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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer
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Schutzgas-Atmosphäre in einer Schweißkabine
Die Erfindung
betrifft ein Verfahren un Herstellung einer Schutzgas-Atmosphäre in einer Schweißkabine.
in weleker ein Schutzgas mit einer vorgegebenen Konzentration zur Abschirmung einer
Schweißstelle gegen die Außenatmosph@re verwendet wird.
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Die Erfindung betrifft weiterilin eine Vorrichtung zu DulKchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Es ist allgemein bekannt, daß in bestimmten Fällen eine Schweißstelle
gegen die Außenatmosph?tre abgeschirmt werden muß, um im Bereich der Schmelze Reaktionen
mit der Außenatmosphäre zu verhindern. Es ist üblich die Schutzgas-Atmosphäre in
einer Schweißkabine dadurch zu erzeugen, daß unter Einsatz einer entsprechend leistungsfähigen
Vakuumpumpe die Schweißkabine weitgehend evakuiert wird und anschlieind ein Schutzgas
eingelassen wird. Es ist dabei jedoch erfordae lich, die Schweißkabine möglichst
weitgehend zu evakuieren.
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damit nur sehr geringe Reste der atmosphärischen Luft zurückbleiben,
so daß eine besonders hohe Konzentration an Schutzgas gewährleistet wird.
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Die bisher bekannte Vorgehensweise erfordert jedoch sehr leistungsfähige
Vakuumpumpen und ist insgesamt mit einem erheblichen gerätetechnischen Aufwand verbunden,
da auch an die Dichtigkeit der Schweißkabine sowie sämtlicher Zusatz -Einrichtungen
erhebliche Anforderungen gestellt werden müssen.
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Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schutgas-Atmosphäre in einer Schweißkabine
der eingangs näher genannten Art zu schaffen, die mit außerordentlich geringem technischen
Aufwand arbeiten.
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Zur Lösung dieser aufgabe sieht die Erfindung vor, daß in der anfänglich
mit atmorhrischer Luft gefüllten Schweißkabine durch Absaugen mit verhältnismäßig
geringer Saugleistung aur ein sehr gerirlger Unterdruck erzeugt wird und durch Einlassen
von Schutzgas wieder ausgeglichen wird und daß die Schritte des Absaugens und des
Einlassens von Schutz-Gas bis zum Erreichen der vorgegebenen Schutzgas-Konzentration
wiederholt werden.
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\TorzusweIse ist dabei vorgesehen daß beim Absaugen jeweils ein Unterdruck
in Bereich von 10 bis 30 Torr erzeugt wird, wodurch die vorgegebene Schutzgas-Konzentration
nach etwa drei bis vier Schritten erreicht ist.
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Es kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens auch vorgesehen sein, daß beim Ausgleich des Unterdrucks durch Einlassen
von Schutzgas ein leichter ,'berdruck in der Schweißkabine hervorgerufen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders praktisch dadurch
durchführen, daß beim Absaugen des Inhalt es der Schweiß@abine und beim Einlassen
von Schutzgas jeweils der Druck gemessen wird daß bei einem vorgebbaren Unterdruck
der Absaugvorgang beendet und auf das Einlassen von Schutzgas umgeschaltet wird,
da beim Erreichen eines vorgegebenen @berdrucks das Einlassen von Schutzgas beendet
und auf den Abaaugvorgang umgeschaltet wird und daß die Vorgänge zyklisch wiederholt
werden.
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Eine zur Durchführung des erfindungsgertäßen Verfahrens besonders
geeignete Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß an die Schweißkabine eine Vakuumpumpe
geringr Leistung über ein Absaugventil angeschlossen ist, daß an die Schweißkabine
ein unter Überdruck stehender Schutzgas-Vorratsbehälter über ein Einloßventil angeschlossen
ist, daß an die Schweißkabine weiterhin ein Druckmeßgerät angeschlossen ist und
daß
eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche bei vorgeb barem
Minimaldruck in der Schweißkabine das Absaugventil schlie?.t und das Einlaßventil
öffnet sowie bei vorgebbarem Naximaldruck das Einlaftventil schließt und das Absaugventil
öffnet und diesen Zyklus mit einer einstellbaren Häufigkeit wiederholt. $Dabei wird
vorzugsweise als Vakuumpumpe eine Wasserringpumpe verwendet.
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Die Erfindung bedient sich somit der Erkenntnis, daß durch eine stufenweise
oder schrittweise Verdünnung der normalen Atmosphäre mit wenigen Fraktionierungsschritten
eine Jchutzgas-Atmosphare in einer Schwei?abine erreicht werden kann, ohne daß an
die Vakuumpumpe und die übrigen Einrichtungen solche hohen Anforderungen gestellt
werden, daß' der wirtschaftliche AufXend verhältnismäßig groß wird. Gemäß der Lrfindung
wird in einer Schweiakabine zunächst nur ein relativ schwacher Unterdruck erzeugt,
und es wird anschließend durch Einlassen von Schutzgas wieder der normale attnosnhische
Druck oder ein etwas höherer Druck in der Schweißkabine erzeugt. Dieser Vorgang
wird dann wiederholt, und zwar in der Weise, daß wiederum nur ein verhältnismäßig
geringer Unterdruck in der Schweißkabine hervorgerufen wird. Tach jedem Fraktionierungsschritt
wird eine fortschreitende Verdünnung der atmospharischen Luft erreicht, und es hat
sich gezeigt, daß nach etwa drei bis vier Schritten die Schutzgas-Atmosphäre in
der Schweißkabine so weit von atmosphuriscner Luft befreit ist, daß der Schweißvorgang
vorgenommen werden kann.
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Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere
darin, daß der erfindungsgere erzeugte geringe Unterdruck mit einer verhältnismäßig
einfachen und entsprechend preiswerten Vakuumpumpe wie mit einer Wasserringpumpe
erreicht werden kann. Außerde:n werden auch an die Dichtigkeit der Schweißkabine
sowie sämtlicher mit der Schweißkabine in Verbindung stehender Teile nur entsprechend
geringe Anforderungen gestellt. Gem der Erfindung lasse sicn somit
gegenüber
herkömmlichen Einrichtungen erhebliche finanzielle Einsparungen erzielen.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigen: 1 1 eine teilweise als Blockschema gezeichnete schematische
Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und Fig. 2 ein Diagramm, in welchem der Druckverlauf in der Schweißkabine
während der Herstellung der Schutzgas-Atmosphäre schematisch dargestellt ist.
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Gen der Darstellung in der Figur 1 ist eine Schweißkabine IC vorhanden,
in welcher in einer Schutzgas-Atmosphäre ein Schweißvorgang vorgenommen werden soll.
Die Schweißkabine 10 ist 't einem Sichtfenster 20 ausgestattet, durch welches der
Schwießvorgang beobachtet werden kann. Weiterhin sind in der Schwei?kabine 10 Durchgriff-Öffnungen
21 und 22 vorgesehen, durch welche man beim Schweißen mit den Händen in die Schwei?,kabine
hineingreifen kann. Weiterhin ist aus Sicherheitsgründen an der Schweißkabine 10
ein Überdruckventil 19 angebrcht.
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Die Schweißkabine 10 steht über eine entsprechende Leitung, in welcher
ein Absaugventil 15 angeordnet ist, mit einer Vakuumpumpe 11 in Verbindung. Weiterhin
steht die Schweißkabine 10 ber eine entsprechende Leitung, in welcher ein Einalßventil
angeordnet ist, mit einem Schutzgas-Vorratsbehalter 12 in Verbindung.
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Der Druck im Innenraum der Schweißkabine 10 wird durch eine Druckmeßeinrichtung
13 gemessen, die mit einer Steuereinrichtung 14 in Verbindung steht. Die Steuereinrichtung
14 steuert in der unten näher beschriebenen Weise das Absaugventil
15
und das Einlaßventil 16.
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Es kann gemäß der Erfindung als Vakuumpumpe 18 eine Wasserringpumpe
verwendet werden. Eine derartige @umpe ist grundsätzlich eine mechanische Verdrängerpumpe,
die mit einer periodischen Erweiterung und Verengung des Pumpraumes albeitet. Bei
der Wasserringpumpe, bei welcher in einen Geh@use ein exzentrisch gelagertes Zellenrad
rotiert wird grunds@tzlich eine Wasserdichtung verwerdet. Uer mit dem exzentrisch
gelagerten Zellenrad umlaufende Wasserring dichtet die einzel nen Zellen ab, deren
Volumina im Verlauf einer Umdrehung des Zellenrades zunächst zunehmen und damn wieder
abne@men. brdurch wird Gas augesaugt, verdichtet und wieder @usgestoßen.
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Die Vakuumpumpe 11 wird @ber ein Wasserventil 24 mit Wasser versorgt.
Weiterhin ist an die Vakuumpumpe 1'1 '.er eine entsprechende Leitung ein Umlaufbehälter
18 angeschlossen, der einen Auslaß 23 für Abluft aufweist. Es muß der Vakuumpumpe
11 nur so viel Wasser über das Wasserventil 24 zugeführt werden wie zur Abführung
der Kompressionswärme im Kreislauf benötigt wird. Die Vakuumpumpe 1@ wird durch
einen Motor 17 angetrieben der in der Figur 1 ebenso wie alle überigen Teile der
gesamten Anlage rein schematisch dargestellt ist.
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Es können natürlich an allen erforderlichen Stellen Kontroll -Manumeter
vorgesehen sein, um den jeweils vorhandene Druck überwachen zu können.
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Die Arbeitsweise der in der Figur 1 dargestellten Anordnung wird nachfolgend
anhand der schematischen Darstellung der Figur 2 erläutert: Es sei zunächst angenommen,
daß in der Schweißkabine 10 atmosphärischer Druck herrscht. Von der Steuereinrichtung
14 wird zunächst das Absaugventil 15 geöffnet, während das Einlaßventil 16 geschlossen
bleibt.
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Es wird dalL gemäß der Darstellung in der Figur 2 der Druck in der
Schweißkabine 10 bis zu dem Druck min vermindert.
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Wenn dieser Minimaldruck erreicht ist, was von der Druckmeßeinrichtung
13 festgestellt wird, schließt die Steuereinrichtung 14 das Absaugventil 15 und
öffnet das Einlaßventil 16. Es kann dann aus dem Schutzgas-Vorratsbehälter 12 durch
das Einlaßventil 16 so lange Schutzgas in die Schweißkabine 10 einströmen, bis der
Maximaldruck Pmax von dem Druckmeßgerät 13 in der Schweißkabine 10 festgestellt
wird.
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Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, wird der oben beschriebene Vorgang
zyklisch wiederholt, und zwar so lange, bis nach etwa drei bis vier Fraktionsierungsschritten
eine hinreichende Verdünnung der atmosphärischen Iuft in der Schweißkabine erreicht
ist.
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Es hat sich gezeigt, daß bei der Verwendung eines Minimaldrucks Pmin
von etwa 10 bis 30 Torr nach bereits drei bis vier Fraktionierungsschritten eine
hinreichende Verdünnung der atmosphärischen Luft in der Schweißkabine 10 bzw. eine
ausreichende Schutzgas-Konzentration erreicht ist. Die genaue Wahl des Minimaldruckes
und die damit erforderliche Anzahl von Fraktionsierungsschritten können nach den
Erfordernissen des Einzelfalls festgelegt werden.
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Von der Steuereinrichtung 14 können die einzelnen Phasen bei der Herstellung
der Schutzgas-Itmosphäre nach einem festgelegten Programm automatisch herbeigeführt
werden.
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Dies bedeutet, daß die Fraktionierungsstufen automatisch durchlaufen
werden. Es ist Jedoch zweckmäßig, für Sonderfälle einen Handzentralschalter vorzusehen,
mit dem alle Funktionen gegebenenfalls auch von Hand gesimert werden können. Der
Handzentralschalter besitzt so viele Schalt stufen wie einzelne Funktionen vorhanden
sind. Der Handzentralschalter ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Versuche
durchgeführt werden sollen, wenn die Anlage gewartet wird oder wenn die Dichtigkeit
des Systems zu überprüfen ist.
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Trotz der drei oder vier Fraktionierungsstufen, die bis zum Erreichen
einer gewünschten Schutzgas-Atmosphäre durchlaufen
werden, ist
die insgesamt verbrauchte Zeit nicht länger als diejenige Zeit, die bei einer herkömmlichen
Anlage benötigt wird, um in einem Durchgang das dann erforderliche Höchstvakuum
zu erreichen. Es läßt sich sogar gemäß der Erfindung durch eine entsprechende Dimensionierung
der Vakuumpumpe eine Verkürzung des Arbeitsprozesses erreichen, da der gemäß der
Erfindung angestrebte geringe Unterdruck verhältnismäßig rasch herbeizuführen ist.
Hingegen muß bei dem herkömmlichen Verfahren zur Erreichung eines Höchstvakuums
verhältnismäßig lange Zeit aufgewandt werden, da der Vorgang des Evakuierens deshalb
eine besonders große Zeit benötigt, weil das angestrebte Höchstvakuum nur asymptotisch
und damit außerordentlich langsam erreicht w d en kann.