DE4320405A1 - Verfahren und Vorrichtung zur schlupffreien Förderung von Draht - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur schlupffreien Förderung von DrahtInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
schlupffreien Förderung von Draht, insbesondere als
Zusatzmaterial für Schweißprozesse sowie eine
Vorrichtung zur schlupffreien Förderung von Draht zu
einer Verbrauchsstelle, insbesondere zu einer
Schweißstelle. Das bevorzugte Anwendungsgebiet der
vorliegenden Erfindung ist die Förderung von draht
förmigem Schweißzusatzmaterial.
In der gesamten Schweißtechnik besteht das Erfordernis,
je nach den Bearbeitungsbedingungen, drahtförmigen
Zusatzwerkstoff dem Schweißprozeß zuzuführen. Die
Zufuhr von drahtförmigem Zusatzwerkstoff ist bei
spielsweise zur Überbrückung von Spalten oder zur
Gefügeverbesserung notwendig. Dabei muß sich ändernden
Fügespaltgeometrien durch eine angepaßte Drahtmenge
Rechnung getragen werden, d. h., die Drahtförderleistung
muß über die Drahtgeschwindigkeit geregelt werden.
Bei konventionellen Antrieben nach dem Stand der
Technik ziehen die Vorschubrollen den Draht unmittelbar
von der Drahtrolle und führen ihn dem Prozeß zu. Dabei
sind die Drahtrollen meistens durch Reibungskräfte
zusätzlich gebremst, um nach Abschalten der Drahtzufuhr
ein unerwünschtes Abrollen des Drahtes zu vermeiden.
Bei Mehrbedarf an Draht muß somit der Vorschubmotor die
Drahtrolle mitbeschleunigen und ihre Trägheit
überwinden. Der so unvermeidbare Schlupf zwischen
Antriebsrolle und Draht macht die Drahtzuführung
ungenau.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Förderung
von Draht schlupffrei zu gestalten, so daß die bei
einem Be- oder Verarbeitungsprozeß benötigte
Drahtmenge mengenmäßig exakt zugeführt werden kann. Ein
weiteres der Erfindung zugrundeliegendes Problem ist
es, den Draht mit geringen Andruckkräften fördern zu
können und den Draht somit weniger zu deformieren.
Weiterhin soll mit der vorliegenden Erfindung das
Beschleunigungsvermögen des Drahtes erhöht, damit durch
möglichst schnelles Bremsen und Beschleunigen auf
Bedarfsänderungen schnell reagiert werden kann,
beispielsweise beim Schweißen bei sich ändernden
Spaltweiten oder beim Schweißen mit gepulster Laser
strahlung.
Eine erfindungsgemäße Lösung besteht im Verfahren gemäß
Anspruch 1 sowie in einer Vorrichtung im Anspruch 4.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen
sind in den Unteransprüchen 2 bis 18 angegeben.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen
insbesondere darin, daß durch die kraftfreie
Entkoppelung von Drahtzufuhr und Drahtrolle die
Förderung des. Drahtes schlupffrei gestaltet werden
kann. Dies ermöglicht es, die beim jeweiligen Bear
beitungsprozeß, beispielsweise beim Schweißen, benötigte
Drahtmenge mengenmäßig exakt zuführen zu können. Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß
nur geringe Andruckkräfte zur Förderung des Drahtes
erforderlich sind und dieser somit nur geringfügig oder
überhaupt nicht deformiert wird. Die kraftfreie
Entkopplung von Drahtzufuhreinheit und Drahtrolle hat
außerdem den Vorteil, daß ein schnelles Bremsen und
Beschleunigen des Drahtes möglich ist und somit auf
Bedarfsänderungen, wie z. B. bei sich ändernden Spalt
weiten, schnell reagiert werden kann. Hierfür ist eine
Kombination mit schnellen Regelsystemen, z. B.
Spaltweitenerkennung oder On-Line-Prozeßüberwachung von
Vorteil.
Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß den Unteransprüchen 5 bis 8 hat ferner den
Vorteil, daß sie in einfacher und kostengünstiger Weise
in bestehende Drahtfördereinrichtungen integriert
werden kann, ohne daß hierfür aufwendige Umbauten
erforderlich wären. Die Ausgestaltung der erfindungs
gemäßen Vorrichtung mit einem variierbaren Platten
abstand gemäß Unteranspruch 16 hat schließlich den
Vorteil, daß eine einfache Anpassung an unterschied
liche Drahtdicken möglich ist.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des
allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im
übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht
näher erläuterten, erfindungsgemäßen Einzelheiten
ausdrücklich verwiesen wird.
Es zeigen:
Fig. 1: Schematische Darstellung einer erfindungs
gemäßen Drahtförderungseinrichtung für den
Anwendungsfall des Schweißens
Fig. 2: Vergrößerte Darstellung des Drahtreservoirs
aus Fig. 1 mit weiteren Einzelheiten in Auf
sicht (links) und in Seitenansicht
(rechts).
Die vorliegende Erfindung soll im folgenden anhand
eines Ausführungsbeispiels für das bevorzugte Anwendungs
gebiet, das Schweißen, näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen Schweißprozeß an einem Werkstück 1
mit einem Laserstrahl 2. Der als Zusatzmaterial
benötigte Draht 3 wird von einer mit einem geeigneten
Motor ausgestatteten Drahtzufuhreinheit 4 an die
Schweißstelle geführt. In der Drahtvorratseinheit 5
befindet sich eine Drahtvorratsrolle 6, von der mit
einem Abhaspelmotor 7 der Draht 3 abgezogen wird. Um
die Drahtzufuhreinheit 4 und die Drahtvorratseinheit 6
voneinander zu entkoppeln ist ein Drahtreservoir 8
vorgesehen, in dem eine Drahtschlaufe als Mengenpuffer
zur Weiterförderung zur Verfügung gehalten wird. Die
Drahtvorratseinheit 5, die Drahtzufuhreinheit 4 und das
Drahtreservoir 8 sind mit einer Steuerungseinheit 9
verbunden, die entsprechend dem jeweiligen Bedarf an
Draht, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und sonstigen
relevanten Parametern die Drahtzufuhreinheit 4 zur
Entnahme von Draht 3 aus dem Drahtreservoir 8 ansteuert
und eine bestimmte Menge Draht im Drahtreservoir 8 auf
rechterhält, indem durch Ansteuerung der Drahtvorrats
einheit 5 der Abhaspelmotor 7 die entsprechende Menge
an Draht von der Drahtvorratsrolle 6 abzieht.
Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht das Drahtreservoir
8 aus zwei dicht beieinanderliegenden Platten 10,
zwischen denen eine Drahtschlaufe als Mengenpuffer
liegt. Der Abstand der beiden Platten ist dabei etwas
größer als der Durchmesser des zu fördernden Drahtes 3.
Der Draht 3 wird durch eine Drahtführungseinrichtung 11
in den Plattenzwischenraum ein- und ausgeführt. Diese
Drahtführungseinrichtung 11 besteht in einer einfachen
Ausführung aus einer runden oder quadratischen Scheibe,
in der sich Kanäle befinden, die vorzugsweise parallel
zu den Platten 10 des Drahtreservoirs 8 und senkrecht
zueinander verlaufen, wobei der Abstand der Kanäle am
Kreuzungspunkt möglichst klein sein soll. Unter
Umständen können auch federnd gelagerte Rollen
zusätzlich oder allein vorgesehen werden, wobei eine
Nut in den Rollen eine bessere Führung des Drahtes
ermöglicht. In der Nähe des Kreuzungspunktes der
Drahtschlaufe ist eine Sperre 12 vorgesehen, die
beispielsweise als zylinderförmiger Bolzen zwischen den
Platten 10 ausgebildet sein kann, und die verhindern
soll, daß die Drahtschlaufe zu stark zusammengezogen
wird und unter Umständen blockiert. Die Sperre 12
bestimmt auch die minimale Füllmenge des Draht
reservoirs 8. Mit einer Mengensensorik 13 wird die Lage
der Drahtschlaufe zwischen den Platten 10 erfaßt und
somit der Füllstand im Drahtreservoir 8 erkannt. Diese
Meßdaten werden der Steuerungseinheit 9 zugeleitet. Die
Mengensensorik 13 kann beispielsweise als eine Leucht
diodenzeile mit gegenüberliegenden Photosensoren ausge
bildet sein.
Bei plötzlich steigendem Drahtbedarf zieht der Motor
der Drahtzufuhreinheit den Draht 3 kraft frei aus dem
Drahtreservoir 8. Es muß also kein Schlauchpaket
verwendet werden, da der Draht 3 nur gezogen wird.
Hierdurch entfallen Reibungskräfte zwischen Draht und
Seele. Die im Drahtreservoir 8 geringer werdende Menge
wird durch die Mengensensorik 13 erkannt. Die Störungs
einheit 9 veranlaßt dann den Abhaspelmotor 7, das
Drahtreservoir 8 entsprechend wieder aufzufüllen.
Aufgrund der konstruktiven Auslegung des Systems muß
der Motor der Drahtzufuhreinheit somit nur die Masse
des Drahtes 3 beschleunigen. Da kein Schlauchpaket
verwendet werden muß und der Drahtauslauf z. B. durch
Rollen realisiert werden kann, gehen die Reibungs
kräfte praktisch gegen Null. Aufgrund der so erreichten
Schlupffreiheit und hohen Dynamik des Systems ergeben
sich die erfindungsgemäßen Vorteile, die weiter oben
aufgeführt sind. Diese Vorteile wirken sich
insbesondere bei hohen Schweißgeschwindigkeiten positiv
aus, da beispielsweise zum einwandfreien Überschweißen
von Heftstellen ein schnelles Bremsen und Beschleunigen
des Drahtes notwendig ist. Weiterhin ermöglicht die
vorliegende Erfindung ein exaktes Zuführen des Drahtes
beim Schweißen mit einem gepulsten Laser, auch bei
hohen Pulsfrequenzen.
Das Drahtreservoir 8 kann, insbesondere in der zuvor
beschriebenen Ausführungsform direkt neben der Draht
vorratseinheit positioniert werden, so daß der Bauraum
des gesamten Systems aufgrund der schnellen und
einfachen Bauweise des Drahtreservoirs nur unwesentlich
größer wird.
Ohne Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens
können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs
gemäße Vorrichtung nicht nur beim Schweißen zur
Anwendung kommen, sondern generell bei allen Arten von
Ver- oder Bearbeitungsprozessen, bei denen Draht vorteil
hafterweise schlupffrei zu einer Verbrauchsstelle
gefördert werden muß, beispielsweise zur Konfektio
nierung des Drahtes oder für Verpackungszwecke.
Bezugszeichenliste
1 Werkstück
2 Laserstrahl
3 Draht
4 Drahtzufuhreinheit
5 Drahtvorratseinheit
6 Drahtvorratsrolle
7 Abhaspelmotor
8 Drahtreservoir
9 Steuerungseinheit
10 Platten
11 Drahtführungseinrichtung
12 Sperren
13 Mengensensorik
2 Laserstrahl
3 Draht
4 Drahtzufuhreinheit
5 Drahtvorratseinheit
6 Drahtvorratsrolle
7 Abhaspelmotor
8 Drahtreservoir
9 Steuerungseinheit
10 Platten
11 Drahtführungseinrichtung
12 Sperren
13 Mengensensorik
Claims (18)
1. Verfahren zur schlupffreien Förderung von Draht,
insbesondere als Zusatzmaterial für Schweißprozesse
dadurch gekennzeichnet, daß der Draht von einer
Drahtvorratseinheit entnommen und einer Drahtzufuhrein
heit zugeführt wird, und daß zwischen der Drahtvorrats
einheit und der Drahtzufuhreinheit eine Drahtschlaufe
innerhalb vorgebbarer Grenzen als Mengenpuffer mit
Hilfe einer Mengensensorik und einer Steuerungseinheit
aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Drahtschlaufe
möglichst reibungsfrei fixiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtschlaufe im
Kreuzungsbereich vorzugsweise einen rechten Winkel
ausbildet.
4. Vorrichtung zur schlupffreien Förderung von Draht zu
einer Verbrauchsstelle insbesondere zu einer
Schweißstelle, mit einer Drahtvorratseinheit und einer
Drahtzufuhreinheit,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Drahtvorratsein
heit und der Drahtzufuhreinheit ein Drahtreservoir
vorgesehen ist, daß das Drahtreservoir eine
Mengensensorik aufweist, daß die Drahtvorratseinheit,
die Drahtzufuhreinheit und das Drahtreservoir mit einer
Steuerungseinheit verbunden sind, und daß im Drahtreservoir
stets eine, innerhalb vorgebbarer Grenzen veränderbare
Drahtmenge für die Drahtzufuhreinheit zur Verfügung
gehalten wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtreservoir aus zwei
voneinander beabstandeten Platten besteht, daß der
Abstand zwischen den beiden Platten größer als der Durch
messer des zu fördernden Drahtes ist, daß zwischen den
Platten eine Drahtschlaufe als Mengenpuffer vorgesehen
ist, wobei im Kreuzungsbereich der Drahtschlaufe vorzugs
weise ein rechter Winkel ausgebildet wird, und daß die
Fläche der Platten größer ist als die maximale
Ausdehnung der Drahtschlaufe.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem Randbereich des
Drahtreservoirs eine Drahtführungseinrichtung
vorgesehen ist, die eine Drahteinlaufführung für den
von der Drahtvorratseinheit kommenden Draht und eine
Drahtauslaufführung für den an die Drahtzufuhreinheit
abgegebenen Draht aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführungseinrich
tung als eine runde oder quadratische Scheibe ausge
bildet ist, und daß für die Drahteinlauf- und Draht
auslaufführung zwei, voneinander beabstandete Kanäle in
der Scheibe vorgesehen sind, die parallel zu den
Platten des Drahtreservoirs und senkrecht zueinander
verlaufen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Platten quadratisch
ausgebildet sind, und daß die Scheibe in einer der
Drahtvorratseinheit und der Drahtzufuhreinheit
zugewandten Ecke des Drahtreservoirs angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtreservoir aus zwei
voneinander beabstandeten Platten besteht, daß der
Abstand zwischen den beiden Platten größer als der
Durchmesser des zu fördernden Drahtes ist, daß zwischen
den Platten ein, insbesondere halbkreisförmiger, sich
nicht kreuzender Drahtbogen vorgesehen ist und daß die
Fläche der Platten größer ist als die maximale
Ausdehnung des Drahtbogens.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich des
Drahtreservoirs eine Drahteinlaufführung für den von
der Drahtvorratseinheit kommenden Draht und eine Draht
auslaufführung für den an die Drahtzufuhreinheit abge
gebenen Draht mit einem geeigneten Abstand voneinander
angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drahteinlaufführung und
die Drahtauslaufführung als Elemente mit je einem Kanal
ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einem halbkreisförmigen
Drahtbogen die Elemente derart angeordnet sind, daß die
Kanäle parallel zueinander verlaufen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperre vorgesehen ist,
die ein weiteres Zusammenziehen der Drahtschlaufe oder
des Drahtbogens verhindert.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Drahtvorrats
einheit und dem Drahtreservoir einerseits und/oder
zwischen dem Drahtreservoir und der Drahtzufuhreinheit
andererseits zusätzliche Führungselemente für den Draht
vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtreservoir eine
Mengensensorik aufweist, mit der die sich zwischen den
Platten befindliche Drahtmenge detektiert werden kann.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mengensensorik als
Leuchtdiodenzeile mit gegenüberliegenden Photosensoren
ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Platten von Elementen
beabstandet gehalten werden, mit denen der Abstand
zwischen den Platten verstellbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17,
dadurchgekennzeichnet, daß die Drahteinlauf- und die
Drahtauslaufführung von Rollen gebildet werden, die
federnd gelagert sind, und zwischen denen der Draht
geführt wird.
Priority Applications (1)
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