CH643768A5 - Vorrichtung zum lichtbogen-mehrraupenschweissen von zwei um eine gemeinsame axe rotierenden werkstuecken. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lichtbogen-Mehr-raupenschweissen von zwei rotierenden Werkstücken, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE-OS Nr. 2140545 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der jedoch die Schweissausrüstung um die gemeinsame Mittellinie von zwei stillstehenden Werstücken rotiert. In der bekannten Vorrichtung erfolgt die Führung des Schweissdrahtes von einer Vorratsrolle zur Schweissstelle durch ein Rohr, das zusammen mit der Vorratsrolle an einem Halter montiert ist, welcher während der Schweissoperation um eine zur erwähnten Mittellinie querlaufende Axe hin und her schwenkt. Als Ergebnis des periodischen Schwenkens des Halters und des Schweissdrahtes wird die Fugenbreite durch sich überlappende Schweissnähte oder -raupen ausgefüllt, die abwechselnd an der rechten und an der linken Seite der in Querschnitt V-förmigen Fuge gelegt werden. Mit dieser bekannten Vorrichtung können nur Rohre und ähnliche dünnwandige Werstücke geschweisst werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu erblicken, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein einwandfreies Schweissen von Werkstücken möglich ist, die grosse radiale Wandstärken und zueinander parallele oder wenigstens hauptsächlich zueinander paralleli Stirnflächen aufweisen, so dass die auszufüllende Fuge sowohl eng als auch tief ist. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung kann der Winkelausschlag, den der Schweissdrahthalter zwischen seinen Endlagen durchführen kann, ohne gegen die Stirnflächen der Werkstücke an-zustossen, verhältnissmässig gross gehalten werden, und es hat sich in der Praxis erwiesen, dass die Hierdurch ermöglichte Neigung des Schweissdrahtes in bezug auf die Stirnfläche des jeweiligen Werkstückes eine einwandfreie Schweissverbindung ergibt. Um diese Wirkung zu erreichen, ist es wesentlich, dass die Schwenkaxe des Halters innerhalb der Kontur des flachen Haltearms ist, und dass das Führungsrohr für den Schweissdraht nicht an der Schwenkbewegung des Halters teilnimmt. Es ist also nur der Haltearm, der während der Schweissoperation verschwenkt wird, und der maximal zulässige Schwenkwinkel hängt deshalb nur vom Abstand zwischen der Schwenkaxe und dem äussersten Punkt des Armquerschnitts und der Breite der Schweissfuge ab, wogegen die Länge des Führungsrohrs von der Schweissstelle bis zur Peripherie der Werstücke keinen beschränkenden Einfluss auf den erreichbaren Winkelausschlag ausübt. Mit der obenerwähnten bekannten Vorrichtung ist ein Winkelausschlag entsprechender Grösse bei einer tiefen Schweissfuge nur dann möglich, wenn die Fuge — wie auch in der DE-OS gezeigt — einen V-Querschnitt aufweist. Ein solcher Querschnitt ist aber nur akzeptabel bei dünnen, insbesondere rohrförmigen Werkstücken, weil er bei Werkstücken mit grosser Wandstärke und entsprechend tiefer Schweissfuge zu einer unannehmbaren Fugenbreite an der Peripherie der Werstücke führen würde.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die rein schematische Zeichnung näher erklärt. Es zeigen:

Fig. 1 zwei Kurbelkröpfungen, die nach dem erfindungsgemäs-sen Verfahren zusammengeschweisst sind,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch zwei andere Werkstücke, die ebenfalls nach dem erfindungsgemässen Verfahren zusammengeschweisst werden können und die in einer rein schematisch veranschaulichten erfindungsgemässen Vorrichtung eingespannt wiedergegeben sind,

Fig. 3 in grösserem Massstab einen Schnitt entlang der Linie IIIIII in Fig. 2, in dem Teile der Vorrichtung weggelassen sind,

Fig. 4 in noch grösserem Massstab einen Ausschnitt, der die Schweissstelle in Fig. 3 wiedergibt, und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.

In Fig. 1 sind zwei Kurbelkröpfungen 1 mit Hauptlagerzapfen 2, Kurbelzapfen 3 und Kurbelarmen 4 dargestellt. Die beiden Kröpfungen sind durch eine Schweissnaht 5 in der Mitte der Länge des ihnen gemeinsamen Hauptlagerzapfens 2 zusammengeschweisst. Vor Ausführung der Schweissung können die beiden Werkstücke vorläufig zusammengefügt und zentriert worden sein mit Hilfe eines nicht eingezeichneten Ringes, der durch Heftschweissen in der zentralen Bohrung durch den Zapfen befestigt ist und der gegebenenfalls nach beendetem Schweissvorrang wieder entfernt wird. Während des Schweissens rotieren die beiden Kröpfungen 1 um die gemeinsame Rotationsaxe der Zapfen 2, und das Schweissen kann mit Hilfe einer Apparatur erfolgen, die im Prinzip der nachstehend beschriebenen und in den Fig. 2 bis 5 dargestellten entspricht.

Fig. 2 zeigt einen Flansch 6, der mit einer Welle 7 verbunden werden soll durch Mehrraupenschweissen in der relativ schmalen und tiefen Fuge 8 zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen 9 und 10 der beiden Werkstücke. Vor dem Schweissen sind die Werkstücke mit Hilfe eines kurzen Zapfens 11 zentriert worden, der in Verlängerung der Welle 7 sitzt und dessen Oberfläche die Sohle der Fuge 8 bildet. Der Zapfen 11 kann mit dem Flansch 6 in dessen zentraler Bohrung 12 durch Heftschweissen verbunden sein.

Der Flansch 6 ist in ein Backenfutter 13 eingespannt, das an einer Hauptspindel in einem Spindelstock 36 befestigt ist und durch einen nicht eingezeichneten Antriebsmechanismus angetrieben wird, der bevorzugterweise ein stufenlos variables Geriebe umfasst und in den Spindelstock eingebaut ist. Das vom Flansch 6 abgekehrte Ende der Welle 7 ist mit Hilfe eines Reitstockes 37 unterstüzt, und, falls erforderlich, kann die Welle an einer oder mehreren nicht eingezeichneten Stellen zwischen ihren Enden noch zusätzlich unterstützt sein.

Am hinteren Ende der Hauptspindel ist eine aus dem Spindelstock herausragende Steuerwelle 38 befestigt, an der ein Betätigungselement für einen nicht näher gezeigten Mechanismus 39 montiert ist, der zu der im folgenden beschriebenen Steuerung des Schweissvorgangs dient. Das äussere Ende der Welle 38 ist durch ein an der Rückseite des Spindelstocks befestigtes Gehäuse 40 hindurch5

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geführt, welches Kontakte für die Zuleitung von Schweissstrom durch die Welle enthält.

Die zur Ausführung des Schweissvorgangs dienenden Teile der Vorrichtung sind an einem Gestell 51 montiert, das im Hinblick auf die Einstellung der Schweissstellung in Richtung der gemeinsamen 5 Rotationsaxe 14 der beiden Werkstücke 6 und 7 parallel zu der Rotationsaxe auf einem Fundament 42 verschiebbar ist, welches mit einem Grundrahmen 43 fest verbunden ist, der den Spindelstock 36 und den in Richtung der Rotationsaxe 14 verschiebbaren Reitstock 37 trägt. 10

Ein Wagen 15 kann ausserhalb der rotierenden Werkstücke in quer zur Rotationsaxe 14 verlaufender Richtung auf dem Gestell 41 hin- und herfahren, und dieser Wagen trägt eine Führung 16 für einen in lotrechter Richtung auf- und abverschiebbaren Schlitten 17. Der Schlitten 17 trägt an seinem unteren Ende ein Lager 18 für einen 15 Halter 35, der mit Hilfe eines nicht näher wiedergegebenen Mechanismus in bezug auf das Lager 18 eine begrenzte Drehbewegung um eine waagerechte Achse 20 ausführen kann.

Der Halter 35 ist mit einem Schenkel 19 ausgebildet, der sich vom Lager 18 aus in Richtung der Schwenkaxe 20 in die Schweissfu- 20 ge 8 hineinerstreckt, und wenigstens der vordere Teil des Schenkels 19, der sich zu Beginn des Schweissvorgangs, welcher in den Fig. 3 bis 5 veranschaulicht ist, ganz im Inneren der Fuge befindet, hat derartige Querschnittsabmessungen, dass er, wie in Fig. 5 gezeigt, zwischen den beiden Endlagen I und II hin- und hergeschwenkt werden 25 kann, ohne dabei gegen die beiden Stirnflächen 9 und 10 zu stossen. Das vordere Ende des Schenkels 19 setzt sich in einer in etwa radial in Richtung Rotationsaxe 14 verlaufenden, feststehenden Backe 21 fort, die in Zusammenarbeit mit einer beweglichen und federbelasteten Backe 22 einen Schweissdraht 23 einklemmen kann, der von ei- 30 ner auf dem Schlitten 17 angebrachten Vorratsrolle 24 abgezogen und mit Hilfe eines geeigneten Vorschubmechanismus 25 vorgeschoben wird. Zwischen dem Vorschubmechanismus und den Backen 21, 22 ist der Schweissdraht durch ein Rohr 26 hindurchgeführt, welches an seinem oberen Ende fest mit dem Vorchubmechanismus verbun- 35 den und an seinem unteren Ende mit Spielraum in eine Bohrung in der feststehenden Backe 21 hineingeführt ist, so dass es die erwähnte Schwenkung der Backe um die Schwenkaxe 20 nicht behindert.

Unter dem Schenkel 19 des Halters 35 ist ein Rohr 27 für die Zuleitung von Schweisspulver mit dem Lager 18 gelenkig so verbun- 40 den, dass es um eine mit der Rotationsaxe 14 parallele Axe schwenkbar ist, und das Schweisspulver wird aus einem am Schlitten 17 befestigten Behälter 28 durch einen Trichter 29 in das Innere des Rohres

27 geleitet, wo es mit Hilfe einer Schnecke 30, die von einem Motor 31 am hinteren Ende des Rohres 27 angetrieben wird, nach vorn zur Schweissstelle gefördert wird. Durch die Wahl eines geeigneten Schweisspulvers lässt sich, wie auf dem Gebiet der Unterpulver-Schweisstechnik wohlbekannt ist, erreichen, dass sich die gebildete Schlacke selbst löst und während der Rotation der Werkstücke aus der Schweissfuge herausfällt. Wird an Stelle von Schweisspulver ein Schutzgas benutz, so kann das Gas durch ein ähnliches Rohr zugeleitet werden, das dann keine Förderschnecke enthält.

Am vorderen Ende des Rohres 27 ist ein Fühler 32 angebracht, der unter dem Einfluss einer am hinteren Ende des Rohres 27 wirksamen Feder 33 vor Beginn des Schweissvorgangs in Anlage gegen die Oberfläche des Zapfens 11 und danach gegen die Oberfläche der sukzessiv anwachsenden Schweissnaht gehalten wird. Das hintere Ende des Rohres 27 betätigt einen Schalter 34, der die Aufwärtsbewegung des Schlittens 17 im Gleichtakt mit dem Fortschreiten des Schweissvorgangs steuert.

Die vorher erwähnte, periodische Schwenkung des Halters 35 mit den Backen 21 und 22 zwischen den beiden Endlagen I und II kann von dem bereits erwähnten, nicht näher gezeigten Mechanismus 39 gesteuert werde, der von der mit den beiden Werkstücken 6 und 7 synchron rotierenden Welle 38 aktiviert wird. Die Schwenkbewegung wird beispielsweise so gesteuert, dass der Halter 35 für die Dauer einer vollen Umdrehung der rotierenden Werkstücke in seiner einen Endlage festgehalten wird, so dass in der einen Sohlenecke der Fuge 8 eine 360° lange Schweissnaht gelegt wird. Danach wird der Halter in seine andere Endlage hinübergeschwenkt, und zwar bevorzugterweise mit konstanter oder annähernd konstanter Winkelgeschwindigkeit, und wenn der Halter diese andere Endlage erreicht hat, bleibt er für die Dauer einer vollen Umdrehung der beiden Werstücke dort stehen.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht das Schweissen dicht an einer Schulter mit grossem Radius oder grosser Ausladung, was z.B. beim Aufbau von Kurbelwellen ein Zusammenschweissen von separat gefertigten Kurbelarmen, Hauptlagerzapfen und Kurbelzapfen mit Hilfe von Schweissnähten ermöglicht, die dicht an den Hohlkehlen zwischen den Armen und den Lagerzapfen bzw. Kurbelzapfen liegen. Dies kann insbesondere bei der Herstellung von sehr grossen Kurbelwellen ein fabrikationsmässiger Vorteil sein. Auch beim Anschweissen von Flanschen an Wellenenden ist es vorteilhaft, dass man eine Welle direkt an die plane Oberfläche eines scheibenförmigen Werkstückes anschweissen kann, das einen wesentlich grösseren Durchmesser besitzt als die Welle.

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4 Blätter Zeichnungen

Claims (4)

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1. Vorrichtung zum Lichtbogen-Mehrraupenschweissen von zwei um eine gemeinsame Rotationsaxe rotierenden Werkstücken, mit einem Halter, des periodisch zwischen der einen und der anderen Seite der zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Werkstücke gebildeten Schweissfuge um eine zur Rotationsaxe querverlaufende Axe hin und her schwenkbar ist, mit am vorderen Ende des Halters angeordneten Führungsbacken für den Schweissdraht, und mit Mitteln zum mechanischen Vorschub des Schweissdrahtes von einem Drahtvorrat durch ein Führungsrohr zu den Führungsbak-ken, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (35) als flacher Arm

(19) ausgebildet und in einem Lager (18) gehalten ist, wobei die durch das Lager definierte Schwenkaxe (20) des Halters innerhalb der Kontur des Armquerschnittes gelegen ist, und dass das Führungsrohr (26) stationär zum Lager (18) angeordnet ist und wenigstens an seinem den Führungsbacken (21,22) für den Schweissdraht (23) am nächsten gelegenen Endbereich einen Winkel mit der Schwenkaxe (20) des Halters einschliesst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (18) für den Halter (35), der Drahtvorrat (24), die Vorschubmittel (25) und das Führungsrohr (26) an einem gemeinsamen Schlitten (17) montiert sind, der in Richtung quer zur Schwenkaxe

(20) des Halters auf die Rotationsaxe (14) zu und von dieser weg verschiebbar ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Rohr (27) für die Zuleitung von Schweisspulver unter dem Haltearm (19) bis hin zur Schweissstelle erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (27) um eine zur Rotationsaxe (14) parallele Axe unter dem Lager (18) schwenkbar aufgehängt ist und an seinem vorderen Ende einen Fühler (32) zum Steuern der Bewegung des Schlittens (17) trägt.