DD255104A1

DD255104A1 - Vorrichtung zum uebergangslosen schweissen horizontaler und vertikaler kehlnaehte in doppelbodenkonstruktionen

Info

Publication number: DD255104A1
Application number: DD29795986A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Beyer; Thomas Goetze; Otfried Kaiser
Original assignee: Schiffbau Stammbetrieb K
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1988-03-23

Abstract

Die Vorrichtung zum übergangslosen Schweißen horizontaler und vertikaler Kehlnähte von Doppelbodenkonstruktionen findet vorwiegend Anwendung im Schiffskörperbau beim Ausschweißen sogenannter Doppelbodenfächer. Sie besteht aus zwei parallel geführten je einen separaten Antrieb besitzenden Armen, von denen der eine als Schwenkarm und der andere als Kipparm ausgeführt ist. Das an beiden Armen aufgehängte Unterteil trägt die Brennervorrichtung mit Sensoren und Pendelantrieb. Das Unterteil ist über die Führungsarme in Richtung der Schweißnaht ausfahrbar bzw. die Brennerachse aus einer Neigung in eine Steigung kippbar. Eine am Unterteil befestigte Klappvorrichtungbewirkt ein Umklappen der Brennervorrichtung um 90 Grad, so dass mit einem Schweißkopf sowohl Horizontal- als auch Vertikalnähte schweißbar sind. Fig. 1{Kehlnahtschweißen; Doppelbodenkonstruktion; Horizontalnähte; Vertikalnähte; Hubsäule; Kreuzschlitteneinrichtung; Schwenkarm; Kipparm; Pendeleinrichtung; Schweißkopf; Abstandssensoren}

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft das Gebiet der automatisierten Schweißtechnik zum Schweißen von Kehlnähten.

Ein besonderes Anwendungsgebiet ist das Schweißen von Doppelbodenfächern (Waben) im Schiffskörperbau.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zum Schweißen horizontaler und vertikaler Kehlnähte in Doppelbodenfächern gibt es verschiedene Vorrichtungen. Diese sind in der Lage, entweder nur eine der beiden Schweißrichtungen abzuarbeiten oder alle beide mit zwei verschiedenen Schweißköpfen. Weiterhin gibt es Vorrichtungen, welche mit nur einem Schweißkopf beide Nahtrichtungen schweißen, dabei alerdings nicht in der Lage sind, den Schweißvorgang kontinuierlich einschließlich der Eckenkonstruktionen durchzuführen. Der Stand der Technik wird am besten durch die beiden folgenden Patente repräsentiert.

Nach dem DD-WP 224256 ist eine selbsttätige Positioniereinrichtung für Schweißgeräte bekannt. Diese besteht aus einem an einem die Fachkonstruktion überspannenden Portal fest angeordneten Teil. Mit diesem ist durch eine drehbar gelagerte Tragekonstruktion ein rotatorischer Teil verbunden, an dessen unterem Ende der Schweißkopf befestigt ist. Sensoren am Schweißbrenner und am mit dem Schweißbrenner verbundenen Fühlarm dienen zur informationstechnischen Umsetzung und Steuerung des Schweißablaufes. Diese Anordnung ermöglicht ein kontinuierliches Ausschweißen von Doppelbodenfächern einschließlich der Eckenkonstruktionen bei horizontalem Nahtverlauf. Ein vertikales Schweißen ist mit dieser Anordnung nicht möglich.

Nach der DE-PS 2601169 ist eine Vorrichtung zum Ausschweißen von senkrecht stehenden Versteifungsblechen auf einem Grundblech bekannt. Sie besteht aus einem das Werkstück überspannenden Portal, an dem Schweißaggregate zum Vertikal- und Horizontalschweißen angeordnet sind. Das Schweißaggregat ist längs- und querverfahrbar und von einer Dreh- und Hubeinrichtung gehalten. Diese Vorrichtung schließt sowohl ein Horizontal- als auch Vertikalschweißen ein. Das erfolgt entweder mit zwei Schweißköpfen gleichzeitig oder mit einem Schweißkopf nacheinander. Allerdings ist ein Ausschweißen der Ecken und damit ein kontinuierlicher Schweißablauf nicht möglich. Ein Vertikalschweißen kann nur mit schleppender Brennerstellung erfolgen. Das hat eine schlechtere Nahtqualität zur Folge. Eine Pendeleinrichtung ist nur für den speziellen Senkrechtschweißkopf vorgesehen. Somit kann bei kombiniertem Einsatz eines Schweißkopfes für beide Richtungen nur mit ungependeltem Brenner geschweißt werden. Das bedeutet, daß in diesem Falle nur kleine Nahtdicken qualitätsgerecht geschweißt werden können.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, den Automatisierungsgrad von Schweißvorgängen, insbesondere im Schiffskörperbau, zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schweißvorrichtung zu realisieren, die in der Lage ist, mit einem Schweißkopf sowohl horizontale als auch vertikale Kehlnähte einschließlich der Eckenkonstruktionen kontinuierlich zu schweißen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung unterhalb einer Hubsäule angeordnet ist. Die Hubsäule ist in Richtung ihrer Längsachse höhenverstellbar, um diese Achse drehbar und durch eine Kreuzschlitteneinrichtung in x- und y-Richtung der horizontalen Ebene verfahrbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Schwenkarm und einem parallel zu diesem geführten Kipparm. An den unteren Anlenkpunkten beider Arme ist ein den Schweißbrenner tragendes Unterteil aufgehängt. Der Schwenkarm ist schwenkbar um eine horizontale Achse mit einem fest an der Hubsäule angeordneten Oberteil und starr mit einem reversiblen Antrieb derart verbunden, daß bei Beaufschlagung des Antriebes eine Schwenkbewegung des Unterteiles, die infolge der parallelen Anordnung des Kipparmes eine Kreisschiebung darstelt, ausführbar ist. Der Kipparm ist um eine parallel zur Schwenkachse gelegenen Achse drehbar mit einem Kipphebel verbunden, wobei das eine Ende des Kipphebels drehbar um die gleiche Achse wie der Schwenkarm mit dem Oberteil verbunden ist und das andere Ende des Kipphebels durch einen reversiblen Antrieb vertikal derart verstellbar ist, daß bei Bewegungen des Kipphebels eine Kippbewegung des Unterteils von einer Neigung in eine Steigung der Brennerachse ausführbar ist. An einem Chassis des Unterteils ist ein durch einen Pneumatikzylinder bewegungsgesteuertes, um eine horizontale Achse drehbares Kegelradsegment angeordnet. In dieses greift ein zweites Kegelradsegment derart ein, daß es einschließlich des mit ihm fest verbundenen Schweißbrenners einschließlich Pendeleinrichtung und Abstandssensoren um eine parallel zur Brennerachse liegenden Achse um 90° drehbar ist. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß an dem Ausschwenkantrieb für den Schwenkarm ein Ritzel befestigt ist, in welches ein Stirnradsegment eingreift, das fest mit dem oberen Ende des Schwenkarmes verbunden ist und daß der Antrieb des Kipparmes aus einem Motor in Verbindung mit einem Flachwellgetriebe besteht, mit dem ein Spindelvorschubgetriebe verbunden ist. Das Spindelvorschubgetriebe besteht aus einer Spindelwelle und einer darauf laufenden Schubmutter, welche wiederum mit dem einen Ende des Kipphebels drehbar verbunden ist.

Weiterhin enthält die Erfindung das Merkmal, daß die Pendeleinrichtung des Schweißbrenners eine Mittenarretierung besitzt, die aus einer lichtschrankenbestückten Signaleinrichtung besteht, welcher einen Motor und eine Magnetbremse derart steuert, daß die Pendeleinrichtung in einer Mittenstellung fixierbar ist.

Durch Überlagerung der Kreuzschlittenbewegung in x- und y-Richtung mit der Drehbewegung der Hubsäule um ihre Achse, der Hubbewegung der Säule und der Schwenkbewegung des Unterteils erfolgt das Ausschweißen der Horizontalnähte einschließlich der Ecken, da der Brenner durch die Schwenkbewegung in die Ecke hinein und wieder heraus geführt wird. Bei Umstellung des horizontalen Schweißvorganges auf den vertikalen erfolgt zunächst ein Umklappen des Schweißbrenners einschließlich Pendeleinrichtung und Sensoren über die Kegelradsegmente um 90°. Der Schweißvorgang beginnt in der unteren Ecke auf dem Grundblech. Durch eine Überlagerung der Horizontalbewegungen χ und y und der Kippbewegung des Unterteils erfolgt ein Ankippen der Brennerachse von einer Neigung nach unten bis zu einer Steigung nach oben. Der horizontale Abstandsausgleich erfolgt durch die Kreuözschlitteneinrichtung. Nach Beendigung des Kippvorganges setzt die vertikale Bewegung der Hubsäule ein und der Brenner wird leicht stechend in der Ecke aufwärtsgeführt.

Beim Kippvorgang während des Vertikalschweißens bleibt aufgrund der Ausführung des Kippantriebes als „Schwingende " Kurbelschleife" die Vertikalkomponente der Brennerspitzengeschwindigkeit trotz gleichbleibender Kippantriebsmotordrehzahl konstant.

Mit Inbetriebnahme der Pendeleinrichtung werden die Abstandssensoren pneumatisch in Richtung Brennerachse vorgeschoben, um der pendelnden Brennerspitze genügend Freiraum zu geben.

Ausführungsbeispiel

Es zeigen

Fig. 1: Seitenansicht der Schweißvorrichtung

Fig. 2: Entgegengesetzte Seitenansicht des Unterteils

Fig.3: Frontansicht des Unterteils in Brennerachsenrichtung

Die Vorrichtung besteht

a) aus einem an einer Kreuzschlitteneinrichtung in x- und y-Richtung verfahrbaren Oberteil 2, in welchem ein Schwenkantrieb und ein Kippantrieb integriert sind;

b) aus zwei parallelen Führungsarmen, die mit dem Oberteil drehbar um eine horizontale Achse verbunden sind und

c) aus einem an den Führungsarmen aufgehängten Unterteil, das den Schweißbrenner einschließlich Sensoren- und Pendeleinrichtung sowie einen Klappmechanismus trägt.

Der Schwenkantrieb besteht aus einem Gleichstrompräzisionsmotor 6 und einer Wellgetriebeuntersetzung und treibt mit einem Ritzel 5 ein Stirnradsegment 4 reversibel an. Mit dem Stirn radsegment4fest verbunden ist der vordere Parallelführungsarm, der sogenannte Schwenkarm 3. Der Schwenkarm ist weiterhin mit dem Oberteil 2 um eine horizontale Achse 13 drehbar verbunden.

Der Kippantrieb besteht aus einem Gleichstrompräzisionsmotor 12, einem Flachwellgetriebe 11 und einem Linearantrieb mit Spindelwelle 10 und Schubmutter 9. Der Kippantrieb arbeitet ebenfalls reversibel. Mit der Schubmutter 9 ist um eine horizontale Achse 16 drehbar ein Kipphebel 8 verbunden, dessen anderes Ende an dem Oberteil 2 um die Achse 13 drehbar angeordnet ist.

Mit dem Kipphebel 8 wiederum ist der hintere Parallelführungsarm, der sogenannte Kipparm 7 um die horizontale Achse 15 drehbar verbunden. An den unteren Anlenkpunkten 18; 19 der Führungsarme 3; 7 ist das Unterteil aufgehängt.

Bei Beaufschlagung des Schwenkantriebes wird der Schwenkarm 3 bis zu einem Winkel von 50° aus der Senkrechten ausgelenkt.

Das Unterteil führt dabei eine Kreisschiebung in Richtung der Schweißnaht aus.

Bei Beaufschlagung des Kippantriebes wird der Kipphebel 8 und damit der Kipparm 7 vertikal bewegt. Die dadurch ausgelöste parallelogrammgleiche Verschiebung beider Führungsarme 3; 7 zueinander bewirkt eine winkelgleiche horizontale Drehbewegung des Unterteils, in deren Folge die Brennerachse des Schweißbrenners 30 von einer Neigung ca. 45° aus ader Waagerechten nach unten bis zu einer Steigung 12,5° nach oben angekippt wird.

Durch die besondere Anordnung der Getriebeglieder des Kippantriebes im Oberteil ergibt sich ein ebenes Viergelenkgetriebe mit der Bezeichnung „Schwingende Kurbelschleife", das die Gelenkpunkte 13 und 14 als „Gestellpunkte" besitzt. Der Kippvorgang ist somit ein Teil des Bewegungsbereiches der schwingenden Kurbelschleife, die die geradlinig, gleichförmige Bewegung der Schubmutter 9 auf der Spindelwelle 10 infolge konstanter Antriebsdrehzahl in eine ungleichförmige Winkelgeschwindigkeitsfunktion des Kipphebels (der Kurbel) derart umwandelt, daß die Vertikalkomponente der Geschwindigkeit der Brennerspitze über den gesamten Bewegungsbereich ebenfalls konstant bleibt.

Das Unterteil besteht aus einem Chassis 20, an welchem ein Kegelradsegment 21 derart angeordnet ist, daß es um die horizontale Achse 24 drehbar ist. In das Kegelradsegment 21 greift ein zweites Kegelradsegment 22 derart ein, daß es um eine parallel zur Brennerachse liegenden Achse drehbar ist.

Am Kegelradsegment 22 ist ein Haltebock 23 befestigt. Dieser trägt die Brennerhalterung 29 mit Brenner 30, die Abstandssensoren 32 links und rechts des Brenners 30 mit dem pneumatischen Sensorvorschub 31 und die Pendeleinrichtung.

Weiterhin ist am Chassis 20 über ein Drehgelenk 27 ein Pneumatikzylinder 26 angeordnet, der das Kegelradsegment 21 über den Gelenkpunkt 25 analog einer Schubkurbel um die Achse 24 bewegt. Daraus resultiert eine Bewegung des zweiten Kegelradsegmentes 22 derart, daß der daran befestigte Haltebock einschließlich der darauf befindlichen Teile um 90° umgeklappt wird. Die Pendeleinrichtung besteht aus einem Antriebsmotor 36, der von einem Schneckenantrieb 33 untersetzt einen Exzenter 34 antreibt. Die Kurbelbewegung bzw. Rast- in Rast-Bewegung des Exzenter 34 bewirkt den Ausschlag des Pendelhebels 35 entsprechend der gewünschten Pendelfunktion. Der Pendelhebel überträgt den Ausschlag über die in der Pendellagerung 28 geführte Pendelwelle 38 auf den Schweißbrenner 30. Durch eine am Unterteil befindliche lichtschrankenbestückte Signaleinrichtung wird ein Motor 36 und eine nicht gekennzeichnete Magnetbremse so gesteuert, daß der Brenner 30 genau in Pendel-Mittelstellung angehalten werden kann.

Der Schweißablauf erfolgt mittels der beschriebenen Vorrichtung wie folgt:

Durch den Schwenkantrieb wird der Schweißbrenner 30 an die zu schweißende Nahtstelle bewegt und von den Sensoren 32 der konstante Schweißabstand geregelt. Der Höhenausgleich wird vom Antrieb der Hubsäule 1 übernommen. Die Vorschubbewegung für den Schweißvorgang in x- oder y-Richtung erfolgt über das Verfahren der Hubsäule durch die Kreuzschlitteneinrichtung. Bei Signalisierung einer Ecke durch einen zusätzlichen Sensor wird die Verfahrbewegung der Säule gestoppt. Nun erfolgt durch Überlagerung der Drehbewegung der Hubsäule 1 um ihre Längsachse und der Ausfahrbewegung des Unterteils, ausgelöst vom Schwenkantrieb, eine Führung des Schweißbrenners 30 bis in die Ecke hinein.

Durch reversiblen Bewegungsablauf wird der Brenner aus der Ecke wieder herausgeführt. Somit können alle Horizontalnähte der Doppelbodenkonstruktion ohne Unterbrechung des Schweißvorganges kontinuierlich geschweißt werden.

Zur Umstellung des Schweißens der Horizontalnähte auf die Vertikalnähte erfolgt mittels des Pneumatikzylinders 26 über die Kegelradsegmente 21; 22 ein Umklappen der Brennerhalterung, der Sensorvorrichtung und der Pendeleinrichtung um 90° um eine Parallele zur Brennerachse, wodurch die Sensoren nunmehr die vertikale Ecke signalisieren.

Der Schweißvorgang beginnt in der unteren Ecke auf dem Grundblech. Zunächst bewirkt der Kippantrieb durch eine Verschiebung des Parallelogramms, das durch die Drehpunkte 13; 15; 18; 19 gebildet wird, ein Ankippen der Brennerachse, wie bereits oben beschrieben. Der horizontale Abstandsausgleich wird von der Kreizschlitteneinrichtung übernommen. Nach Beendigung des Kippvorganges setzt die Hubbewegung der Säule 1 unmittelbar ein. Der Brenner wird somit weiter leicht stechend in der Ecke aufwärts geführt.

Der Pendelbetrieb bewirkt das Pendeln der Brennerspitze entsprechend der gewählten Zeitfunktion und zwar aufgrund der Umklappbarkeit der Pendelvorrichtung grundsätzlich senkrecht zur Vorschubrichtung der Schweißnaht. Die oben beschriebene Mittenarretierung der Pendelvorrichtung ermöglicht es, die Brennerspitze nach dem Pendeln wieder in die Ausgangslage zu bringen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht damit sowohl beim Horizontal- als auch Vertikalschweißen gependelte und ungependelte Schweißnähte. Mit dem Einschalten des Pendelantriebs gekoppelt wird die Sensorvorschubbewegung in Richtung der Brennerachse ausgelöst, um der Brennerspitze den genügenden Pendelfreiraum zu geben.

Beim waagerechten Schweißen steuern die Sensoren 32 den Schwenkantrieb. Beim Klappen um 90° erfolgt ein Umschalten der Sensoren auf den x-y-Antrieb. Damit übernehmen bei der senkrechten Naht die x-y-Achse die Steuerung der Querbewegung.

Mit der hier beschriebenen sensorgeführten Schweißvorrichtung in Verbindung mit der erwähnten und bekannten Verfahr-und Hubeinrichtung ist es möglich, alle horizontalen und vertikalen Schweißnähte optimal bis in die Ecken, gependelt oder

ungependelt automatisch zu schweißen. .

Claims

1. Vorrichtung zum übergangslosen Schweißen horizontaler und vertikaler Kehlnähte in Doppelbodenkonstruktionen, wobei die Vorrichtung unterhalb einer Hubsäule angeordnet ist, die in Richtung ihrer Längsachse höhenverstellbar, um die Achse drehbar und durch eine Kreuzschlitteneinrichtung in x- und y-Richtung der horizontalen Ebene verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf einem Schwenkarm (3) und einem parallel zu diesem geführten Kipparm (7) besteht, an deren unteren Anlenkpunkten (18; 19) ein den Schweißbrenner tragendes Unterteil aufgehängt ist, daß der Schwenkarm (3) schwenkbar um eine horizontale Achse (13) mit einem fest an der Hubsäule angeordneten Oberteil (2) und starr mit einem reversiblen Antrieb derart verbunden ist, daß bei Beaufschlagung des Antriebs eine Kreisschiebung des Unterteils in Richtung der Schweißnaht ausführbar ist und daß der Kipparm (7) um eine parallel zur Achse (13) gelegene Achse (15) drehbar mit einem Kipphebel (8) verbunden ist, wobei das eine Ende des Kipphebels drehbar um die Achse (13) mit dem Oberteil (2) verbunden ist und das andere Ende des Kipphebels (8) durch einen reversiblen Antrieb vertikal derart verstellbar ist, daß bei Bewegungen des Kipphebels (8) eine Kippbewegung des Unterteils aus der Neigung in eine Steigung der Brennerachse und umgekehrt ausführbar ist und daß weiterhin an einem Chassis (20) des Unterteils ein durch einen Pneumatikzylinder (26) bewegungsgesteuertes, um eine horizontale Achse (24) drehbares Kegelradsegment (21) angeordnet ist, in welches ein zweites Kegelradsegment (22) derart eingreift, daß das Kegelradsegment (22) einschließlich des daran angeordneten Schweißbrenners (30) mit Pendeleinrichtung und Abstandssensoren (32) um eine Achse (39) parallel zur Brennerachse um 90° drehbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausschwenkantrieb (6) für den Schwenkarm (3), dessen Antriebsmotor in Verbindung mit einem Wellgetriebe steht, ein Ritzel (5) befestigt ist, in welches ein Stirnradsegment (4) eingreift, welches fest mit dem oberen Ende des Schwenkarmes verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (12) des Kipparmes (7) in Verbindung mit einem Flachwellgetriebe (11) steht, mit dem ein Spindelvorschubgetriebe in Wirkverbindung steht, und daß das Spindelvorschubgetriebe aus einer Spindelwelle (10) und einer auf dieser laufenden Schubmutter (9) besteht, welche wiederum mit dem Ende des Kipphebels (8) derart verbunden ist, daß dieser um eine horizontale Achse (16) drehbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendeleinrichtung eine Mittenarretierung besitzt, die aus einer lichtschrankenbestückten Signaleinrichtung (37) besteht, welche einen Motor (36) und eine Magnetbremse derart steuert, daß die Pendeleinrichtung in einer Mittelstellung fixierbar ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen