aufgehängt ist. Der Träger 34 erstreckt sich tangential
zu dem Behälter S, auf dem der Laufwagen läuft. Dadurch kann der Rahmen 32 in Ebenen
schwingen, die normal zu dem Arbeitsgebiet oder der Behälteroberfläche liegen, unabhängig
davon, ob diese Oberfläche gleichmäßig oder ungleichmäßig gewölbt ist. Die Unterstützungsvorrichtung
T für das Schweißpulverbett kann auf diese Weise gleichmäßig mit der Schweißzone
in Kontakt genalten werden, und es ist lediglich notwendig, den Schwerpunkt des
schwingenden Gebildes auf Abstand zu dem Behälter außerhalb der senkrechten Ebene
des Trägers 34 zu halten. Der Andruck wird im wesentlichen an beiden Enden der Arbeitsbahn
R auf Grund der mittleren Aufhängung gleich groß gehalten, und der Rahmen
30 wirkt als Verteiler für den Andruck.
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Infolgedessen wird, wenn der Laufwagen C längs der Oberkante E läuft,
die äußere untere Fläche der Arbeitsbahn R des flexiblen Schweißpulverbandes 22
gegen die Behälterwandung gedrückt und in Beziehung auf diese bewegungslos gehalten.
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Es muß darauf hingewiesen werden, daß die Rollen 26, 27 leerlaufen
und direkt von dem Keilriemen 22 bewegt werden, welcher seinerseits durch den flachen
Teil des Riemens 22, 23 bewegt wird, ;welcher mit dem Behälter in Berührung steht.
Bei bekannten Konstruktionen wurden auch schon flache, Aegsame Schweißpulverbänder
benutzt, die aber von den Stützrollen bewegt wurden, und nicht umgekehrt. Infolgedessen
waren solche bekannten Bänder nur innähernd bewegungslos in bezug auf die Behälter->berfläche
und gestatteten in gewissen Grenzen eine '-ängsbewegung des Schweißpulvers. Versuche,
einen ;ugdruck durch das Band zu erhalten, würden eine :omplizierte Einrichtung
notwendig machen und das Sand bemerkenswert beanspruchen.
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Selbst eine geringfügige Längsbewegung zwischen lern Schweißpulverbett
und dem Behälter war sehr yachteilig, insbesondere, weil sie auf Grund der inkontrollierbaren
Reibungswiderstände und der Zeibungszugkräfte, die eine solche Längsbewegung ,erursachen,
ungleichmäßig und ruckartig war. Inglgedessen waren Beeinträchtigungen der gelegten
chweißnaht unvermeidbar. Solche nachteiligen Einüsse werden durch die neuartige
Einrichtung verueden.
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Der Druck auf den unteren senkrechten Teil des achen Bandes ebenso
wie die flache Lage des oberen 'eiles des Bandes zur Unterstützung des Schweißulvers
können auch auf andere Art und Weise erreicht ,erden. Beispielsweise ist es in Übereinstimmung
mit ig. 1q. möglich, den Keilriemen und die flachen Landteile des Schweißpulverbandes
als einstückigen :örper 2o-A zu formen, zu rollen oder zu ziehen, so aß ein verhältnismäßig
dünner oberer Teil 22-A und n unterer verhältnismäßig dicker Teil 2r-A entsteht,
er nach innen vorspringt.
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Es ist ferner möglich, den erwünschten flachen berteil eines Bandes
2o oder 2o-A unabhängig von er Lage seines unteren Teiles dadurch zu erreichen,
33 ein Band 2o-B in Kegelstumpfform ausgebildet ird, wobei der Rand 2r-B,
wie in den Fig. 15 und 16 irgestellt, an der breiten Basis liegt. In all diesen
ällen besitzt das Schweißpulverband einen breiten berflächenteil und nicht nur eine
Seitenkante, die it dem Gehäuse in Berührung steht und wirksam :gen dieses gedrückt
wird. Hierdurch wird das uftreten von Unterbrechungen vermieden und die
ungestörte
Unterstützung des Schweißpulvers und des Schmelzbandes sichergestellt, selbst wenn
das Band Wellungen, zerstörte Kanten oder andere Unregelmäßigkeiten auf Grund der
Abnutzung aufweist. In diesem Falle ist selbst die Anwesenheit von großen Teilchen
oder Verunreinigungen in dem Schweißpulver harmlos, und der geeignete Andruck unterbindet
den Verlust von feinpulverisiertem" Schweißpulver. Die Abdichtungswirkung wird insbesondere
durch das Merkmal unterstützt, daß die Bandelemente 21, 22 und 23 eine nach außen
abnehmende Härte oder Festigkeit haben, abgesehen davon, daß der flache Riemen oder
die Pfanne 22 eine besonders wirksame Form hat.
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Der Andruck wird vorzugsweise auf die ganze Arbeitsbahn R des Sehweißpulverbandes
zwischen den Endrollen 26, 27 mittels einer Reihe von Rollen 36 erreicht, die in
den Ebenen der Endrollen liegen und umlaufen, aber kleinere Durchmesser aufweisen,
Dies ist besonders deutlich in den Fig. 4, 5 und ro erkennbar. Jede Hilfsrolle ist
auf einem senkrechten Zapfen 37 gelagert und läuft in einen Schuh 38 um, der an
dem Ende eines etwa waagerechten Bolzens flg verschiebbar in dem Rahmen 30 liegt.
Eine Druckfeder 40 umgibt das freie Ende eines jeden Verschiebebolzens
39 und drückt gegen den Schuh 38 und den Rahmen 30 und schwingt damit
die Rolle 36 gegen den Behälter S. Die Felgenform einer jeden Rolle 36 entspricht
der Innenfläche 25 des Keilriemens 21. Damit werden die aufeinanderfolgenden Teile
der Arbeitsbahn R des Schweißpulverbandes 2o zwischen und bis zu den Rollen 26,
27 in enger Berührung mit dem Behälter gehalten, unabhängig davon, ob der Behälter
konvex oder konkav oder ungleichförmig gewölbt ist.
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Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Hilfsröllen, bei der ein horizontales
Druckverteilungsglied 41 den Druck jeder Feder 40 auf zwei Rollen 36 verteilt. Die
Feder drückt gegen die Mitte des Gliedes. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen
der äußersten Hilfsrolle 36 zu der Berührungsfläche des Behälters mit der benachbarten
Rolle 26 oder 27 verringert werden,, so daß der Andruck gleichförmiger über die
Länge der Bahn R verteilt wird. Es kann ferner zweckmäßig sein, die Enden der Verteilerstange
41 zu verbinden, um die Gleichmäßigkeit des Andruckes selbst dann aufrechtzuerhalten,
wenn eine der Federn 4o bricht oder eine ähnliche Störung auftritt.
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Außerdem ist es günstig, den oberen oder freien Teil des flachen Bandes
22 aus seiner mehr oder weniger senkrechten Stellung (gegeben durch den Umlauf um
die Rollen an den Enden der Bahn) in die erwünschte flache Lage mittels eines Führungsfingers
oder einer Führungsrolle 42 umzulenken, welche in der- Nähe eines Endes der Gleitbahn
28 liegt, (Fig. q., 8 und g). Dieser Finger verläuft parallel mit der Oberfläche
der Gleitbahn 28 und rechtwinklig zu der Richtung der Arbeitsbahn R. Die Führungsrolle
kann in Lagern 43 auf einer Welle 44 aufgenommen sein, die ihrerseits mit einem
senkrechten Stützzapfen 45 verbunden ist. Eine solche Rolle ist an dem voranlaufenden
Ende des Rahmens (in Richtung A) üblicherweise ausreichend. Selbst stärke und rauhe
Bänder 2o können auf diese Weise in die flache Lage übergeführt werden, unmittelbar
nachdem sie die Rolle 26 an dem vorauflaufendenEndeüberlaufenhaben. Infolgedessenkönnen
die Auslaßöffnung D des Schweißpulverzuführungsrohres H und die Führungsdüse
N für den Elektrodendraht unmittelbar darauffolgend und der voranlaufenden
Rolle 26 und dem Führungsfinger 22 benachbart angeordnet werden (s. Fig. 4). Der
Hauptteil der Arbeitsbahn R ist auf diese Weise für den Zweck, das Schweißpulverbett
F mit der erstarrenden Schmelze in Berührung zu halten, frei. Die Gesamtabmessungen
und der Aufwand für die Einrichtung T können daher auch verringert werden.
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Eine zweite Gleitbahn 46 ist, wie dargestellt, symmetrisch zu und
im allgemeinen ähnlich der Gleitbahn 28 zur Unterstützung der Arbeitsbahn vorgesehen,
die sich aber längs der Rückkehrbahn Q erstreckt, um ein unregelmäßiges Durchhängen
dieser Bahn zu vermeiden. Jedes unregelmäßige Durchhängen würde eine wellenlinienförmige
Bewegung in dem Band erzeugen und dadurch die erwünschte bewegungslose Lage des
Schweißpulverbettes stören. Den Unregelmäßigkeiten wird ferner durch eine Spannrolle
47 entgegengewirkt, die auf der Rückkehrbahn Q eingeschaltet ist. Diese Rolle kann
auf einem Hebel 48 angeordnet sein, der an dem Rahmen 3o drehbar und in einer waagerechten
Ebene schwenkbar gelagert und durch eine Feder 49 nach außen gedrückt wird. Die
Anbringung und die Abnahme des Schweißpulverbandes wird dadurch erleichtert, während
beim Betrieb das Band 2o und in der Hauptsache seine Arbeitsbahn R straff und in
der richtigen Form gehalten werden.
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Die Arbeitsweise umfaßt die Zufuhr des Schweißpulvers des Elektrodenmaterials
und des Schweiß-Stromes zu den in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Teilen der
oberen und unteren Plattenkante U und L,
um diese Kante mittels des
Lichtbogens X durch eine Schweißnaht W zu vereinigen. Zu diesem Zweck unterstützt
das schwingende Chassis neben anderen Teilen eine Vorratsrolle 50 (Fig. 3), von
der das Elektrodenmaterial abgespult und durch eine Düse N mittels eines Motor-Untersetzungstriebes
51 zugeführt wird. Die Geschwindigkeit wird dabei zweckmäßig in bekannter Weise
durch nicht näher dargestellte Instrumente gesteuert, die in ein Gehäuse 52 eingebaut
sind. Diese Instrumente steuern ferner die Schweißstromstärke und andere Daten des
Schweißstromes, der der Elektrode und dem Werkstück durch geeignete nicht dargestellte
Leitmittel zugeführt wird.
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Der Schweißbogen X (Fig. il) ist in das Schweißpulverbett F eingetaucht,
welches durch die Schweißpulverauslaßöffnung D (Fig. ro) in der Nähe der Niederhalterrolle
42 (Fig. g) auf das Schweißpulverband 2o aufgeschüttet wird. Um das vors dem Lichtbogen
erzeugte flüssige Schmelzbad nicht zu stören, muß in bekannter Weise das aufgeschüttete
Schweißpulverbett gegen das Herabfallen von Schweißpulverteüchen durch die Druckverteilung
an den Kantenteilen des Schweißpulverbandes und des Gehäuses geschützt werden. Dies
wird in besonders wirksamer und einfacher Weise mittels der Rollen 26, 27 und 36
und den zugehörigen Teilen erreicht. Unterstützt wird diese Wirkung durch die schwingende
Aufhänguung des an sich bekannten Stützrahmens.
Ferner muß, um die
flüssige Schmelze nicht zu stören, das aufgeschüttete Schweißpulverbett gegen seitliche
Bewegung längs des Behälters über die ganze Schweißzone hinweg geschützt werden.
Dies ist durch die einstückige Ausbildung der oberen und unteren Teile des flachen
biegsamen Bandes 22 erreichbar, wobei der untere Teil als der äußere Teil eines
nach außen druckbelasteten Keilriemens Verwendung findet und gegenüber dem Behälter
in der Arbeitsbahn R bewegungslos gehalten wird und der obere Teil in einer solchen
Lage gehalten wird, daß er den Unterstützungsboden für das aufgeschüttete Schweißpulverbett
bildet. An dem rückwärtigen Ende der Schweißzone in der Nähe der Endrolle 27 wird
das Schweißpulver fortlaufend durch Abzug der Bodenunterstützung von dem Behälter
abgeworfen. Das überschüssige Schweißpulver, welches nicht in haftende Schlacke
umgewandelt wurde, kann sodann zur Wiederverwendung über das Rohr H und die
Düse D an dem vorauflaufenden Ende der Einheit durch geeignete nicht dargestellte
an sich bekannte Mittel aufgefangen werden.