DE102010027086A1

DE102010027086A1 - Zuführeinrichtung für ein gepulstes Laserstrahlschweißsystem

Info

Publication number: DE102010027086A1
Application number: DE102010027086A
Authority: DE
Inventors: Matthias Heinz Heinry Günter Rautmann
Original assignee: Schweißtechnische Lehr u Versuchsanstalt SLV Hannover Zweigniederlassung der GSI - Ges f Schweißtechnik International mbH; SCHWEISTECHNISCHE LEHR U VERSUCHSANSTALT SLV HANN
Current assignee: Schweißtechnische Lehr u Versuchsanstalt SLV Hannover Zweigniederlassung der GSI - Ges f Schweißtechnik International mbH; SCHWEISTECHNISCHE LEHR U VERSUCHSANSTALT SLV HANN
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2012-01-19
Also published as: DE202010017835U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserstrahlschweißsystem, bestehend aus dem Schweißdraht (2), dem Handteil (1), der Zuführung für den Schweißdraht, der Drahthaspel (12), der Drahtfördervorrichtung (11) und dem Richtwerk (10), wobei ein Handhabungsteil (1) mit Fingerauflagen (3) für eine Fingerführung, einem Taster (4), der mit der Drahtfördereinrichtung (11) in Verbindung steht und ein im Handhabungsteil (1) angeordneter Schlauch (5) für den Schweißdraht (2) vorhanden sind. Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß ein Schweißdraht mit geringem Durchmesser eines gepulsten Laserstrahlschweißsystems gleichmäßig, bedarfsgerecht und zielgenau einem Schweißvorgang zugeführt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserschweißsystem entsprechend den Merkmalen des ersten Patentanspruches.
Zuführeinrichtungen für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserschweißsystem bestehen aus einer Drahthaspel, in der der Schweißdraht aufgewickelt ist, einer sich dran anschließenden Drahtrichtvorrichtung, mit der Krümmungen im Schweißdraht entfernt werden können, damit dieser einwandfrei durch die Seele, die ihn bis kurz vor den Schweißpunkt umgibt, förderbar ist, der Drahtfördereinrichtung, mit der der Draht erfaßt und transportiert wird und einem Handhabungsteil, mit dem der Schweißdraht exakt zum Schweißpunkt geführt wird.
In gepulsten Laserstrahlschweißsystemen werden Schweißdrähte mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,8 mm, vorzugweise 0,5 bis 0,6 mm, verwendet. Schweißdrähte mit einem derartig geringen Durchmesser sind mit herkömmlichen Vorrichtungen schwierig zu erfassen und schwierig kontinuierlich langsam einem Schweißpunkt zuzuführen, da vorhandene Förderrollen, mit denen der Draht mittels Motor und Förderrolle von der Drahthaspel gefördert wird, aufgrund des geringen Drahtdurchmessers häufig rutschen, so daß ein kontinuierlicher Fördervorgang nicht möglich ist.
Für den Schweißvorgang ist es aber nicht nur erforderlich, daß der Schweißdraht von sehr geringem Durchmesser kontinuierlich an der Schweißstelle ankommt, sondern das Bedienpersonal muß mittels Handhabungsteil auch in der Lage sein, den Schweißdraht exakt am dafür vorgesehenen Punkt aufzubringen und den Drahtfluß zu steuern. Bekannte und vorhandene Handhabungsteile sind durch ihre Größe durch den Bediener nicht punktgenau in der nötigen Genauigkeit handhabbar. Die an den Handhabungsteilen angebrachten Schalter, Dreh- oder Druckknöpfe führen durch ihre Bedienung häufig zum Verwackeln des Handhabungsteils, so daß ein exakter Handschweißvorgang bei einem Laser nicht möglich ist. Das Führen des Schweißdrahtes durch vorhandene Seelen ermöglichen es nicht immer den Schweißdraht bedarfsgerecht dem Schweißpunkt zuzuführen.
In DE 102 35 617 B1 ist eine handführbare Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstückes, insbesondere zum Laserschweißen, mit einer Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls auf einem Werkstück und mit einer Zuführeinrichtung für einen Zusatzwerkstoff beschrieben, die an der Vorrichtung beweglich angeordnet ist, wobei die Zuführeinrichtung an der Vorrichtung mit mehreren Freiheitsgraden beweglich angeordnet ist und die Zuführeinrichtung manuell beweglich ist. Die Zuführeinrichtung wird vor Prozeßbeginn ausgerichtet. Diese Ausrichtung bleibt über den gesamten Zeitraum der Bearbeitung erhalten und wird nicht geändert. Die Vorrichtung stützt sich dabei mit einem Laserbearbeitungskopf über einen Abstandhalter am Werkstück ab, so daß ein konstanter Fokusabstand gewährleistet ist.
DE 10 2007 006 114 A1 beschreibt ein Verfahren zum Regeln der Vorschubgeschwindigkeit eines Drahtes und Vorrichtung zum Zuführen eines Drahtes in einem thermischen Fügeprozeß, wobei Möglichkeiten genannt sind, einen Draht kontinuierlich einem Schweißvorgang zuzuführen. Im Dokument wird eine Drahtvorschubeinrichtung für Drähte mit einem geringeren Durchmesser als 0,8 mm beschrieben. Hierfür sind Regelkreise, Sensoren als auch Führungsmaschinen erforderlich.
WO 2008/037548 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Führung eines Energiestrahles entlang eines Stoßes zweier mittels Energiestrahles zu verbindender Werkstücke mit einer Energiestrahlzuführeinrichtung, bei der ein Sensor vorgesehen ist, der die Lage des Stoßes relativ zum Führungsfinger detektiert. Desweiteren sind ein den Führungsfinger abstützender Aktor und eine Regeleinrichtung vorgesehen. Bei dem Führungsfinger handelt es sich um einen Teil der Vorrichtung. Die Vorrichtung weist kein Handteil auf.
Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß durch den Sensor und die Regeleinrichtung keine einfache Vorrichtung zum Zuführen eines Schweißdrahtes vorhanden ist. Auch ist sie konstruktionsbedingt räumlich stark eingeschränkt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserstrahlschweißsystem zu entwickeln, mit dem Schweißdrähte gleichmäßig, bedarfsgerecht und zielgenau einem Schweißvorgang zugeführt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Zuführeinrichtung nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Die erfindungsgemäße Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserstrahlschweißsystem zur Formwerkzeugreparatur besteht aus dem Schweißdraht, dem Handteil, der Zuführung für den Schweißdraht, der Drahthaspel, der Drahtfördereinrichtung und dem Richtwerk, wobei am Handteil Fingerauflagen vorgesehen sind.
Diese Fingerauflagen können ergonomisch an die Hand oder die Finger des jeweiligen Bedieners angepaßt sein. Diese Anpassung ist dadurch möglich, dass das Handteil aus einer modellierbaren Formmasse besteht, in die mittig ein Schlauch für den Schweißdraht eingelegt ist. Um diesen Schlauch für den Schweißdraht wird entsprechend der Fingerform des Bedieners die Ausnehmung für die Fingerführung modelliert, wonach die Modelliermasse bei einer höheren Temperatur, beispielsweise 110°C, ausgehärtet wird.
Um den Schweißdraht bedarfsgerecht zuzuführen ist im Handteil ein Taster angeordnet, der mit der Drahtfördervorrichtung in Verbindung steht. Damit die Bedienung dieses Tasters nicht zum Verwackeln des Schweißdrahtes führen kann, ist dieser am Handteil so anzuordnen, daß er gegenüber dem Bedienfinger die richtige Lage aufweist und geringe Bedienkräfte erforderlich sind.
Als vorteilhafte Lage hat sich ein Winkel des Tasters gegenüber der Mittellinie des Handhabungsteils von 40 bis 50° erwiesen. Taster sind bei unterschiedlichen Kräften auslösbar. Als vorteilhaft hat es sich allerdings erwiesen, Taster einzusetzen, deren Kraft zum Auslösen nicht höher als 1,6 N sind um somit ein verwackelungsfreies Ein- und Ausschalten des Förderers sicher zu stellen.
Um ein kontinuierliches und einwandfreies Fördern des Schweißdrahtes innerhalb der Seele zu ermöglichen, hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Seele für die Drähte von geringem Durchmesser aus Teflon besteht.
Um den Draht von der Haspel zum Handteil zu führen, ist eine Fördervorrichtung erforderlich, die vorteilhafterweise unmittelbar nach einem Richtwerk angeordnet ist. Die Fördervorrichtung besteht aus einem Fördermotor, der eine Förderrolle betreibt, gegen die eine Andruckrolle, beispielsweise ein Kugellager, wirkt. Die Andruckrolle kann beispielsweise mittels einer vorzuspannenden Feder gegen die Förderrolle gedrückt werden.
Als Antriebsvorrichtung für die Drahtfördereinrichtung sind Gleichstrommotoren geeignet, die den Draht langsam und gleichmäßig fördern. Wichtig für die Funktion der Erfindung ist, daß entweder die Förderrolle und/oder die Andruckrolle eine Nut aufweist, die den zu fördernden Draht zu einem hohen Prozentsatz, beispielsweise einem Drittel, umschließt und diesen gegen die Umfangfläche der anderen Rolle z. B. ein Kugellager drückt. Damit ist ein Draht mit geringem Durchmesser (0,5 bis 0,6 mm) von der Drahthaspel über die Drahtrichtvorrichtung durch die Seele dem Zuführungsschlauch für das Kabel und das Handteil bis zum Schweißpunkt kontinuierlich zuführbar.
Die vorteilhafte Ausgestaltung des Handteils für jeden Bediener erfordert es, daß das Handteil austauschbar ist, so jeder Bediener sein Handteil verwenden kann. Dazu ist es vorteilhaft, am Handteile eine Buchse und am Kabel einen Stecker anzuordnen um ein tauschen der Komponenten zu ermöglichen.
Damit sich der Draht einwandfrei durch den Zuführschlauch zum Handteil bewegen kann, hat es sich als sinnvoll erwiesen, zwischen Haspel und Drahtfördereinrichtung ein Richtwerk anzuordnen, welches den Draht ausrichtet. Das Richtwerk kann aus zwei Kugellagern auf jeweils einer Achse zwischen zwei Deckplatten bestehen, auf denen der Draht durch das Andrücken eines weiteren Kugellagers ausgerichtet wird. Das Andrücken des weiteren Kugellagers kann über eine Richtschwinge erfolgen, welche um eine Achse schwenkbar ist und die mittels Steller so eingestellt werden kann, wie das die Ausrichtung des Drahtes erfordert.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß ein Schweißdraht mit geringem Durchmesser einem gepulsten Laserstrahlschweißsystems gleichmäßig, bedarfsgerecht und zielgenau einem Schweißvorgang zugeführt werden kann.
Hierbei werden alle räumlichen Freiheitsgrade welche die Hand, nach erfolgter Aufnahme des Handstückes aufweist, genutzt. Sie ist somit im höchsten Grade flexibel und ohne zusätzliche elektronische Regelung, als auch evtl. auszuführende Justagearbeiten zu nutzen.
Durch diese hohe Flexibilität des an den Körper angepassten Systems können Schweißaufgaben mit bisher nicht erreichter Geschwindigkeit, Genauigkeit und in Schweißpositionen die nicht oder nur schwer zu erreichen waren ausgeführt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und zwei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1: Erfindungsgemäße Zuführungseinrichtung in schematischer Darstellung
2: Handteil in schematischer Darstellung
3: Handteil in perspektivischer Darstellung
4: Drahtfördereinrichtung in perspektivischer Darstellung
5: Richtwerk in perspektivischer Darstellung.
Die 1 zeigt die erfindungsgemäße Zuführeinrichtung in schematischer Darstellung, wobei ein Draht, der den Schweißdraht 2 darstellt, von einer Haspel 12 abgewickelt und dem Richtwerk 10 zugeführt wird. Die Förderung des Drahtes 2 erfolgt durch die Drahtfördervorrichtung 11, welche nach dem Richtwerk 10 angeordnet ist, wonach der Draht 2 durch den Zuführschlauch befördert wird, an dem ein Kabel 8 für die Elektroenergie angeordnet oder in diesen integriert ist. Der Draht 2 wird dann durch das Innere des Handteils 1 geführt und mittels Schlauch 5 exakt zu dem Punkt befördert, an dem das Schweißen stattfindet. Der Bediener, der das Handteil 1 zwischen den Fingern hält, kann mittels Taster 4 den Start und den Stop des Drahtvorschubes steuern.
Die 2 zeigt in schematischer Darstellung das Handteil 1, an dem der Taster 4 in einem Winkel zur Mittellinie 14 von 45° angeordnet ist, wobei der Draht 2 in einem Schlauch 5 durch das Handteil 1 geführt wird. Das Handteil 1 ist für jeden Bediener ergonomisch so angepaßt, daß es eine ergonomische Freimachung 32 für die Finger aufweist. Damit das Handteil 1 für jeden Bediener separat angeschlossen werden kann, sind eine Buchse 6 und ein Stecker 7 mit Kabel zwischen dem Handteil 1 und dem Zuführschlauch 9 mit dem Kabel 8 angeordnet.
In perspektivischer Darstellung ist das Handteil 1 in der 3 gezeigt, wobei der Bediener die Fingerauflage 3 des Handteils 1 zwischen Zeige- und Mittelfinger festhält. Die ergonomisch an den Bediener anpassbare Freimachung 32 erlaubt es eine sehr exakte und ruhige Drahtzufuhr, die durch den Taster 4 für Start/Stop, betätigt durch den Daumen des Bedieners, zu gewährleisten. Im Handteil 1 ist mittig eine Zentrumsbohrung 31 vorhanden, durch die, wie die 2 zeigt, der Schlauch 5 mit dem Schweißdraht 2 geführt wird. Der Anschluß 15 zum Wechseln des Handteils 1 für den jeweiligen Bediener, welcher aus Buchse 6 und Stecker 7 besteht, wird in dieser Darstellung von Handteil 1 verdeckt. Der Winkel 13 des Tasters 4 zur Mittellinie beträgt im vorliegenden Fall 45°.
Die Drahtfördereinrichtung 11 ist in 4 gezeigt, wobei auf der einen Seite einer Grundplatte 18 ein Fördermotor 16 angeordnet ist, der die Förderrolle 17 antreibt, an der der Schweißdraht 2 anliegt, wobei die Andruckrolle 19 ein Kugellager 24 gegen den Draht 2 drückt, so daß dieser durch die Vorrichtung hindurch bewegt wird. Der Anpressdruck wird durch die Federeinheit 23 erzeugt, die gegen die Schwenkwange 20 wirkt, die mittels Federkraft um ihre Achse bewegbar ist und die Achse des Kugellagers 19 in Richtung auf die Förderrolle 17 belastet. Die Federeinheit 23 ist an einer Aufnahme zum Stellen des Anpressdruckes 22 angeordnet, die an der Grundplatte 18 befestigt ist. Wichtig für die einwandfreie und fehlerlose Funktion der Drahtfördereinrichtung 11 ist, dass die Andruckrolle 19 als auch die Förderrolle 17 den Draht 2 zu einem hohen Prozentsatz umschließen um eine optimale Förderung bei einer minimalen Anpresskraft, hervorgerufen durch den Steller 22 zu gewährleisten. Der Anpressdruck der Förderrolle 17 an die Andruckrolle 19 ist individuell auf den Prozess abstimmbar.
Bevor der Draht 2 die Drahtfördereinrichtung 11 erreicht, wird er im Richtwerk 10 gerichtet, welches in 5 dargestellt ist. Das Richtwerk 10 weist Kugellager 24 an Achsen 25 auf, die zwischen zwei Deckplatten 26 angeordnet sind, wobei der Draht 2 zwischen drei Kugellagern 24 hindurchgeführt wird und ein verstellbares Kugellager mittels einer Richtschwinge 27 gegen den Draht 2 gedrückt wird. Der Druck wird durch einen Steller 30 ausgeübt, der gegen ein Gegenlager 29 für den Steller 30 wirkt, so daß ein Einstellen des jeweils zu richtenden Drahtdurchmessers so erfolgen kann, daß der Draht 2 keine Krümmung mehr aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10235617 B1 [0005]
DE 102007006114 A1 [0006]
WO 2008/037548 A1 [0007]

Claims

Zuführeinrichtung für das genaue Zuführen eines Schweißdrahtes für ein gepulstes Laserstrahlschweißsystem, bestehend aus dem Schweißdraht (2), dem Handteil (1), der Zuführung für den Schweißdraht, der Drahthaspel (12), der Drahtfördervorrichtung (11) und dem Richtwerk (10), gekennzeichnet durch – ein Handhabungsteil (1) mit Fingerauflagen (3) für eine Fingerführung, – einem Taster (4), der mit der Drahtfördereinrichtung (11) in Verbindung steht und – einem im Handhabungsteil (1) angeordneten Schlauch (5) für den Schweißdraht (2).
Zuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (4) in einen Winkel (13) von 40 bis 50° von der Mittellinie (15) des Handhabungsteils (1) angeordnet ist.
Zuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (4) mit einer Kraft von ca. 1,6 N auslösbar ist.
Zuführeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fingerauflagen (3) für die Fingerführung ergonomisch der Hand oder den Fingern des jeweiligen Bedieners angepaßt ist.
Zuführeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (5) um den Schweißdraht (2) eine Seele aus Teflon darstellt.
Zuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtfördereinrichtung (11) aus einer Andruckrolle (19) und einer Förderrolle (17) besteht, wobei die Förder- (17) oder die Andruckrolle (19) eine Nut aufweist, die den Draht (2) zu wenigstens 1/3 umschließt und gegen die jeweils andere Rolle (17, 19) drückt und die Förderrolle (17) von einem Fördermotor (16) angetrieben wird.
Zuführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtwerk (10) zwischen Drahthaspel (12) und Drahtfördereinrichtung (11) angeordnet ist.
Zuführeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtwerk (10) aus drei Kugellagern (24) zwischen zwei Deckplatten (26) besteht, wobei ein Kugellager (24) mittels Hebel auf den zu richtenden Draht (2) gedrückt wird, der zwischen den Kugellagern (24) hindurch bewegt wird.