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Bevollmächtigter Vertreter
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Dr. @@. techn. Klaus Heyner Zentrales Büro für Schutzrechte und Neuererbewegung
des Ministeriums für I-ioch- und Fachschulwesen der Deutschen Demokratischen Republik
in der Technischen Universität Dresden 8027 Dresden, Moimnsenstr. 13 Vorrichtung
insbesondere zum Schutzgasschweißen und thermischen rennen
Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung insbesondere zum Schutzgasscnweißen und thermischen Trennen
mit kontinuierlich abschmelzendein Zusatzwerkstoff, bei welcher der Zusatzwerkstoff
von einer Haspel über eine Vorschubeinrichtung der Schweiß- bzw. Schneiddüse zugefüiirt
wird, beispielsweise zum Verbindungsschweißen und Auftragsschweißen bzw.
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zum Trennen von metallischen Werkstoffen sowie von Beton u.a. nichtmetallischen
Werkstoffen.
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Es ist allgemein bekannt, Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen
Art zum kontinuierlichen Schweißen mit draht-oder bandförmigem Zusatzwerkstoff zu
verwenden. Zur Schutzgasschweißung mit kontinuierlich abschmelzenden Drähten oder
Bändern wird das Schutzgas dem Drilt- bzw. Bandende von außen zugeführt. Hierzu
wurden spezielle Schweißdüsen mit äußerer Schutzgaszuführung entwickelt. Der Nachteil
dieser Schutzgaszuführungen besteht in der Instabilität der Schutzgasatmosphäre
beim Schweißen unter Baustellenbedingungen. Da das Schutzgas aus der Schweißdüse
großflächig in relativ großem Abstand vom Schweißbad ausströmt, ist bereits bei
geringer Luftbewegung am Schweißplatz ein sicherer Schutz des Schweißbades nicht
mehr gewährleistet.
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Dies wirkt sich nachteilig auf die Qualität der Schweißnaht aus.
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Wegen der Nachteile von draht- und bandförmigem Zusatz werkstoff beim
Schweißen unter Schutzgas, die ihre Ursache in der komplizierten, schwer kontrollierbaren
Gas- oder Pulverzuführung zum Schweißbad haben, gewinnt die Verwendung von pulvergefüllten
Hohldrähten zunehmende Bedeutung. Hierzu werden Bänder zu Hohldrähten profiliert
und während des Profilierens vor dem Schließen und Verschweißen des kreisringförmigen
Profils mit Pulver gefüllt. Anschließend werden die Pulverdrähte zur Lagerung sowie
für den Transport auf eine Haspel gewickelt. Beim Schweißen werden die mit Pulver
gefüllten
Hohldrähte von der Haspel über eine Vorschubeinrichtung der Schweißdüse zugeführt.
Mit Pulver gefüllte Hohldrähte guter Qualität erfordern eine möglichst dichte und
lückenlose Füllung sowie eine haltbare Umhüllung durch das Hohlprofil. Hierzu hat
man beispielsweise gem. DS-AS 2 515 342 aus zwei Bändern gleichzeitig ein unteres
U-förmiges und ein oberes kreisbogenförmiges Profil kontinuierlich hergestellt,
wobei das obere Profil in das U-Profil eingreift. Hierbei wird das zuvor während
des Profilierens ebenfalls kontinuierlich in das U-Profil eingefüllte Schweißpulver
wenigstens teilweise umhüllt und am Boden des U-Profils gehalten. In der Schlußphase
des Profilierprozesses werden die beiden Profile zusammen so verformt, daß der eingefüllte
Pulverstrang von dem Band mit ursprünglich U-fö#nigen Profil völlig umgeben ist.
Die aneinanderstoßenden Ränder dieses Profils werden verschweißt. Das eingelegte
obere Profil dient zur Festigung des Pulverstranges und deckt die Schweißnaht von
innen ab. Mit dem beschriebenen Verfahren werden die bisherigen Mängel der pulvergefüllten
Hohldrähte, wie unvollständige Füllung, Aufplatzen der Naht, Undichtheiten usw.
weitgehend beseitigt, jedoch ist die Herstellung derartiger Hohldrähte verhältnismäßig
teuer.
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Außerdem muß der pulvergefüllte Hohldraht für die Lagerung, den Transport
und für den kontinuierlichen Abschmelzprozeß auf eine Haspel gebracht werden. Hierbei
treten unerwünschte Spannungen und Verformungen auf, die beim Abhaspeln vor der
Zuführung zur Schweißdüse, beispiels,weise durch einen Richtrolleijsatz beseitigt
werden müssen. Der hierbei auf den Hohldraht auszuübende Druck kann zur :Beschädigung
des Hohl drahtes führen.
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Im Zusammenhang mit der Meeresforschung und ihrer Nutzung durch die
Meerestechnik erhöht sich in letzter Zeit der Umfang an lsontage- und Instandsetzungsarbeiten
unter Wasser, wobei das Schweißen und thermische Trennen unter Wasser zunehmende
Bedeutung erhalten.
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Beim Schweißen unter Wasser mit kontinuierlicher Pulverdraht zuführung
ergeben sich die gleichen bereits beschriebienen Nachteile.
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Das Plasmaschneiden unter Wasser ist auf Grund der notwendigen gerätetechnischen
Ausrüstung verhältnismäßig aufwendig. Außerdem bestehen noch ungelöste Probleme
bezüglich der Stabilität des Schneidprozesses, des hohen Blektrodenverschleißes
sowie der benötigten hohen Stromstärke und des Arbeitsschutzes.
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Die noch bestehenden Schwierigkeiten und verhältnismäßig hohen Kosten
sind offensichtlich Ursache dafür, daß die Pulverdrahtschweißung und das Plasmaschneiden
unter Wasser noch keine breite Anwendung gefunden haben. (Schweißtechnik, Berlin
(1977) 11 5. 486 bzw. 490) Schließlich sind Vorrichtungen zum Wasserstrahlschneiden
unter Wasser bekannt, bei denen mit kontinuierlich abschmelzender Drahtelektrode
gearbeitet wird (Schweißtechnik, Berlin, 27 (1977) 11 S. 490). Bei dieser mit hoher
Produktivität einsetzbaren Vorrichtung besteht der Brenner im wesentlichen aus einer
Kontakt düse zur Stromzuführung, die von einer iasserdüse umgeben ist. Der kreisringförmig
um den Elektrodendraht mit verhältnismäßig hohem Druck zur Trennstelle zugeführte
Wasserstrahl kühlt den Elektrodendraht, stabiliert den Lichtbogen und schleudert
das geschmolzene Ivletall aus der Schnittfuge. Bei dieser Vorrichtung, die in Laborversuchen
auf beschränktem Anwendungsgebiet gute Brgebnisse gebracht hat, bestehen offensichtlich
noch Probleme bei der gerätetechnischen Ausführung für das Trennen in größeren Tiefen
unter Wasser, so daß sich das Wasserstrahlschneiden in der Praxis noch nicht durchsetzen
konnte.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung insbesondere zum Schutzgasschweißen
und thermischen Trennen mit kontinuierlich abschmelzendem Zusatzwerkstoff zu schaffen,
bei der mit verringerten Kosten für den Zusatzwerkstoff eine hohe Qualität der Schweißung
gesichert ist. Für das thermische
Trennen sollen sich bei rationellerer
Arbeitsweise erweiterte Anwendungsmöglichkeiten ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung insbesondere
zum Schutzgasschweißen und thermischen Trennen zu entwickeln, die es gestattet,
die Hohlprofile einfacher herzustellen und auf das Aufhaspeln der Hohlprofile zu
verzichten. Trotz der einfacheren Herstellung des Hohlprofils soll eine lückenlose
Füllung des Hohlprofils mit Schweißpulver und bei Bedarf auch mit Schweißpaste gewährleistet
sein. Die Vorrichtung soll auch für das Schutzgasschweißen mit Hohlprofilen als
Zusatzwerkstoff unter Zuführung von gasförmigen Medien anwendbar sein und ein rationelles
thermisches Trennen von Beton, Gestein u.dgl. sowie das Schweißen und thermische
Trennen unter Wasser gestatten. Für das Schweißen und Trennen mit hoher Qualität
soll eine dichte unbeeinträchtigte Gaszuführung möglich sein. Schließlich soll es
die Vorrichtung gestatten, unter Verzicht auf einen Gasschutz als Zusatzwerkstoff
ungefüllte Hohlprofile oder auch Draht zu verwenden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung
mindestens eine Haspel vorzugsweise mit bandförmigen Zusatzwerkstoff aufweist, der
mindestens eine Profiliereinrichtung zur Herstellung von Hohlprofilen aus dem Zusatzwerkstoff
nachgeordnet ist, die zweckmäßigerweise gleichzeitig als Vorschubeinrichtung ausgebildet
ist. Das vorgenannte Gehäuse besitzt jeweils eine druckdichte Zuführung des Zusatzwerkstoffes
von der Haspel zur Profiliereinrichtung sowie von der Profiliereinrichtung zur Schweiß-bzw.
Schneiddüse Weiterhin besitzt das Gehäuse mindestens einen Anschlußstutzen oder
eine andere Sinrichtung zur Zuführung von flüssigen oder festen oder auch gas-,
pulver- oder pastenförmigen Medien oder Gemischen aus mehreren kledien.
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Die Profiliereinrichtung bzw. -einrichtungen sowie die Haspel bzw.
Haspeln können gemeinsam in einem druckdichten Gehäuse angeordnet sein.
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In einer anderen Variante der Vorrichtung können die Profilliereinrichtung
bzw. -einrichtungen sowie die Haspel bzw.
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Haspeln äeweils in druckdichten Gehäusen angeordnet sein.
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Hierbei ist die Zuführung des Zusatzwerkstoffes von der Haspel zur
Profiliereinrichtung als druckdichte vorzugsweise flexible Verbindung ausgebildet.
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Zur druckdichten Zuführung des Zusatzwerkstoffes von der Profiliereinrichtung
zur Schweiß- bzw. Schneiddüse kann die Schweiß- bzw. ochneiddüse direkt an dem druckdichten
Gehäuse angeordnet sein.
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Zur Erleichterung des Schweißens bzw. Trennens von Hand mit einem
Schweiß- bzw. Schneidbrenner ist zur Zuführung des Zusatzwerkstoffes von der Profiliereinrichtung
zur Schweiß-bzw. Schneiddüse zwischen dem druckdichten Gehäuse und der Schweiß-
bzw. Scirneiddüse eine druckdichte vorzugsweise flexible Verbindung vorzusehen.
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weiterhin ist es denkbar, daß zur Zuführung eines oder mehrerer zusätzlicher
Zusatzwerkstoffe beliebigen Profils durch den Hohlraum des als Hohlprofil ausgebildeten
Zusatzwerkstoffes bzw. neben diesem entsprechende Mittel vorgesehen sind. Als Xlittel
können z.B. eine zusätzliche Haspel mit nachgeordneter Vorschub- oder Profiliereinrichtung
vorgesehen sein.
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Zur Bildung eines abhängigen Lichtbogens kann als zusätzlicher draht-
oder bandförmiger Zusatzwerkstoff eine gegenüber dem als Hohlprofil ausgebildeten
Zusatzwerkstoff isolierte ummantelte endlose Elektrode verwendet werden.
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Zur gleichzeitigen Zuführung mehrerer Hohlprofile oder anderer Profile
als Zusatzwerkstoff kann die vorzugsweise gleichzeitig als Vorschubeinrichtung dienende
Profiliereinrichtung entsprechend ausgebildet oder eine entsprechende Anzahl vorzugsweise
gleichzeitig als Vorschubeinrichtung dienende Profiliereinrichtungen mit einer oder
mehreren vorgeschalteten
Haspeln angeordnet sein. beine rationelle
Lösung wäre denkbar, wenn beispielsweise eine Raspel als Doppelhaspel zur Aufnahme
von zwei Bändern, eines Bandes und eines Drahtes usw. ausgebildet ist und die Profilierrollen
jeweils zwei parallel nebeneinander angeordnete Profile aufweisen oder in der Profiliereinrichtung
jeweils zwei Rollenpaare nebeneinander vorgesehen werden.
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Die Vorrichtung könnte mit und ohne Stromzuführung zum Zusatzwerkstoff
oder zu den Zusatzwerkstoffen ausgebildet sein. Als Mittel für die Stromzuführung
können Kontakt düsen Verwendung finden. Bei Zuführung mehrerer Zusatzwerkstoffe
kann beispielsweise der Schweiß- oder Schneidbrenner eine Kont akt düse und parallel
dazu eine stromlose Düse aufweisen.
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Hierdurch kann mit abhängigen Lichtbogen geschweißt bzw. getrennt
werden.
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Zur Zuführung flüssiger oder gasförmiger Medien durch ein oder mehrere
als Zusatzwerkstoffe verwendete Hohlprofile steht das druckdichte Gehäuse mit einer
oder mit einer entsprechenden Anzahl Druckleitungen in Verbindung. Zweckmäßigerveise
ist der Druck der Gase oder Flüssigkeiten durch bekannte Ifittel einstell- oder
regelbar.
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Zum thermischen Trennen wird als gasförmiges Medium vorteilhafterweise
Sauerstoff verwendet und die Schneiddüse als Kont akt düse ausgebildet.
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Zur Säuberung der Schnittfuge von Schlacke und anderen Rückständen
kann der Schnittfuge ein Wasserstrahl mit hohem Druck zugeführt werden, in dem das
Gehäuse mit einer entsprechenden Druckleitung verbunden ist.
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Der wesentliche Vorteil der ,'rSindung liegt darin, daß die kontinuierliche
Profilierung des Zusatzwerkstoffes zum Schweißen und thermischen Trennen während
des Schweißens bzw. des thermischen Trennens und, soweit gelvünscht, die Füllung
des hergestellten hohlprofils mit Pulver oder Paste in der Vorrichtung zum Schweißen
und thermischen Trennen möglich ist. Wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist
die Anordnung der kombinierten Vorschub- und ProSiliereillrichtung sowie der Zusatzwerkstoffzuführungen
in einem druckdichten
System. Hierdurch ist die Zuführung von gasförmigen
oder flüssigen Medien oder des Pulvers bzw. der Paste unter Druck möglich. Da sowohl
die Haspel als auch die Zuführung des Zusatzwerkstoffes zur Profiliereinrichtung
und die Zuführung des Hohlprofils zur Schweiß- bzw. Schneiddüse in dem druckdichten
System angeordnet sind kann auf eine komplizierte Herstellung eines das Pulver oder
ein anderes Medium sehr dicht umschließenden und beim Transport und im Gebrauch
sehr haltbaren Hohlprofils verzichtet werden. Das gleichzeitige Profilieren in der
Vorschubeinrichtung erspart den Transport und das zusätzliche Aufhaspeln des Hohlprofils.
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Durch Wegfall des zusätzlichen Aufhaspelns entfallen unerwünschte
Verformungen. Trotz dieser Vorteile sind die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen
Vorrichtung niedriger als die Kosten bei getrennter Herstellung einer Profiliert
einrichtung zur Herstellung eines Pulverdrahtes und einer Vorrichtung zur Kontinuierlichen
Zuführung des Pulverdrahtes zur Schweiß- bzw. Schneiddüse. Bemerkenswert ist der
wesentlich erweiterte Anwendungsbereich der Vorrichtung.
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Nachstehend soll die Erfindung an Hand von drei Ausführung#-beispielen
näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1: eine erfindungsgemäße
Vorrichtung für eine automatische Schweißmaschine zum Verbindungsschweißen unter
Schut zgas, #?ig. 2: die schematische Darstellung der Verformungsstufen durch das
Profilieren eines runden Hohlprofils aus bandförmigen Zusat zwerkst off, Fig. 3:
eine erfindungsgemäße Vorrichtung für Handbetrieb zum thermischen Trennen von \Werkstoffen
mit abschmelzendem Zusatzwerkstoff bei SauerstofÎzuS rung unter Druck, Fig. 4j die
Darstellung einer Einrichtung zum Füllen eines als Hohlprofil ausgebildeten Zusatzwerkstoffes
mit Schweißpulver während der Herstellung des Hohlprofils durch die Profiliereinrichtung
im Querschnitt.
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Wie Fig. 1 zeigt, besteht die insbesondere für automatische Schvweißmaschinen
vorgesehene Vorrichtung im wesentlichen aus einer gleichzeitig als Vorschubeinrichtung
wirkende l>rofiliereinrichtung 1 mit Profilierrollen 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9,
die in einem druckdichten Gehäuse 10 angeordnet ist. Der Antrieb der Profilierrollen
2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 erfolgt in bekannter Weise über eine nicht gezeigte Antriebsvorrichtung.
Weiterhin befindet sich in dem Gehäuse æ eine Haspel 11, die der kontinuierlichen
Zuführung eines bandförmigen Zusatzwerkstoffes 12 zur Profiliereinrichtung 1 dient.
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Zwischen der Haspel 11 und der Profiliereinrichtung 1 ist eine Pührungsrolle
13 vorgesehen. Das Gehäuse 10 weist einen Anschlußstutzen 14 für die Zuführung von
Gas auf. Der Druck des Gases ist durch eine nicht dargestellte Einrichtung einstellbar.
Weiterhin ist mit dem Gehäuse 10 eine als elektrische Kontaktdüse ausgebildete Schweißdüse
15 direkt verbunden. Der Schweißdüse 15 wird der von der i'rofiliereinrichtung 1
verformte bandförmige Zusatzwerkstoff 12 als Hohlprofil 16 zugeführt. Der abschmelzende
Zusatzwerkstoff 12 verbindet die Werkstückteile 17; 18.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgendermaßen: L;aCh Einschalten
des Stromes zur Schweißdüse 15 und Bildung des Lichtbogens 19 wird gleichzeitig
mit dem Beginn des Abschmelzens des Hohlprofils 16 der Antrieb für die Profiliereinrichtung
1 eingeschaltet und damit über die Profilierrollen 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 der Vorschub
des zunächst bandförmigen Zusatzwerkstoffes 12 eingeleitet, der hierbei von der
Haspel 11 abläuft. Durch die aus den Profilierrollen 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 gebildeten
vier Profilierrollenpaare erfolgt, wie in Fig. 2 dargestellt, in den vier entsprechenden
Umformungsstufen I; II; III; IV die Umformung des bandförmigen Zusatzwerkstoffes
12 zum Hohlprofil 16,. Während des Schweißprozesses wird der Schweißstelle über
den Anschlußstutzen 14 und das Hohlprofil 16 kontinuierlich Schutzgas in gewünschter
Menge und mit gewünschtem Druck zugeführt.
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itie Fig. 3 zeigt, ist bei einer anderen Variante der erSindungsgemäßen
Vorrichtung, die zum thermischen Trennen von Werkstoffen von Hand vorgesehen ist,
die Anordnung der zeile im Gehäuse 10 gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung
zum Verbindungsschweißen unverändert. Zur leichteren Handhabung ist ein Schneidbrenner
20, der eine ochneiddüse 21 aufweist, über ein flexibles Hohlkabel 22 mit dem Gehäuse
10 druckdicht verbunden. Der zu trennende Werkstoff ist mit 23 bezeichnet.
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Nachdem der nunmehr als Hohlprofil 16 ausgebildete Zusatzwerkstoff
12 auf Schmelztemperatur gebracht wurde, erfolgt durch Zufuhr von Sauerstoff über
den Anschlußstutzen 14, das Gehäuse 10 und das Hohlprofil 16 eine so starke Temperaturerhöhung
durch Verbrennen des Zusatzwerkstoffes, daß der zu trennende werkstoff an der Trennstelle
schmilzt bzw. ebenfalls verbrennt. Gleichzeitig werden die Verbrennungsprodukte
oder auch Schmelzprodukte aus der entstenenden Fuge ausgeblasen.
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Zur kontinuierlichen Herstellung eines pulvergefüllten Hohlprofils
16 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in dem Gehäuse 10 gen. Fig. 4 eine trichterförmige
Einfüllvorriclitung 24 angeordnet, deren Mündung sich in dem vorgeformten jedoch
noch offenen Hohlprofil 16 befindet. Anschließend wird das gefüllte Profil ringförmig
geschlossen. Das gefüllte Hohlprofil wird dann einer entsprechenden #chweißdüse,
beispielsweise der gen. Fig. 1 direkt am Gehäuse 10 angeordneten Schweißdüse 15
zugeführt. Das gefüllte Hohlprofil kann aber auch einer Schweißdüse eines Schweißbrenners
zugeführt werden, der über ein Hohlkabel mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. Bei Zuführung
pulvergefüllter Hohlärähte braucht das Gehäuse 10 nicht druckdicht ausgeführt sein
bzw. kann ein Gehäuse in Form einer Halterung verwendet werden.
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Bei allen Beispielen kann die Haspel 11 sowohl im Gehause 10 als auch
außerhalb des Gehäuses 10 angeordnet sein.
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liatürlicn ist bei zusätzliwier Zuführung von ,chutz- oder Verbrennungsgasen,
Sauerstoff und Flüssigkeiten zur Schweiß-oder Trennstelle die Zuführung des Zusatzwerkstoffes
12 zum
Gehäuse 10 druckdicht zu gestalten. Dichtprobleme werden
weitgehend vermieden, wenn die Haspel 11, wie in Fig. 1 gezeigt, zusammen mit der
Profiliereinrichtung 1 in einem Gehäuse 10 untergebracht ist oder wenn sich die
Haspel 11 und die Profiliereinrichtung 1 jeweils in einem druckdichten Gehäuse 10
befinden. Im letztgenannten Fall ist für die Zuführung des bandförmigen Zusatzwerkstoffes
12 von der Haspel 11 zur Profiliereinrichtung 1 druckdichtes flexibles Hohlkabel
zwischen den beiden Gehäusen vorgesehen.
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Die Variante gem. Fig. 3 ist insbesondere bei Zuführung von Sauerstoff
vorteilhaft zum thermischen rerulen von Werkstoffen unter Wasser, z.B. zum Trennen
von Schiffsteilen, zu verwenden. Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Vorrichtung
zum Schweißen ist auch für Reparaturschweißungen an Schiffen unter Wasser einsetzbar.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen zur Patentanmeldung "Vorrichtung
insbesondere zum Schutzgasschweißen und thermischen frelmen" 1 Profiliereinrichtung
2 3) 4 ) 5 ) 6 Profilierrollen 7 ) 9 10 Gehäuse 11 Haspel 12 Zusatzwerkstoff 13
Führungsrolle 14 Ansonlußstutzen 15 Schweißdüse 16 Hohlprofil 17) Werkstückteil
18 19 Schneidbrenner 20 Schneiddüse 21 Ilohlkabel 22 der zu trennende Werkstoff
I) II ) III Umformungsstufe III) XV
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