Maschine zum Abbrennstumpfschweissen Die Schweissstromzuführung bei Abbrennschweiss- maschinen erfordert Kontaktbacken (Elektroden) mit guter elektrischer Leitfähigkeit und kleinem Kontaktwiderstand, vorzugsweise Backen aus einer Kupferlegierung. Solche Backen sind zum Festspan nen von schweren Werkstücken nicht geeignet, weil sie keinen für die grossen Stauchkräfte ausreichenden Reibungskoeffizienten haben und bei den erforder lichen grossen Spannkräften einem übermässigen Verschleiss unterworfen wären.
Das Festspannen von schweren Werkstücken er fordert Backen aus verschleissfestem Material mit grossem Reibungskoeffizienten, insbesondere Stahl backen. Solche Backen sind wegen ihrer schlech ten elektrischen Leitfähigkeit und ihres Kontakt widerstandes zur Schweissstromzuführung ungeeig net.
Abbrennschweissmaschinen für schwere Werk stücke wurden deshalb mit getrennten Spannbak- kenpaaren und Kontaktbackenpaaren ausgerüstet, wobei die die grossen Spannkräfte ausübenden Spannbacken aus Stahl bestehen, während die Kon taktbacken (Elektroden) aus einer Kupferlegierung bestehen und nur einen kleinen, für einen niedri gen Kontaktwiderstand erforderlichen Druck aus üben.
Die Spannkraft der im allgemeinen vertikalen Spannbackenpaare ist in der Regel veränderbar, zwecks Anpassung an verschieden schwere Werk stücke. Denn kleinere Werkstücke würden bei An wendung einer für grosse Werkstücke angemessenen Spannkraft deformiert, und bei kleineren Spann flächen würden die Werkstücke und die Spannbak- ken beschädigt. Der Bereich, innerhalb dessen die Spannkraft dieser Spannbackenpaare verändert wer den kann, ist aus konstruktiven Gründen begrenzt. In der Praxis beträgt beispielsweise bei einem maxi- mal eine Spannkraft von 400 Tonnen entwickeln den Spannbackenpaar die minimale Spannkraft etwa 60 Tonnen.
Werkstücke, die durch die kleinste Spannkraft dieses Bereiches übermässig beansprucht würden, können auf solchen Maschinen nicht geschweisst werden.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles sind bei der Maschine nach der Erfindung Mittel vorhanden, um wahlweise entweder wenigstens eines der Elek trodenpaare und dessen Antriebsmittel zur Schweiss stromzuführung zum Werkstück und das zugeord nete Spannbackenpaar zum Festhalten des Werk stückes arbeiten zu lassen, oder das Elektroden paar zum Festspannen des Werkstückes und gleich zeitig zur Schweissstromzuführung zu diesem bei in Ruhelage ausser Betrieb gesetzten, zugeordneten Spannbackenpaar einzusetzen. Ausserdem sind bei derseits der Schweissstelle je zwei horizontale Spann backenpaare angeordnet, die zum Ausrichten der Werkstücke steuerbar sind und eine kleinere Spann kraft haben als die vertikalen Spannbackenpaare.
Mit der erfindungsgemässen Maschine können Werkstücke, deren Abmessungen und Gewicht in nerhalb der dem Spannkraftbereich der vertikalen Spannbackenpaare zugeordneten Grenzen liegen, in bisher üblicher Weise miteinander verschweisst wer den, wobei die Werkstücke mit den Spannbacken festgespannt werden, und die Elektroden nur zur Schweissstromzuführung dienen.
Ausserdem ermög licht die erfindungsgemässe Maschine aber auch ein Verschweissen von Werkstücken, deren Abmes sungen und Gewicht unterhalb der Grössen liegen, welche der minimalen Spannkraft der vertikalen Spannbackenpaare zugeordnet sind, wobei die ver tikalen Spannbacken in Ruhelage (also zurückgezo gen) gehalten und die Werkstücke mit den in die- sein Falle sowohl zur Schweissstromzuführung als auch als Spannvorrichtung dienenden Elektroden paare festgehalten werden.
In beiden Fällen ermög lichen die horizontalen Spannbackenpaare ein Aus richten der Werkstücke, im letzteren Falle tragen sie ausserdem zum Festhalten der Werkstücke bei, wobei sie nur Spannkräfte ausüben, die beispiels weise den Druckkräften der Elektroden annähernd gleich sind.
Die Maschine kann mit ortsfesten oder einstell baren Anschlägen zusammen arbeitende, hydraulisch oder mechanisch angetriebene Spannbacken und Elektroden haben. Sie kann vorteilhaft auch mit hydraulischen Spannbackenpaaren und Elektroden paaren ausgeführt sein, welche mittels. eines spe ziellen hydraulischen Steuerventils (vergl. Schwei zer Patent Nr. 349012) ein Ausrichten der Werk stücke ermöglichen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht einer Ma schine zum Abbrennstumpfschweissen von Schienen, Fig. 2 einen teilweisen Grundriss zu Fig. 1, Fig. 3 einen Teil eines Leitungsschemas der hydraulischen Antriebsanlage der Maschine nach Fig. 1 und 2, Fig. 4 und 5 je einen Längsschnitt durch ein Magnetventil der Anlage nach Fig. 3 in zwei ver schiedenen Stellungen, Fig. 6 und 7 je einen Längsschnitt durch ein anderes Steuerventil der Anlage nach Fig. 3 in zwei verschiedenen Stellungen.
Die dargestellte Maschine hat ein Maschinen gestell mit einem Unterteil 1 und einem Oberteil 2. Der Oberteil 2 ist isoliert auf dem Unterteil 1 befestigt und umfasst ein kräftiges., beispielsweise für Spannkräfte von 60 bis 400 Tonnen bemessenes, vertikales Spannbackenpaar 3a, 3b (Fig. 3) mit hydraulischen Zylindern <I>4a, 4b</I> (von denen in Fig. 1 nur die obere Backe 3a und der zugehörige hydraulische Antriebszylinder 4a dargestellt sind), zwei schwächere horizontale Spannbackenpaare 5a, 5b und 7a, 7b (Fig. 3) mit hydraulischen Antriebs zylindern 6a, 6b und 8a, 8b (von denen in Fig.
1 und 2 nur die Zylinder dargestellt sind) und ein Elektrodenpaar mit Kupferbacken 9a, 9b und hy draulischen Antriebszylindern 10a, 10a', 10b (von denen in Fig. 1 und 2 nur der obere Zylinder 10a, 10a' dargestellt ist). Das Elektrodenpaar 9a, 9b ist zwischen dem vertikalen Spannbackenpaar 3a, 3b und der durch ein X bezeichneten Schweissstelle angeordnet. Beide Elektroden 9a, 9b sind an einen der Sekundärpole des Schweisstransformators 11 an geschlossen.
Auf dem Unterteil 1 ist relativ zur Vertikalebene durch die Schweissstelle X symmetrisch zum Ober teil 2 ein Schlitten 12 in der Längsrichtung der Maschine verschiebbar gelagert. Zum Antrieb des Schlittens 12 dient eine hydraulische Antriebsvor richtung mit zwei Zylindern 13.
An dem Schlitten 12 sind dem vertikalen Spannbackenpaar 3a, 3b mit Antriebszylindern 4a, 4b, den horizontalen Spannbackenpaaren mit Antriebszylindern 6a, 6b und 8a, 8b und dem Elektrodenpaar 9a, 9b mit An triebszylindern 10a, 10a', 10b symmetrisch ent sprechend ein vertikales Spannbackenpaar 14a, 14b mit Antriebszylindern 15a, 15b (von denen in Fig. 1 nur die obere Backe 14a und Zylinder 15a dargestellt sind), zwei horizontale Spannbacken paare mit Antriebszylindern 16a, 16b und 17a, 17b und ein vertikales Elektrodenpaar 18a, 18b mit Antriebszylindern (von denen nur der obere Zylin der 19a dargestellt ist), angebracht. Die Elektroden 18a, 18b sind mit dem anderen der Sekundärpole des Schweisstransformators 11 verbunden.
Alle genannten Antriebszylinder (ausgenommen 10a') enthalten je einen (nur in Fig. 3 dargestellten) doppeltwirkenden Kolben. Im folgenden sind der der zugeordneten Backe zugewandte Zylinderraum als Rückzugsraum und der dieser Backe abgewandte Zylinderraum als Arbeitsraum bezeichnet.
Die hydraulische Anlage zum Antrieb der Spann backenpaare und Elektrodenpaare ist in Fig. 3 teil weise dargestellt. Dabei ist der Teil der Anlage, welcher zum Antrieb der am Schlitten 12 angebrach ten Spannbackenpaare und des ebenfalls am Schlit ten 12 angebrachten Elektrodenpaares 18a, 18b dient, nicht dargestellt. Dieser nicht dargestellte Teil der hydraulischen Anlage ist entsprechend dem dar gestellten Teil für den Antrieb der Spannbacken paare 3a,<I>3b, 5a, 5b, 7a, 7b</I> und des Elektroden paares 9a, 9b ausgeführt.
Ausserdem ist der zum Antrieb des Schlittens 12 dienende Teil dieser Anlage weggelassen. Die teil weise dargestellte Anlage hat einen Öltank 20, in den die Saugleitung 21 einer Pumpe 22 hineinragt, welche öl unter Druck durch ein Rückschlagven til 23 in eine Speiseleitung (Druckleitung) 24 drückt. In den Öltank 20 mündet eine Ölrückleitung 25.
Die Zylinderräume beiderseits der doppeltwir- kenden Kolben der Zylinder<I>4a</I> bzw.<I>4b</I> bzw. 6a, <I>6b, 8a,</I> 8b der Spannbackenpaare 3a,<I>3b, 5a, 5b,</I> <I>7a, 7b</I> und der Zylinder 10a, lOa' bzw. 10b des Elektrodenpaares <I>9a, 9b</I> sind wie in Fig. 3 gezeigt je über ein Magnetventil 27 bzw. 28 bzw. 26 bzw. 30 bzw. 29 mit den Leitungen 24 und 25 verbun den. Der Aufbau der in Fig. 3 symbolisch darge stellten Magnetventile 26, 27, 28, 29, 30 ist aus, der schematischen Darstellung Fig. 4 und 5 zu er sehen.
Wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich, ermöglichen es die Ventile, wahlweise den einen Zylinderraum (Arbeitsraum) mit der Speiseleitung 24 und den anderen Zylinderraum (Rückzugsraum) mit der Rückleitung 25 (Fig. 5) oder umgekehrt den einen Zylinderraum (Arbeitsraum) mit der Rückleitung 25 und den anderen (Rückzugsraum) mit der Speise leitung 24 zu verbinden (Fig. 4). Die Magnetwick lung der Ventile 26, 27, 28, 29, 30 ist an ein im einzelnen nicht dargestelltes Steuergerät 35 (Fig. 1 und 2) angeschlossen.
Jeder der Kolben der Zylinder 4a, 6a und 8a hat eine grössere Arbeitsfläche als der Kolben des zugeordneten Zylinders 4b bzw. 6b bzw. 8b. Zwi schen den zur Ausführung des Arbeitshubes des Spannbackens zu beaufschlagenden Raum (Arbeits raum) der Zylinder 4a, 6a,<I>8a,</I> 10a und das zuge ordnete Ventil 26, 27 bzw. 30 ist noch je ein Ven til 33, 31, 32 bzw. 34 besonderer Art geschaltet, welches mechanisch vom Kolben des betreffenden Zylinders betätigt wird und einen zusätzlichen An schluss an die Rückleitung 25 hat. Der Aufbau und die Wirkungsweise von Ventilen dieser Art sind in der genannten Schweizer Patentschrift Nr. 349012 ausführlich beschrieben. Fig. 6 und 7 zeigen einen axialen Schnitt durch ein solches Ventil in zwei verschiedenen Stellungen des Ventilkörpers.
Der Kolben des horizontalen Spannbackens. 7a ist mit einer Stossstange 36 verbunden, welche das Gehäuse des Ventils 31 entsprechend der Kolben bewegung verschiebt und in einer von der Stellung die ses Kolbens und der Einstellung einer Stellschraube 37 abhängigen Lage gegen einen Ansatz 38 des Ventil körpers des Ventils 32 drückt. Der Ansatz 38 des Ventilkörpers des Ventils 31 gleitet auf einer schie fen Ebene 39, welche mittels einer Stellschraube 40 relativ zum Spannbacken 5a verschiebbar ist. Durch diese Anordnung wird in noch zu erläuternder Weise sowohl eine Parallelverschiebung des einge spannten Werkstückes als auch ein Schwenken des selben in horizontaler Ebene ermöglicht.
Der Elektrode 9a sind zwei axial übereinander liegende Zylinder 10a, 10a' zugeordnet. In jedem dieser Zylinder ist ein Kolben verschiebbar ange ordnet, wobei der eine Kolben 41 ein doppeltwir kender, der andere Kolben 42 jedoch ein nur beim Arbeitshub der Elektrode 9a wirkungsfähiger Kol ben ist. Das von der Stellung der Elektrode 9a abhängige Ventil 34 verbindet den dem Kolben 41 zugeordneten Arbeitsraum über das Ventil 30 mit der Druckleitung 24. Ein vom Steuergerät 35 betä tigtes Magnetventil 43 verbindet den Arbeitsraum des Zylinders 10a' wahlweise mit dem Arbeitsraum des Zylinders 10a oder mit der Ölrückleitung 25.
Die Flächen der Kolben der Zylinder 10a, 10a', 10b der Elektroden 9a und 9b sind wesentlich klei ner als die Flächen der Kolben der Zylinder 4a und 4b.
Die miteinander zu verschweissenden Schienen sind in Fig. 1 und 2 mit 44 und 45 bzeichnet.
Die Arbeitsweise des in Fig. 3 dargestellten Teiles der beschriebenen Maschine ist folgende: Beim Schweissen grosser, schwerer Werkstücke ist das Ventil 43 in der Stellung, in welcher der Arbeitsraum des Zylinders 10a' mit der Ölrücklei- tung 25 verbunden ist. Die Stellschraube 47 ist so weit zurückgedreht, dass sie auch in Arbeitslage der Elektrode 9a den Ansatz 38 des Ventilkörpers des Ventils 34 nicht berührt.
Sämtliche Spannbacken- paare 3a,<I>3b, 5a, 5b, 7a, 7b</I> und die Elektroden paare 9a, 9b werden in Betrieb gesetzt, indem aus gehend von der Ruhelage dieser Spannbackenpaare und dieses Elektrodenpaares die Schiene 44 einge führt und dann die Ventile 26, 27, 28, 29 bzw. 30 in die Stellung (Fig. 5) gebracht werden, in wel cher das<B>öl</B> aus der Speiseleitung 24 in die Arbeits räume der Zylinder 6a, 6b,<I>8a, 8b, 4a, 4b, 10b</I> bzw. 10a strömt, wodurch die Spannbacken und die Elektroden aus ihrer Ruhelage in die Arbeitslage verschoben werden. Dabei fliesst das Öl aus den Rückzugsräumen der Zylinder durch die Rücklei tung 25 in den Öltank 20 zurück.
Da der Kolben im Zylinder 4a eine grössere Fläche hat als der Kolben im Zylinder 4b, wirkt auf den Spannbacken 3a eine grössere Kraft, solange das Ventil 33 sich in der in Fig. 6 gezeigten Stel lung befindet. Sobald das Werkstück zwischen den Spannbacken 3a, 3b erfasst ist, geht der Spann backen 3b unter der Wirkung des mit grösserer Kraft angetriebenen Spannbackens 3a zurück. So bald jedoch die Stellschraube 46 den Ansatz 38 des Ventilkörpers des Ventils 33 erreicht und diesen Ventilkörper in die in Fig. 7 gezeigte Stellung ver schoben hat, entweicht ein Teil des zugeführten Öles durch den zentralen Kanal des Ventilkörpers und gelangt in die Rückleitung 25.
Dadurch tritt eine mit zunehmender Verschiebung des. Ventilkörpers zunehmende Druckentlastung des Kolbens im Zylinder 4a auf, bis die Kraft des Kolbens 3b der Summe aus der Kraft des Kolbens 3a und der von der Schwere der Schiene 44 auf den Kolben 3b ausge übten Kraft das Gleichgewicht hält. Sobald das der Fall ist, bleiben beide Kolben,stehen. Durch Betäti gung der Stellschrauben 46 kann die Lage der Backe 3a, in welcher die Schiene 44 festgehalten wird, eingestellt und auch nachträglich verändert werden.
In gleicher Weise wirken die Ventile 31 und 32 in horizontaler Richtung auf die Lage der Schiene 44, wobei die Schwerkraft des Werkstückes jedoch ausser Betracht fällt. Die beiden Spannbak- ken 5a und 7a werden dabei stets im gleichen Masse verschoben. Das, Gleichgewicht zwischen den Spann kräften der Spannbacken 5a und 5b und der Spann backen<I>7a</I> und<I>7b</I> wird stets bei einer durch die Stellung der Einstellschrauben 40, 37 wählbaren Lage der Spannbacken 5a und 7a relativ zueinan der hergestellt. Diese seitliche Verschiebung ist nur bei gelösten Spannbacken und Elektroden möglich.
Da das Ventil 43 den Arbeitsraum des Zylinders 10a' mit der Rückleitung 25 verbindet, die Kolben der Zylinder 10a und 10b gleiche Flächen haben, und das Ventil 34 sich in seiner Ruhelage nach Fig. 6 befindet, wirken entgegengesetzt gleiche Kräfte auf die Elektroden 9a und 9b. Daher haben. diese Elektroden 9a und 9b keinen Einfluss auf die Lage des Werkstückes und folgen auch einer Lage veränderung desselben ohne weiteres.
Die Arbeitsweise derjenigen Spannbackenpaare (von denen in Fig. 1 und 2 nur die Spannbacke 14a und die Zylinder 15a, 16a, 16b,<I>17a, 17b</I> darge stellt sind) und des Backenpaares 18a, 18b für die Schiene 45 ist dieselbe wie die an Hand der Fig. 3 beschriebene Arbeitsweise der Spannbacken- und Backenpaare für die Schiene 44.
Der Schweisstransformator 11 ist auf eine den grossen Werkstücken angemessene Leistung ge schaltet.
In dieser Stellung der Spannbacken und Elek troden erfolgt die Schweissung, wobei beim Stauch prozess die Zylinder 13 mit einer dem Querschnitt der grossen Werkstücke angemessenen Stauchkraft beaufschlagt werden.
Zum Schweissen kleinerer, leichterer Werkstücke werden die Ventile 27 und 28 in der Stellung ge halten, in welcher die vertikalen Spannbacken 3a, 3b zurückgezogen sind, und es wird das Ventil 43 in der Stellung gehalten, in welcher es die Arbeits räume der Zylinder 10a und 10a' miteinander ver bindet. Der Schweisstransformator 11 ist auf eine dem kleineren Querschnitt der kleineren Werkstücke angepasste Leitung geschaltet. Der hydraulische An trieb der Elektrode 9a erfolgt mit grösserer Kraft als der Antrieb der Elektrode 9b, weil beide Kolben 41 und 42 wirksam sind. Das Ventil 34 arbeitet in derselben Weise wie oben für das Ventil 33 be schrieben.
Die Elektroden 9a und 9b dienen also bei kleinen Werkstücken nicht nur zur Stromzufüh rung, sondern auch zum vertikalen Festspannen des Werkstückes 44. In Fig. 1 sind die Spannbacken <I>3a, 14a</I> und die Elektroden 9a, 9b, 18a, 18b in dieser Lage gezeichnet. Die Zylinder 13 für den An trieb des Schlittens 12 werden mit einer dem klei neren Querschnitt der Schweissstelle und der klei neren Masse der leichteren Werkstücke angemesse nen Kraft betrieben.
Die beschriebene Maschine ist zweckmässig so ausgeführt, dass wahlweise erstens entweder beide vertikalen Spannbackenpaare 3a, 3b, 14a, 14b zum Festspannen der Werkstücke dienen, wobei beide Elektrodenpaare 9a, 9b, 18a, 18b nur zur Schweiss- ätromzuführungverwendet werden, oder dass zweitens beide genannten vertikalen Spannbackenpaare in zu rückgezogener Ruhelage gehalten und beide Elektro denpaare sowohl zum vertikalen Festspannen der Werkstücke als auch zur Schweissstromzuführung verwendet werden, oder dass drittens eines der ver tikalen Spannbackenpaare zum Festspannen eines schwereren Werkstückes und das zugeordnete Elek trodenpaar zur Stromzuführung zu diesem betrieben wird,
wobei das andere vertikale Spannbackenpaar in zurückgezogener Ruhelage gehalten und das die sem zugeordnete Elektrodenpaar sowohl zum ver tikalen Festspannen des anderen leichteren Werk stückes als auch zur Schweissstromzuführung zu diesem betrieben wird.