DE1267066B - Einrichtung zur Hoehen- oder Seitenverstellung eines Schweiss- oder Schneidbrenners - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W7WW> PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B23k

Deutsche Kl.: 49 h - 34/Θ1 fr

Nummer: 1 267 066

Aktenzeichen: M 662891 b/49 h

Anmeldetag: 11. August 1965

Auslegetag: 25. April 1968

Die Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf eine Einrichtung zum Konstanthalten des Abstandes eines Schweißbrenners, Schneidbrenners od. dgl. vom Werkstück während dessen Relativbewegung zu diesem, Diese Konstanthaltung des einmal eingestellten zweckmäßigsten Abstandes über der Werkstückoberfläche ist notwendig zum Erzielen guter und gleichbleibender Arbeitsergebnisse über die gesamte Länge des Werkstückes. Bei Werkstücken mit stark unregelmäßig verlaufender Oberfläche muß die Höhenveränderung möglichst trägheitslos erfolgen. Die Abtastung soll weiterhin erschütterungsfrei sein, um das Schneidbild oder das Schweißbad nicht ungünstig zu beeinflussen.

Beim Schneiden oder Schweißen von Hand wird bisher die erforderliche Höhenveränderung mehr oder weniger gleichmäßig von dem Arbeiter vorgenommen. Bei fest eingespanntem Brenner und maschinellem Schweißen oder Schneiden erfolgt vielfach das Nachstellen des Brenners von Hand über geeignete Spindeln oder Übersetzungen. Auch ist eine Höhenverstellung mit einem elektrischen Motor, der Über ein Getriebe den in Führungen verschiebbaren Brenner bewegt, bekannt, bei der die Steuerimpulse dem Motor durch eine in kurzen Zeitabständen die Werkstückoberfläche berührende Tasteinrichtung erteilt werden. Der Ersatz der mechanischen Tasteinrichtung durch eine die elektrische Kapazität zwischen dem Werkstück und einem Fühlerschuh ausnutzende Einrichtung ist ebenfalls nicht neu. Außerdem wird bei den mit gleicher Lichtbogenspannung arbeitenden elektrischen Schweißverfahren diese zur Regelung verwendet.

Bei diesen Einrichtungen ist ihre Genauigkeit zu gering und ihr Ansprechen zu träge; andere werden durch die Flamme oder den Lichtbogen des Brenners unter Umständen in unerwünschter Weise beeinflußt, usw.

Gemäß der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch die Verwendung einer Staudüse als Höhen- oder Seitenverstelleinrichtung eines Schweiß- oder Schneidbrenners auf einen vorgegebenen Abstand von dem Werkstück, wobei der Brenner in unmittelbarer Nähe der Düse angeordnet ist.

Eine solche Staudüse ist zwar an sich bekannt und wird zu Meßzwecken, nicht aber zur Steuerung von Schneid- oder Schweißbrennern benutzt.

Mit der erfindungsgemäßen pneumatisch arbeitenden Einrichtung, die mit einer vorzugsweise hydraulisch betätigten Verstelleinrichtung für den Brenner gekoppelt ist, ist eine sehr rasche und feinfühlige Verstellung möglich, die unbeeinflußt von mechani-

Einrichtung zur Höhen- oder Seitenverstellung eines Schweiß- oder Schneidbrenners

Anmelder:

MESSER GRIESHEIM

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,

6000 Frankfurt, Krifteler Str. 1-47

Als Erfinder benannt:

Siegfried Hahne, 4131 Rheinkamp-Baerl

ao sehen Ubertragungsfehlern arbeitet. Die Abtasteinrichtung kann zusammen mit dem Brenner in jeder beliebigen Lage zum Werkstück angeordnet und z. B. auch beim Überkopfschweißen verwendet werden.
Der aus der Staudüse austretende Luftstrahl hat im allgemeinen einen Durchmesser von 1 bis 3 mm, und der Druck des Luftstrahles wird ebenfalls gering gehalten, etwa in der Größenordnung von 100 mm WS. Dies ergibt den Vorteil einer leichten Regelung der Druckdifferenz, einer leichten Bauweise der Regelvorrichtung, eines geringen Luftverbrauchs und einer Nichtbeeinflussung der Autogenflamme bzw. des Lichtbogens oder Schutzgasstrahles.

Da die erfindungsgemäße Steuerung sehr feinfühlig ist und eine schnelle Ansprechbarkeit aufweist, ist es zweckmäßig, wenn die Staudüse, in Bewegungsrichtung des Brenners gesehen, neben diesem angeordnet ist.

Um eine Beeinträchtigung des Staustrahles durch Metall- und Schlackespritzer bzw. ein Zusetzen der Düse zu vermeiden, wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Mündung der Staudüse vom Brenner weg gerichtet ist.

Eine solche vom Brenner weg gerichtete Staudüse trägt ferner der Tatsache Rechnung, daß beim Schweißen und Schneiden ein die Flamme bzw, den Lichtbogen beeinflussender Luftstrom unerwünscht ist.

Der Luftstrahl der Staudüse ist in den meisten Fällen direkt auf das Werkstück gerichtet. In manchen Fällen dürfte jedoch eine indirekte Abtastung des Werkstückes durch den Luftstrahl zweckmäßiger sein. Um beim Schweißen einer V-Naht beispiels-

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weise Ungleichmäßigkeiten in der Fugentiefe oder gen 19, 20, an die je eine Leitung'21 bzw. 22 an-

-breite durch entsprechende Brennerhöhenverstellung geschlossen sind. An der anderen Seite führt eine

ausgleichen zu können, empfiehlt es sich, einen Leitung 23 in das Gehäuse und zu dem hohl aus-

Brennerwagen mit einer Abtastrolle vorzusehen, die gebildeten Steuerglied 17, durch die Öl unter einem

in der Schweißfuge dem Brenner voraneilt. Die in- 5 gewissen Druck hineinfließt

direkte Abtastung kann in diesem Fall derart erfol- Die Leitungen 21, 22 führen zu der Brennerhöhengen, daß der Luftstrahl der Staudüse auf die Prall- verstellvorrichtung. Diese besteht nach F i g. 2 aus fläche des Brennerwagens gerichtet ist. . , einem Servomotor (Kolben 24 mit Zylinder 25). Die Bei der Verschweißung zweier Bleche kann es beiden Leitungen 21, 22 münden in den Zylinder 25 ferner vorkommen, daß eines der beiden Bleche Un- io auf je einer Seite des Kolbens 24. Dieser ist befestigt regelmäßigkeiten aufweist, während die Oberfläche auf einem Hohlzylinder 29, der an seinem oberen des anderen Bleches gleichmäßig ist. Um den Ende mit einer Deckplatte 30 versehen ist, auf der Schweißbrenner auch solchen Gegebenheiten an- ein von Hand oder motorisch antreibbares Zahnritzel passen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschla- 31 befestigt ist. Dieses Ritzel 31 steht im Eingriff mit gen, daß zwei Staudüsen angeordnet sind, von denen 15 einer Zahnstange 32, welche auf die Brennerstange 4 jede auf eines der beiden zusammenzuschweißenden aufgeschraubt ist. Die Brennerstange 4 ist in der Werkstücke gerichtet ist. Deckplatte 30, dem Kolben 24 und der unteren Deck-Die beiden Staudüsen arbeiten zweckmäßig auf platte 33 verschiebbar angeordnet. Diese Konstrukeine Membran, so daß ein Mittelwert gebildet und tion ermöglicht eine Verstellung der Brennerhöhe under Brenner auf den mittleren Abstand zu den beiden 20 abhängig von der Staudrucksteuerung und dient zur Oberflächen eingestellt wird. Es erfolgt dann eine Grobeinstellung vor Beginn eines Arbeitsprozesses. Mittelwerteinstellung. Das Steuerglied 17 stellt einen bekannten Strahl-Die Erfindung ist in der Zeichnung und der nach- rohrregier dar. Das dem Steuerglied zugeführte folgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt Medium, vorzugsweise öl, tritt aus dessen sich düsen-F i g. 1 in schematischer Form den Aufbau eines 25 förmig verengender Spitze mit großer Geschwindig-Ausführungsbeispiels mit einer Staudüse, keit aus. Der Strahl trifft die beiden schneidenartig Fig. 2 einen Schnitt durch die Brennerhöhenver- nebeneinanderliegenden Öffnungen 19, 20 von gleistellvorrichtung, chem Durchmesser. Die Geschwindigkeitsenergie des F i g. 3 die gerade und die abgebogene Form der Strahles setzt sich im Servomotor 24, 25 wieder in Staudüse, 30 Druck um. Die Lage des Strahlrohres ist abhängig Fig. 4 die Anordnung von zwei Staudüsen an zu- von der Kraft des auf der einen Seite am Strahlrohr einander versetzten Blechoberflächen, 17 angreifenden Meßsystems (Staudüse und Mem-F ig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit Abtastung über bran) und des auf der anderen Seite angreifenden einem Laufrad zum Führen des Brenners, Einstellsystems (Feder 18, eingestellt auf Sollwert). Fig. 6 eine Seitenansicht der Einrichtung nach 35 Ist der Staudruck gleich dem Sollwert, so halten F i g. 5, sich die Kräfte des Meßsystems und des Einstell-Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Führung des systems das Gleichgewicht, und das Strahlrohr steht Brenners an den durch Kantenvorbereitung entstan- in der Mittellage, der Druck auf beide Leitungen 21, denen Flächen, 22 und damit auf beide Seiten des Kolbens ist gleich F i g. 8 eine Draufsicht auf F i g. 7, 40 groß. Sobald sich der Staudruck ändert, verändern Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel zur Seitenführung die Membran und das mit ihr verbundene Strahlrohr mittels einer Staudüse, ihre Lage, und es strömt in die eine oder andere Fig. 10 eine Draufsicht auf Fig. 9. Leitung mehr Öl, so daß der Kolben24 und damit Gemäß F i g. 1 sollen zwei Bleche, von denen nur der Brenner 2 seine Stellung verändert,
eines dargestellt und mit 1 bezeichnet ist, mittels eines 45 Diese Steuerung arbeitet praktisch reibungs- und Brenners 2 zusammengeschweißt werden. Der massefrei und hat eine große Betriebssicherheit.
Brenner 2 ist über einen ihn fest umschließenden Die Staudüse 51 nach Fig. 3 trägt der Tatsache Arm 3 an einer in senkrechter Richtung verschieb- Rechnung, daß beim Schweißen und Schneiden ein baren Stange 4 befestigt, die Teil der Brennerhöhen- die Flamme bzw. den Lichtbogen beeinflussender verstellung ist, auf die später eingegangen wird. Mit 50 Luftstrom unerwünscht ist. Die Staudüse 5' ist daher dem Brenner verbunden sind ferner die Leitungen 26, in ihrem unteren Teil vom Brenner weg abgebogen, 27, 28 für die Zuführung der notwendigen Energien, wobei die Stirnseite zur Werkstückoberfläche planz. B. elektrischer Strom, Schutzgas, Kühlwasser. parallel ausgebildet ist. Dadurch bedingt hat die Aus-Arn Brenner 2 ist über eine Klemmverbindung die trittsöffnung einen ellipsenförmigen Querschnitt. Es Staudüse 5 befestigt, aus der ein Luftstrahl 6 austritt. 55 können aber auch beliebige andere Querschnitte ver-Der Staudüse 5 wird über die Leitungen 7, 8, 9 z. B. wendet werden. Eine Normalausführung einer Stauaus einem Preßluftnetz Luft zugeführt, wobei zur düse 5 im Schnitt ist ebenfalls dargestellt.
Reduzierung des Druckes in der Leitung 9 ein Druck- Zu dem in F i g. 4 dargestellten Zusammenschweiminderer 10 und in der Leitung 8 ein Drosselventil ßen zweier mit ihren Oberflächen nicht ganz in einer 11 vorgesehen ist. An die Leitung 7, in der ein Druck 60 Ebene liegender Bleche 48, 49 werden zwei Stauvon z.B. 100 mm WS herrscht, ist eine Leitung 12 düsen 5, 35 zur Einstellung des Brenners auf den jeangeschlossen, die zu einer Membransteuerung 13 weiligen Mittelwert verwendet. Jeder Staudüse ist ein führt. Leitungssystem 7, 8, 9 bzw. 34, 36, 37 zugeordnet, in Diese besteht aus einem Gehäuse 14, in dem eine dem ein Druckminderer 10 und ein Drosselventil 11 Membrane 15 befestigt ist, die über eine Stange 16 65 vorgesehen sind. Die Leitungen 12 und 38 von jedem auf ein Steuerglied 17 einwirkt, gegen das eine in System führen zu der Membran 39, und zwar auf j& ihrer Kraft einstellbare Feder 18 drückt. An der einen eine Seite dieser Membran. An der Membran ist eine Seite des Gehäuses befinden sich zwei Auslaßöffnun- Stange 40 befestigt, die auf ein Steuerglied 41 ein-

Claims (1)

1. wirkt, gegen das eine in ihrer Kraft einstellbare Feder daß sich die Zahnstange 32 nicht mehr senkrecht zum

   42 drückt. Die Feder ist auf einen Sollwert eingestellt, Blech 1, sondern parallel zu diesem befindet, und den

   der dem gewünschten Abstand des Brenners vom Brenner 2 mit der Staudüse S nach erfolgter Schwen-

   Werkstück entspricht. Ändert sich die Höhendifferenz kung der Höhenverstellvorrichtung ebenfalls um 90°

   zwischen den beiden Blechoberflächen, so verändern 5 zu verschwenken, so daß beide wieder senkrecht auf

   sich die auf beide Membranseiten ausgeübten Drücke, Blech 1 gerichtet sind. Die Staudüse 5 wird dazu so

   und das Steuerglied wird entsprechend dem Mittel- auf die Kante des Bleches eingestellt, daß nur etwa

   wert der beiden Staudruckänderungen verstellt und die Hälfte des Luftstrahles auf die Blechoberfläche

   beeinflußt die Höhenverstellvorrichtung entspre- auftrifft. Bei der Relativbewegung des Brenners zum

   chend. io Werkstück übernimmt die Staudüse die Bestimmung

   Steigen dagegen die beiden Blechoberflächen in der Bewegungsrichtung und gibt bei Veränderung des gleicher Weise nach oben an oder fallen nach unten freien Staudüsenquerschnittes bzw. des auf die Werkab (Schräge oder andere Erhebung), dann verändern Stückoberfläche auftreffenden Luftstrahlquerschnittes sich die Drücke auf beiden Seiten der Membran einen entsprechenden Steuerimpuls an die Höhen-, gleichmäßig, und es findet eine Verstellung des 15 jetzt Seitenverstellvorrichtung.
   Steuergliedes mit entsprechender Beeinflussung der An Stelle einer einzelnen Staudüse können auch Höhenverstellvorrichtung statt. bei der Seitensteuerung zwei Staudüsen 63, 64 angeln der gleichen Weise wird das Steuerglied ver- ordnet werden, wie die Fig. 9 und 10 zeigen. Die stellt, wenn sowohl beide Oberflächen nach oben an- beiden Staudüsen sind etwa mit ihrer Düsenmitte auf steigen, als auch die Höhendifferenz zwischen den 20 die zugehörige Kante des Bleches 65 bzw. 66 einge-Oberflächen sich verändert. stellt. Bei schmalen Luftspalten ist es vorteilhaft, die

   Von der Membransteuerung 42 führen Leitungen Staudüsen nicht senkrecht, sondern schräg gegen die

   44 und 45, die den Auslaßöffnungen 46 bzw. 47 zu- Kante zu richten, wie in F i g. 9 dargestellt. Von den

   geordnet sind, zu dem Servomotor 24, 25, der in der Staudüsen führen Leitungen 67, 68 zu einer Mem-

   in F i g. 2 dargestellten Weise ausgebildet ist. 25 bransteuerung, die mit der nach F i g. 4 überein-

   Werden die zusammenzuschweißenden Bleche 69, stimmt. Die Membransteuerung überträgt die 70 mit einer Kantenvorbereitung versehen, z. B. für Steuerimpulse auf die Höhen-, jetzt Seitenverstellvoreine V-Naht 71, so hat es sich als zweckmäßig er- richtung in der bei F i g. 4 beschriebenen Weise. Mit wiesen, den Brennerabstand von der Oberfläche der 69 ist eine Schweißbadunterstützung bezeichnet,
   vorbereiteten Schweißkante aus zu bestimmen. Zu 30 Bei Blechen mit Kantenvorbereitung kann die Eindiesem Zweck wird vorgeschlagen, die am Brenner 2 richtung nach den F i g. 7 und 8 ebenfalls zur Seitenbefestigte Staudüse 54 auf die Prallplatte 56 eines steuerung verwendet werden. Auch hier ist nur ein Brennerwagens 50 zu richten, der sich an den Verschwenken der Höhenverstellvorrichtung, des Schweißkanten, z. B. in der vorbereiteten V-Naht der Brenners und der Staudüse um jeweils 90° erbeiden Bleche, entlangführt. 35 forderlich.

   Wie F i g. 5 und 6 zeigen, hat der Brennerwagen 50 Das gleiche trifft zu für die Einrichtung nach den

   ein Laufrad 51, das an einer Schubstange 52 drehbar F i g. 5 und 6, auch diese kann mit der gleichen

   gelagert ist, die in einem Halter 53 in vertikaler Rieh- Membran zur Seitensteuerung verwendet werden,

   tung gleitbar geführt ist. Der Halter 53 ist an dem Beim Schweißen oder Schneiden an senkrecht oder

   feststehenden Teil25 (Fig. 2) der Brennerverstell- 40 geneigt angeordneten Werkstücken brauchen zur

   vorrichtung befestigt. An Stelle eines Laufrades kann Seitensteuerung lediglich der Brenner und die Stau-

   auch ein Kugelkopf verwendet werden. düse um 90° oder entsprechend verstellt zu werden.

   Die Staudüse 54 ist über einen Halter 55 fest mit Die Einrichtung nach der Erfindung kann auch für

   dem Brenner 2 verbunden, und der aus der Staudüse Kehlnähte verwendet werden, wobei der Brenner

   austretende Luftstrahl ist auf die am oberen Ende 45 und damit auch die Staudüse schräg gestellt wird. Sie

   der Schubstange 52 befestigte Prallplatte 56 gerichtet. kann ferner auch für das Aneinanderschweißen von

   Die Beeinflussung der Brennerhöhenverstellung er- Rohren und für das Aufschweißen von Rohrdeckeln

   folgt in gleicher Weise, wie in F i g. 1 dargestellt. verwendet werden. Auch für das Konturenschweißen

   Es können gemäß einem weiteren Vorschlag der mit gleichzeitig bewegtem Brenner und Werkstück ist

   Erfindung auch zwei Staudüsen nach F i g. 7 und 8 5° sie verwendbar.

   verwendet werden, von denen jede auf die ab- In den Ausführungsbeispielen erfolgt die Begeschrägte Fläche eines der mit einer Kantenvor- tätigung der Brennerhöhen- bzw. -seitenverstellvorbereitung versehenen Bleche 69, 70 gerichtet ist. Die richtung hydraulisch. Es ist aber auch möglich, die Staudüsen sind mit 57 und 58 bezeichnet und an Betätigung pneumatisch durchzuführen oder unter einem Rohr 59 befestigt, das fest mit dem Brenner 2 55 Umständen elektromotorisch,
   verbunden ist. An die Staudüsen sind Leitungen 60,
   61 angeschlossen, die zu einer Membransteuerung 13'

   nach Fig. 4 führen. Die Beeinflussung der Höhen- Patentansprüche:
   verstellung erfolgt in der gleichen Weise.

   Bisher wurde die Erfindung beschrieben in ihrer 60 1. Verwendung einer Staudüse als Höhen- oder

   Anwendung bei der Regulierung des Brenners auf Seitenverstelleinrichtung eines Schweiß- oder

   konstanten Abstand von einer oder von zwei Blech- Schneidbrenners auf einen vorgegebenen Abstand

   oberflächen. Die gleiche Einrichtung ist aber auch von dem Werkstück, wobei der Brenner in

   anwendbar zum Entlangführen des Brenners an einer unmittelbarer Nähe der Düse angeordnet ist.

   Kante, Schweißfuge od. dgl. Zu diesem Zweck ist es 65 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch

   z. B. bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ledig- gekennzeichnet, daß die Staudüse, in Be-

   lich erforderlich, die an der Platte 62 befestigte wegungsrichtung des Brenners gesehen, neben

   Höhenverstellvorrichtung um 90° zu schwenken, so diesem angeordnet ist.

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Staudüse vom Brenner weg gerichtet ist.

   4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrahl der Staudüse auf die Prallfläche eines Brennerwagens gerichtet ist.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1 zum Schweißen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Staudüsen angeordnet sind, von denen jede auf eines der beiden zusammenzuschweißenden Werkstücke gerichtet ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenverstelleinrichtung verschwenkbar ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 720 391;

   Hütte, II, Des Ingenieurs Taschenbuch, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin, 28. Auflage, 1954, S. 1246, Bild 31a;

   Zeitschrift »Industrie-Anzeiger«, Essen,
   8. März 1957, S. 291, Bild 1.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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