Verfahren und Vorrichtung zum Auftragschweissen von verschleissfestem Metall auf einem Werkstück Es ist bekannt, verschleissfeste Metalle durch Schwei ssen auf abgenutzten Oberflächen von Maschinenteilen bei deren Überholung aufzutragen. Beispielsweise ist es bei Traktoren gebräuchlich, die Maschinen vollständig auseinanderzunehmen, die einzelnen Teile zu reinigen und zu überholen, auf abgenutzten Teilen verschleiss festes Auftragsmaterial durch Schweissen aufzutragen und die Teile dann vor dem Zusammenbau auf die richtige Grösse zu bringen. Die Stützrollen der Raupen ketten eines Traktors können zur Erläuterung der über- holungsbehandlung herangezogen werden.
Die Stützrollen für die Raupenketten haben gewöhn lich einen Aussenrand, auf dem die Raupenkette direkt aufliegt und die von einer inneren Tragkonstruktion getragen wird, die eine Lagerfläche für die Stützrollen bildet. Gewöhnlich sind Schmiermittel enthaltende Zwi schenräume zwischen der inneren Tragkonstruktion und dem Aussenrand vorgesehen, die nach aussen hin abge schlossen sind, so dass sich zumindest im Innern der Stützrolle eine Anordnung hoher Verschleissfestigkeit ergibt. Was den Verschleiss angeht, so benötigen die Aussenränder der Stützrollen eine Überholung lange be vor an der inneren Tragkonstruktion irgendwelche War tungsarbeiten vorgenommen werden müssen. Trotz des guten Zustands der inneren Tragkonstruktion war es bisher üblich, die Stützrollenanordnung vollkommen aus einanderzunehmen, um einen neuen Aussenrand anzu setzen.
Dazu werden die Stützrollen erst abgenommen und die Einzelteile werden gereinigt. Anschliessend wer den die abgenutzten Oberflächen der Stützrollenaussen ränder zur Aufbringung von Auffüllmaterial vorbereitet, das gemäss verschiedenen Schweissverfahren aufgebracht wird. Während der Aufbringung des Auffüllmaterials erreicht der Stützrollenaussenrand gewöhnlich hohe Tem peraturen, die eine gewisse Verzerrung und Schrump fung der Stützrolle hinterlassen. Nach Beendigung der Aufbringungsarbeiten werden deshalb die Stützrollen nachgearbeitet und ausgebohrt, um die ursprünglichen Werte der Bohrung bzw. der Aussenmasse zu erhalten und um vollkommene Rundheit der Achsbohrung zu erzielen. Die Stützrollen werden dann wieder zusammen gebaut und mit Schmiermittel gefüllt, ehe sie wieder in den Traktor eingesetzt werden.
Naturgemäss entfällt ein beträchtlicher Teil der ge samten Überholkosten einer Maschine, beispielsweise eines Traktors, auf das Zerlegen und das Wiederzu sammenbauen. Dies ist besonders der Fall, wenn Einzel teile wieder auf eine gewisse Grösse gebracht werden müssen, wie im Falle der Stützrollen. Natürlich würde eine direkte Aufbringung (z. B. durch Schweissen) von Auffüllmaterial auf eine eingebaute Stützrolle mit Si cherheit die Temperatur auf Werte bringen, die zu einer Zerstörung der Stützrolle als ganzes führen würden.
In einem dem bisherigen Stand der Technik ent sprechenden Verfahren zur Vermeidung von durch Überhitzung bedingten Verbiegungen in einer Stützrolle während deren Überholung, wird die Stützrolle in ein Wasserbad teilweise eingetaucht, um sie auf einer niedri gen Temperatur zu halten. Wenn dieses Verfahren wie vorgesehen funktioniert, werden der Stützrollenaussen- rand und andere Teile der Stützrolle nicht durch die beim Schweissen entstehende Hitze verzerrt und es er gibt sich deshalb eine wesentliche Zeit- und Arbeits ersparnis. Doch ist dieses Verfahren mit bestimmten Mängeln behaftet.
So ist es insbesondere schwierig, ja praktisch unmöglich, das Metall in einem einzigen, un unterbrochenen Arbeitsgang .aufzubringen, d. h. der Stützrollenaussenrand muss Abschnitt für Abschnitt mit querliegenden Schweissraupen aufgefüllt werden. Bei der Anwendung dieses Verfahrens ist es deshalb gewöhnlich schwierig die aufgefüllte Oberfläche so zu halten, dass die Stützrolle als ganzes zylinderförmig bleibt.
Eine andere Schwierigkeit ergibt sich bei der Ver wendung eines Eintauchbads insofern, als der Schweiss bogen nasse Abschnitte am Werkstück trifft, wobei Wasserstoff entsteht, der zur Ausbildung von feinen Löchern in der Oberfläche führt. Auch können sich bei der Anwendung dieses Verfahrens Temperaturunter- schiede in den Walzen einstellen, die dann zu unzu lässigen Verbiegungen führen und ein vollständiges Zer legen und Nacharbeiten des Werkstücks erforderlich machen können.
Ein anderer Mangel dieses Verfahrens ist es, dass Unterpulverschweissen eventuell nicht möglich ist. Wenn eine körnige Schweisspaste verwendet wird, um den Schweissbogen abzuschirmen, steht zu erwarten, dass die Schweisspaste in das Wasserbad fällt, feucht wird und damit unbrauchbar wird. Derartige Verluste an Schweisspaste stellen einen beträchtlichen wirtschaftli chen Nachteil der Unterpulverschweissverfahren dar, wenn das Werkstück in einem Wasserbad gekühlt wird.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass während mehrerer Jahre Praxis in der restaurativen Überholung von Stützrollen für die Raupenketten von Traktoren und von anderen Teilen durch Aufschweissen von Auffüll material, Maschinenteile entweder völlig zerlegt und später auf die entsprechende Grösse nachgearbeitet wur den, oder dass Kühlbäder während des Aufbringungs vorgangs eingesetzt wurden, wodurch sich, wenn über haupt, ein nur geringer Vorteil ergab.
Der Erfindung liegt das Bestreben zugrunde, die bisherigen Verfahren und Vorrichtungen zum Auftrag schweissen von verschleissfestem Metall zu vereinfachen und zu verbessern.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erzielt, dass ein Kühlmittel einem der der Schmierung dienenden Innen räume zugeführt und von einem anderen dieser Innen räume abgeführt wird, derart, dass ein ständiger Kühl mitteldurchfluss im Werkstück aufrechterhalten wird, dass ein Lichtbogen zwischen mindestens einer Schweiss elektrode und dem Rande des Werkstücks unterhalten wird, um Metall auf der Aussenseite aufzutragen, und dass der Rand in bezug auf die Schweisselektrode und die innere Tragkonstruktion gedreht wird, während der Lichtbogen aufrechterhalten und Schweissmetall zuge führt wird.
Gemäss dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können drehbare Teile einer Maschinenteil-Untergruppe überholt und mit Hartmetall-Oberflächen versehen wer den, ohne dass dazu die Teile von der Untergruppe ab genommen werden müssen, und ohne dass die Gefahr einer bleibenden Verbiegung besteht.
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, eine Kühlflüssigkeit ununter brochen durch die der Schmierung dienenden Abschnitte eines drehbaren Maschinenteils zu leiten, während durch gesteuerte Bogenschweissung (Unterpulverver schweissung, ungeschützte Schweissung, Schutzgasschwei ssung usw.) Nachfüllmaterial aufgebracht wird, wobei das Werkstück stets unterhalb der kritischen Tempera tur gehalten wird, bei der eine Beschädigung eintreten könnte. Beispielsweise können die aus einer innen seitigen Vorrichtung und einem sich abnutzenden Aussenrand bestehenden Stützrollen der Raupenketten von Traktoren durch Aufbringung von Metall mittels Aufschweissen auf den Stützrollenrand überholt werden,
während Flüssigkeit ununterbrochen durch die der Schmierung dienenden Öffnungen zwischen dem Stütz rollenrand und der inneren Tragkonstruktion geleitet wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeich net durch Mittel zur Zuführung eines unter Druck stehenden Kühlmittels durch einen der für das Schmier mittel vorgesehenen Innenräume und zur Abführung des Kühlmittels durch einen anderen dieser Innenräume, derart, dass ein stetiger Kühlmitteldurchfluss im Werk- stück aufrechterhalten wird, eine Schweissvorrichtung, um Metall durch Bogenschweissung auf dem Rande des Werkstücks aufzutragen und eine Antriebsvorrichtung, um den Rand um die innere Tragkonstruktion während der Metallauftragung zu drehen.
Auf den der Beschreibung beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung verschiede ner Einzelheiten und Vorteile der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vor richtung zum Überholen von Maschinenteilen gemäss vorliegender Erfindung.
Fig. 2 ist eine vergrösserte Teilansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1.
Fig. 3 ist schliesslich eine schematische Darstellung des in Fig. 1 angedeuteten Flüssigkeitsdurchflusses. Zunächst zeigt Fig. 1 eine Maschinenteil-Unter gruppe S eines Traktors, wie sie gemäss vorliegender Erfindung überholt wird. Bei der Maschinenteil-Unter gruppe S handelt es sich um eine vielfach gebrauchte, an sich bekannte Konstruktion, die aus einem Satz Stützrollen 10 besteht, die einen Abschnitt der Raupen kette eines Traktors tragen und somit der Laufkette als Halterung dienen. Die Maschinenteil-Untergruppe S in der hier dargestellten Form dient nur dazu, Anwen dungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung zu er läutern, und die Stützrollen 10 sind als Beispiel eines Werkstücks anzusehen, das durch Aufbringen von Hart metall auf den Rändern überholt wird.
Im allgemeinen wird die Untergruppe S während der Überholung fest auf einem Träger (nicht dargestellt) montiert, so dass die einzelnen Stützrollen 10 leicht zu gänglich sind. Im Falle der dargestellten Ausführungs form werden die Stützrollen dann nacheinander mit dem Bogenschweissgerät W überholt, während ein flüssiges Kühlmittel durch die gerade bearbeitete Stützrolle ver mittels des Kühlsystems C geschickt wird. Dadurch kann jede Stützrolle R überholt werden, ohne dass sie dabei von der Maschinenteil-Untergruppe S abgenom men werden muss. Die Überholungskosten werden da durch beträchtlich verringert.
In Fig. 1 ist die Überholung einer mit 10 bezeichne ten Stützrolle dargestellt. Das Auftragen erfolgt mit Hilfe von Schweissdraht 12 (ganz rechts dargestellt), der von der Drahtrolle 14 mittels des Motors 16 abgewickelt wird. Der Motor treibt die Rolle 18, über die der Schweissdraht läuft. Verschiedene Vorrichtungen zum Abwickeln des Schweissdrahts sind an sich bekannt, die zur Beförderung des Schweissdrahts 12 durch das Rohrstück 20 und weiter zum Werkstück verwendet werden können.
Das Rohrstück 20 endigt am Universalgelenk 22, das seinerseits an das biegbare Endstück 24 angesetzt ist, so dass der Schweissdraht 12 bis an die Stützrolle 10 herangeführt wird. An der Stützrolle 10 wird der Schweissdraht durch eine Führung 26 einem Schweiss Lichtbogen zugeführt; die Führung dient gleichzeitig zur Zuführung elektrischer Energie, die von einem Gleichrichtergerät oder, wie gezeigt, von einem Genera tor 28 kommen kann. Verschiedene Zuführungsvorrich tungen für Schweissdraht mit zugehörigen Stromzufüh rungen zum Draht sind an sich bekannt.
In Fig. 1 ist deshalb der Generator 28 und sein Anschluss an die Maschinenteil-Untergruppe S vermittels des Leiters 30 einerseits und der Führung 26 mit dem Leiter 32 ander seits nur schematisch dargestellt.
Der durch die vom Generator 28 zugeführte Energie gespeiste Schweiss-Lichtbogen wird in pulverförmigem oder körnigem Flussmittel ( Schweisspaste ) eingetaucht gehalten, das seinerseits über die konische Düsenöffnung 34 über die Bogenzone verteilt wird. Auch hier können verschiedene Verteilervorrichtungen für körniges Fluss mittel eingesetzt werden, so z. B. die Düsenöffnung 34 oder ähnliche Anordnungen, die alle an sich bekannt sind und vielfach benutzt werden. Auch kann der Schweiss-Lichtbogen unabgedeckt sein, oder mit einer Schutzgas-Atmosphäre umgeben sein, oder in anderer Weise erzeugt werden.
Während die Stützrolle 10 durch das Schweiss gerät W mit Metall beschichtet wird, wird die Stütz rolle 10 durch die Antriebsvorrichtung 36 gedreht. Fig. 1 zeigt die Antriebsvorrichtung 36 in schematischer Form; die Antriebsvorrichtung kann aus einem kleinen Motor mit angesetztem Getriebe bestehen, das an den Aussenrand der Stützrolle 10 durch eine Reibungsrolle angekuppelt ist (in der Figur durch die gestrichelte Linie 38 angedeutet). Wenn der Aussenrand der Stütz rolle 10 gedreht wird, werden das Endstück 24 mit der Düsenöffnung 34 und die Führung 26 langsam über die Stützrolle 10 vermittels der Beförderungsvorrichtung 40 bewegt. Die Beförderungsvorrichtung 40 ist an das Endstück 24 mit dem Arm 42 angekoppelt.
Die an sich bekannte Beförderungsvorrichtung 40 kann in verschie dener Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein Zahnrad und eine Zahnstange umfassen, die den Arm 42 mit konstanter Geschwindigkeit weiterbewegen. Das Universalgelenk 22 passt sich dieser Bewegung an, und in Verbindung mit der Drehung der Stützrolle 10 wird Auffüllmaterial in der Form mehrerer Ringe oder einer dichten Spiralwindung auf der Stützrolle aufgebracht. Damit wird insgesamt gesehen Metall in der Form einer Zylinderhülse auf die Aussenseite der Stützrolle 10 auf geschichtet. Die Beschichtung kann in anderer Form, z. B. als querliegende Schweissraupen, aufgebracht werden.
Wie bereits vorher erwähnt, umfasst die Stützrolle 10 gewöhnlich eine innere Tragkonstruktion, die eine Lagerfläche bildet und im folgenden als Innenrand be zeichnet wird. Schmiermittel aufnehmende Vertiefungen sind am Innenrand vorgesehen. Die innenseitigen Teile der Walze haben bei Einsatz von Schmiermitteln eine geringe Abnutzung. Gewöhnlich ist ein Zugang zu den innenseitigen Teilen der Stützrolle 10 durch eine einzige Öffnung gegeben, die in Achsrichtung in die Stützrolle hineingeht und durch radiale Zweigkanäle mit den Lagerflächen verbunden ist. Schmiermittel wird durch die öffnung unter relativ niedrigem Druck eingeleitet und dadurch wird die Stützrollentemperatur unterhalb eines Wertes gehalten, von dem an Schäden in der Stützrolle auftreten könnten.
Im Kühlsystem C ist ein Tank 44 als Flüssigkeits vorratsbehälter vorgesehen, von dem die Flüssigkeit mittels der Pumpe 48 zu der Stützrolle 10 durch die Zuleitung 50 und den Wärmeaustauscher 54 geleitet wird. Eine Rückleitung 52 bringt die Flüssigkeit von der Stützrolle 10 in den Tank 44 zurück. Wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben, werden die Zu leitung 50 und die Rückleitung 52 in die Stützrolle 10 in der Form eines Paares konzentrischer Rohre einge setzt. Wie ausserdem weiter unten noch im einzelnen ausgeführt wird, ist eine Durchflussregelung notwendig um zu garantieren, dass die Flüssigkeit ständig durch den gesamten Innenraum der Stützrolle 10 fliesst. Einzel heiten der Anordnung sind in Fig. 2 gezeigt, während Fig. 3 eine schematische Darstellung des Durchflusses ist.
In diesen beiden Figuren sind die Bezugssymbole die gleichen wie in Fig. 1.
Die in Fig. 2 dargestellte Stützrolle hat der flansch artige Rand 56, der auf der aus verschiedenen Teilen bestehenden inneren Tragkonstruktion 58 angebracht ist. Die gesamte innere Tragkonstruktion ist auf der Welle 60 gelagert, die ihrerseits in Ansätzen 62 gelagert ist und dadurch einen Teil der Maschinenteil-Unter gruppe S bildet. Die dargestellte Anordnung ist bei spielhaft für eine Vielzahl drehbarer Maschinenteile. Die im einzelnen dargestellte Anordnung kann in ver schiedener Weise in abgeänderter Form aufgebaut sein und sehr verschiedenartige Teile enthalten. Die Stützrolle 10 ist deshalb nur ein Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemä ssen Vorrichtung und ist typisch für Stützrollen R, wie sie in vielerlei Abwandlungen benutzt werden.
Die Welle 60 in der Stützrolle 10 hat in der Mitte den Flansch 64, durch den die Anordnung im Innern in zwei nicht völlig symmetrische Hälften geteilt wird. Die Welle 60 ist auf beiden Seiten des Flanschs 64 in Lagern 66, 68 gelagert. Die Lager haben gebogene Öffnungen 70 an ihrem Umfang in Radialrichtung ange bracht sowie zusätzliche Durchlassöffnungen, um die Zirkulation von Schmiermittel zu ermöglichen. Ein zur Welle 60 konzentrischer Lagerungszylinder 72 stellt das Gegenstück zu den Lagern 66, 68 dar; dieser Lage rungszylinder wird durch die Stiftschraube 74 zwischen den Lagern 66, 68 gehalten.
Beim normalen Betrieb der Stützrolle werden die Lager 66, 68 durch das in der Stützrolle 10 befindliche, luftdicht nach aussen abgeschlossene Öl geschmiert. Ins besondere füllt das Öl auch die Öffnungen 70 und die unten beschriebenen Durchflussöffnungen. Die das Öl enthaltenden Kammern der Stützrolle 10 sind mittels Abschlussdichtungen 76 abgedichtet; jede dieser Dich tungen besteht aus einem Paar nichtmetallischer elasti scher Ringe 78, die Metallringe 80 zur Abdichtung an Innenflächen angepresst halten. Die nichtmetallischen Ringe, die aus Gummi oder gummiähnlichem Material bestehen, werden durch ringförmige Naben 82 fest gehalten, die den Abschluss der Stützrollen bilden.
Nach der vorstehend gegebenen allgemeinen Be schreibung der Erfindung kann ein volles Verständnis des Erfindungsgedankens am besten erzielt werden durch Erläuterung der Anwendung des erfindungsgemä ssen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung im Falle einer Stützrolle 10. Es sei deshalb angenom men, dass die Stützrolle 10 zunächst wie in Fig. 1 gezeigt angebracht ist, und dass die Führung 26 für den Schweiss draht und die Düsenöffnung 34 zum Betrieb aufgesetzt sind. Ausserdem liegt eine mit dem Antriebsmotor 36 gekoppelte Reibungswalze 84 (Fig. 2, rechts unten) an der Aussenkante 56 an und dreht die Aussenkante 56, und damit die Stützrolle 10, mit einer bestimmten Ge schwindigkeit.
Um direkten Kontakt zwischen der Flüssigkeit und der Stützrolle 10 herzustellen, werden die Innenteile der Stützrolle 10 über die Flüssigkeitszuführung 86 an die Kühleinrichtungen angeschlossen. Die Einlassleitung 50 (Fig. 2) vom Kühlsystem geht in Achsrichtung durch den Einsatz 88, der in die Einlassöffnung 90 einge schraubt ist. Diese Einlassöffnung dient normalerweise zum Auffüllen der Stützrolle 10 mit Schmiermittel und kann mit einem stöpselartigen Verschluss (nicht darge stellt) abgeschlossen werden.
Die Flüssigkeitszuführung stellt den Anschluss der Einlassleitung 50 an das Einlass- rohr 92 her, das in die Bohrung 94 in der Mitte der Welle 60 ragt. Am Einlassrohr ist eine aus einem Dich tungsring ( O -Ring) bestehende Dichtung 96 vorge sehen, um eine Abdichtung zwischen der Aussenseite des Einlassrohrs 92 und dem Innern der Bohrung 94 zu ergeben. Die Flüssigkeitszuführung 86 umschliesst ferner einen äusseren, zum Einlassrohr 92 konzentrischen Kanal 98, der durch eine in Radialrichtung verlaufende Bohrung 100 mit der Auslassleitung 52 verbunden ist.
Der Betrieb der Vorrichtung wird nun unter Bezug nahme auf Fig. 2 erläutert. Während die Reibungswalze 84 die Stützrolle 10 dreht, wird ein Schweissbogen zwi schen dem über die Führung 26 zugeführten Draht und der Oberfläche der Stützrolle 10 erzeugt. Das auf der abgenutzten Oberfläche 104 der Stützrolle 10 abge schiedene Auffüllmaterial 102 (Hartmetall) stellt die ursprüngliche Oberfläche wieder her, so dass eine Wei terverwendung der Stützrolle möglich ist. Wie vorher in der zur Erläuterung erwähnten Ausführungsform er wähnt, kann das Auffüllmaterial 102 die Form einer engen Spirale, eines Satzes von Ringen oder dergleichen haben. Diese Formen ergeben sich durch entsprechende Überlagerung des Antriebs an der Aussenkante 56 und der Bewegung der Führung 26.
Während der Abscheidung des Auffüllmaterials 102 wird die Stützrolle 10 beträchtlich aufgeheizt. Doch wird die Hitze durch die Kühlflüssigkeit abgeführt, die durch die der Schmierung dienenden Öffnungen und Kanäle innerhalb der Stützrolle 10 zirkuliert. Insbeson dere wird Flüssigkeit durch die Einlassleitung 50, die Flüssigkeitszuführung 86 und das. Einlassrohr 92 in die Bohrung 94 in der Stützwalze gebracht. Die Dichtung 96 verhindert, dass Flüssigkeit von der Auslassöffnung des Einlassrohrs 92 direkt zur Ausflussleitung 52 fliesst. Die Flüssigkeit fliesst durch einen in Radialrichtung verlaufenden, in der Welle 60 angebrachten Kanal 106 an die Lagerfläche 68.
Die Lagerfläche 68 begrenzt die Öffnungen 108, 110 für das Schmiermittel, die zu sammen mit den im Flansch 64 angebrachten Durch lassöffnungen 112 eine Rückkehr der Flüssigkeit zur Bohrung in der Welle durch einen weiteren, in Radial richtung verlaufenden Kanal 114 an der Flüssigkeits zuführung 86 ermöglichen. Die verschiedenen, von der Kühlflüssigkeit durchflossenen Öffnungen und Kanäle sind in einer Ebene liegend dargestellt, was in der Praxis kaum der Fall sein dürfte. Diese Darstellung wurde gewählt, um den Verlauf der Kühlflüssigkeit zu erläu tern (siehe auch Fig. 3).
Nach Rückkehr durch den in Radialrichtung ver laufenden Kanal 114 zur Bohrung 94 geht die zirku lierende Flüssigkeit durch den Kanal 98 ab, der einer seits durch die Aussenseite des Einlassrohrs 92 und anderseits durch die Wandung der Bohrung 94 ge bildet wird. Der Abfluss verläuft durch den Einsatz 88 mit der Bohrung 100 zur Auslassöffnung 52, die die Flüssigkeit zum äusseren Abschnitt des Kühlkreislaufs zurückbringt.
Bei der Verwendung des Kühlsystems erwies es sich als zweckmässig, den Druck, unter dem die Kühlflüssig- keit innerhalb der Stützrolle 10 steht, relativ niedrig zu halten. Bei der zweifellos bestehenden Druckabhängig keit der Durchflussgeschwindigkeit in den Kammern hat es sich als zweckmässig erwiesen, den Druck inner halb der Stützrolle 10 unterhalb 3 kg/cmêzu halten.
In vielen Fällen erwies es sich auch als zweckmässig, das normale Schmiermittel für die Stützrollen 10 als flüssiges Kühlmittel im Kühlkreislauf zu verwenden. Gewöhnlich werden die hier betrachteten Walzen mit verschiedenartigen, handelsüblichen Schmierölen ge schmiert. Derartige Öle erwiesen sich als gute Kühl mittel, bei denen nicht die Gefahr bestand, dass die Innenräume der Stützrollen 10 verunreinigt würden. In Fällen, in denen mehrere Schweissbögen gleichzeitig verwendet werden, kann es zweckmässig sein, ein Kühl mittel mit stärkerer Wärmeableitung zu verwenden. Eine Mischung von etwa 10% in Wasser dispergierten Schneidöls erwies sich als besonders geeignet.
Minde stens 7-30 Volumprozent eines in Wasser dispergier baren Öls sollten in dem Kühlmittel zusammen mit Wasser verwendet werden.
Zusammenfassend kann eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens in der folgenden Weise dargestellt werden. Die Maschinenteil-Untergruppe S (Fig. 1) wird so montiert, dass jede der Stützrollen R leicht zugänglich ist. Dann wird die Antriebsvorrichtung 36 an eine der Stützrollen 10 mittels der Reibungswalze 84 angekoppelt (Fig. 2), die ihrerseits an der Aussen kante 56 angreift. Anschliessend wird die Vorrichtung W zur Bogenschweissung mit der Drahtführung 26 (Fig. 2) zum Schweissen auf die abgenutzte Oberfläche 104 ausgerichtet.
Der Ölstöpsel (nicht gezeigt), der normaler weise die Einlassöffnung 90 der Stützrolle 10 verschliesst, wird dann entfernt und der Einsatz 88 eingesetzt, wo durch das Einlassrohr 92 in die Bohrung 94 eingeführt und eine Abdichtung vermittels der Dichtung 96 ge schaffen wird. Die Reihenfolge dieser Vorbereitungen kann abgeändert werden. Wenn alle Vorbereitungsarbei ten beendet sind, findet die eigentliche Überholung statt, d. h. die Aussenkante 56 wird in Drehung versetzt, während gleichzeitig Hartmetall durch Aufschweissen auf die Walzenaussenseite aufgebracht und Flüssigkeit durch die der Schmierung dienenden Innenabschnitte der Stützrolle zirkuliert wird.
Die vom Elektrobogen erzeugte Hitze wird in genügendem Masse durch die Kühlflüssigkeit abgeführt, so dass ein Überhitzen irgend welcher Abschnitte der Stützrolle 10 vermieden wird und die Stützrolle betriebsbereit und mit den anderen Teilen massgerecht verbunden bleibt.
Nach Abschluss der Überholarbeiten wird die Flüssig keitszuführung 86 von der Einlassöffnung 90 abgenom men und der Ölstöpsel wird wieder eingesetzt, so dass die Innenteile der Stützrolle 10 mit Schmieröl gefüllt bleiben und für einen längeren Betrieb bereit stehen. Wenn ein nicht mit dem Schmieröl identisches Kühl mittel verwendet wurde, z. B. eine Öldispersion in Wasser, müssen die Innenabschnitte der Stützrolle aus gespült und mit Schmiermittel aufgefüllt werden. Es hat sich dabei als günstig erwiesen, ein Lösungsmittel durch die Innenabschnitte der Stützrolle zu zirkulieren, dann das Kühlsystem abzunehmen und die Innenab schnitte mit flüssigem Schmiermittel wieder aufzufüllen.
Method and device for deposit welding of wear-resistant metal on a workpiece It is known to apply wear-resistant metals by welding on worn surfaces of machine parts when they are overhauled. In the case of tractors, for example, it is common practice to take the machines apart completely, to clean and overhaul the individual parts, to apply wear-resistant material to worn parts by welding and then to bring the parts to the correct size before assembly. The support rollers of the caterpillar chains of a tractor can be used to explain the overtaking treatment.
The support rollers for the caterpillar chains usually have an outer edge on which the caterpillar chain rests directly and which is supported by an inner support structure that forms a bearing surface for the support rollers. Usually, lubricant-containing interstices are provided between the inner support structure and the outer edge, which are closed towards the outside, so that at least inside the support roller there is an arrangement of high wear resistance. In terms of wear and tear, the outer edges of the support rollers need an overhaul long before any maintenance work has to be carried out on the inner support structure. Despite the good condition of the inner support structure, it has been customary to completely dismantle the support roller assembly in order to set a new outer edge.
To do this, the support rollers are first removed and the individual parts are cleaned. Then the worn surfaces of the outer edges of the support rollers are prepared for the application of filling material, which is applied according to various welding processes. During the application of the filling material, the outer edge of the support roller usually reaches high temperatures, which leave a certain amount of distortion and shrinkage on the support roller. After completion of the application work, the support rollers are therefore reworked and drilled out in order to maintain the original values of the bore or the external dimensions and to achieve perfect roundness of the axle bore. The support rollers are then reassembled and filled with lubricant before being put back into the tractor.
Naturally, a considerable part of the overall overhaul costs of a machine, for example a tractor, is due to dismantling and reassembling. This is especially the case when individual parts have to be brought back to a certain size, as in the case of the support rollers. Of course, direct application (e.g. by welding) of filler material to a built-in support roller would certainly bring the temperature to values that would lead to the destruction of the support roller as a whole.
In one of the prior art corresponding method for avoiding bending caused by overheating in a support roller during its overhaul, the support roller is partially immersed in a water bath in order to keep it at a niedri conditions temperature. If this method works as intended, the outer edge of the support roller and other parts of the support roller will not be distorted by the heat generated during welding and therefore it will save you a considerable amount of time and work. However, this process has certain shortcomings.
It is particularly difficult, even practically impossible, to apply the metal in a single, uninterrupted operation, d. H. the outer edge of the support roller must be filled up section by section with transverse welding beads. When using this method it is therefore usually difficult to hold the filled surface so that the support roller remains cylindrical as a whole.
Another difficulty arises with the use of an immersion bath in that the welding arc hits wet sections of the workpiece, producing hydrogen which leads to the formation of fine holes in the surface. When using this process, temperature differences can also arise in the rollers, which then lead to impermissible bending and can make it necessary to completely dismantle and rework the workpiece.
Another shortcoming of this process is that submerged arc welding may not be possible. If a granular welding paste is used to shield the welding arc, it is to be expected that the welding paste will fall into the water bath, become damp and thus become unusable. Such losses of welding paste represent a considerable economic disadvantage of the submerged arc welding process when the workpiece is cooled in a water bath.
In summary, it can be said that for several years of practice in the restorative overhaul of support rollers for the crawler tracks of tractors and other parts by welding on filler material, machine parts were either completely dismantled and later reworked to the appropriate size, or that cooling baths during the Application process were used, resulting in little, if any, benefit.
The invention is based on the attempt to simplify and improve the previous methods and devices for depositing wear-resistant metal.
According to the invention, this is achieved by supplying a coolant to one of the interior spaces used for lubrication and discharging it from another of these interior spaces, in such a way that a constant flow of coolant is maintained in the workpiece, so that an arc between at least one welding electrode and the edge of the workpiece is maintained to apply metal to the outside and that the edge is rotated with respect to the welding electrode and the inner support structure while the arc is maintained and weld metal is supplied.
According to the method of the present invention, rotatable parts of a machine part sub-group can be overhauled and provided with hard metal surfaces without the parts having to be removed from the sub-group and without the risk of permanent bending.
The invention is based on the principle of continuously directing a coolant through the sections of a rotating machine part that are used for lubrication, while refill material is applied by controlled arc welding (submerged arc welding, unprotected welding, inert gas welding, etc.), with the workpiece always below the critical one Tempera ture is maintained at which damage could occur. For example, the support rollers of the caterpillar chains of tractors, consisting of a device on the inside and a wearing outer edge, can be overhauled by applying metal by welding onto the support roller edge,
while liquid is continuously passed through the openings serving for lubrication between the support roller edge and the inner support structure.
The device according to the invention is characterized by means for supplying a pressurized coolant through one of the interior spaces provided for the lubricant and for discharging the coolant through another of these interior spaces such that a constant flow of coolant is maintained in the workpiece, a welding device to arc weld metal on the edge of the workpiece and a drive device to rotate the edge around the inner support structure during metal application.
On the drawings accompanying the description, an embodiment for explaining various details and advantages of the invention is shown.
Fig. 1 is a perspective view of a device for overhauling machine parts in accordance with the present invention.
FIG. 2 is an enlarged fragmentary view taken along line 2-2 of FIG. 1.
Finally, FIG. 3 is a schematic representation of the liquid flow indicated in FIG. 1. First, FIG. 1 shows a machine part sub-group S of a tractor as it is overhauled according to the present invention. In the machine part sub-group S is a widely used, known construction, which consists of a set of support rollers 10 that carry a portion of the caterpillar chain of a tractor and thus serve as a bracket for the crawler. The machine part subgroup S in the form shown here is only used to explain application possibilities of the present invention to it, and the support rollers 10 are to be seen as an example of a workpiece that is overtaken by applying hard metal to the edges.
In general, the sub-group S is fixedly mounted on a carrier (not shown) during the overhaul, so that the individual support rollers 10 are easily accessible. In the case of the embodiment shown, the support rollers are then overtaken one after the other with the arc welder W, while a liquid coolant is sent by means of the cooling system C through the support roller that has just been processed. As a result, each support roller R can be overtaken without it having to be removed from the machine part subgroup S. The overhaul costs are thereby reduced considerably.
In Fig. 1, the overhaul of a designated 10 th support roller is shown. The application takes place with the aid of welding wire 12 (shown on the far right), which is unwound from the wire reel 14 by means of the motor 16. The motor drives the roller 18 over which the welding wire runs. Various devices for unwinding the welding wire are known per se, which can be used to convey the welding wire 12 through the pipe section 20 and on to the workpiece.
The pipe section 20 ends at the universal joint 22, which in turn is attached to the flexible end piece 24 so that the welding wire 12 is brought up to the support roller 10. On the support roller 10, the welding wire is fed through a guide 26 to a welding arc; the guide also serves to supply electrical energy that can come from a rectifier device or, as shown, from a generator 28. Various supply devices for welding wire with associated Stromzufüh ments to the wire are known per se.
In Fig. 1, therefore, the generator 28 and its connection to the machine part subgroup S by means of the conductor 30 on the one hand and the guide 26 with the conductor 32 on the other hand only shown schematically.
The welding arc fed by the energy supplied by the generator 28 is kept immersed in powdery or granular flux (welding paste), which in turn is distributed over the arc zone via the conical nozzle opening 34. Again, various distribution devices for granular flux can be used medium, such. B. the nozzle opening 34 or similar arrangements, which are all known per se and are widely used. The welding arc can also be uncovered, or surrounded by a protective gas atmosphere, or generated in some other way.
While the support roller 10 is coated with metal by the welding device W, the support roller 10 is rotated by the drive device 36. 1 shows the drive device 36 in schematic form; the drive device can consist of a small motor with attached gear, which is coupled to the outer edge of the support roller 10 by a friction roller (indicated in the figure by the dashed line 38). When the outer edge of the support roller 10 is rotated, the end piece 24 with the nozzle opening 34 and the guide 26 are slowly moved over the support roller 10 by means of the conveyor 40. The conveying device 40 is coupled to the end piece 24 with the arm 42.
The per se known conveying device 40 can be designed in different ways and include, for example, a gear and a rack, which move the arm 42 at a constant speed. The universal joint 22 adapts to this movement, and in conjunction with the rotation of the support roller 10, filler material in the form of a plurality of rings or a tight spiral wrap is applied to the support roller. Thus, viewed overall, metal in the form of a cylinder sleeve is layered on the outside of the support roller 10. The coating can be in another form, e.g. B. as transverse weld beads, are applied.
As previously mentioned, the support roller 10 usually comprises an inner support structure which forms a bearing surface and is referred to below as the inner edge be. Lubricant-receiving recesses are provided on the inner edge. The inside parts of the roller have little wear when using lubricants. Access to the inside parts of the support roller 10 is usually given through a single opening which extends axially into the support roller and is connected to the bearing surfaces by radial branch channels. Lubricant is introduced through the opening under relatively low pressure, and this keeps the support roller temperature below a value at which damage could occur in the support roller.
In the cooling system C, a tank 44 is provided as a liquid storage container, from which the liquid is passed by means of the pump 48 to the support roller 10 through the supply line 50 and the heat exchanger 54. A return line 52 returns the liquid from the support roller 10 to the tank 44. As will be described in greater detail below, the line 50 and the return line 52 are inserted into the support roller 10 in the form of a pair of concentric tubes. As will also be explained in detail below, a flow control is necessary in order to guarantee that the liquid constantly flows through the entire interior of the support roller 10. Details of the arrangement are shown in Fig. 2, while Fig. 3 is a schematic representation of the flow.
In these two figures, the reference symbols are the same as in FIG. 1.
The support roller shown in Fig. 2 has the flange-like edge 56 which is attached to the inner support structure 58 consisting of various parts. The entire inner support structure is mounted on the shaft 60, which in turn is mounted in lugs 62 and thereby forms part of the sub-group S of the machine parts. The arrangement shown is at play for a variety of rotatable machine parts. The arrangement shown in detail can be constructed in various ways in modified form and contain very different parts. The support roller 10 is therefore only one example for the application of the method according to the invention and the device according to the invention and is typical of support rollers R as they are used in many different ways.
The shaft 60 in the support roller 10 has the flange 64 in the middle, by means of which the arrangement is divided in the interior into two halves which are not completely symmetrical. The shaft 60 is supported on both sides of the flange 64 in bearings 66, 68. The bearings have curved openings 70 on their circumference in the radial direction and additional passage openings to allow the circulation of lubricant. A bearing cylinder 72 concentric to the shaft 60 represents the counterpart to the bearings 66, 68; This situation approximately cylinder is held by the stud 74 between the bearings 66, 68.
During normal operation of the support roller, the bearings 66, 68 are lubricated by the oil in the support roller 10, which is sealed off from the outside in airtight manner. In particular, the oil also fills the openings 70 and the flow openings described below. The chambers of the support roller 10 containing the oil are sealed by means of sealing seals 76; Each of these up lines consists of a pair of non-metallic elastic shear rings 78 that hold metal rings 80 pressed against inner surfaces for sealing. The non-metallic rings, which are made of rubber or rubber-like material, are held firmly in place by annular hubs 82 which form the end of the support rollers.
According to the general description of the invention given above, a full understanding of the concept of the invention can best be achieved by explaining the application of the method according to the invention and the device according to the invention in the case of a support roller 10. It is therefore assumed that the support roller 10 initially as in Fig. 1 is shown attached, and that the guide 26 for the welding wire and the nozzle opening 34 are placed for operation. In addition, a friction roller 84 coupled to the drive motor 36 (FIG. 2, bottom right) rests against the outer edge 56 and rotates the outer edge 56, and thus the support roller 10, with a certain speed.
In order to produce direct contact between the liquid and the support roller 10, the inner parts of the support roller 10 are connected to the cooling devices via the liquid supply 86. The inlet line 50 (FIG. 2) from the cooling system goes in the axial direction through the insert 88, which is screwed into the inlet opening 90. This inlet opening is normally used to fill the support roller 10 with lubricant and can be closed with a plug-like closure (not shown).
The liquid supply establishes the connection of the inlet line 50 to the inlet pipe 92, which protrudes into the bore 94 in the center of the shaft 60. A seal 96 consisting of a sealing ring (O-ring) is provided on the inlet pipe in order to produce a seal between the outside of the inlet pipe 92 and the inside of the bore 94. The liquid supply 86 also encloses an outer channel 98 which is concentric with the inlet pipe 92 and which is connected to the outlet line 52 by a bore 100 running in the radial direction.
The operation of the device will now be explained with reference to FIG. While the friction roller 84 rotates the support roller 10, a welding arc between tween the wire fed via the guide 26 and the surface of the support roller 10 is generated. The filler material 102 (hard metal) deposited on the worn surface 104 of the support roller 10 restores the original surface so that the support roller can continue to be used. As previously mentioned in the illustrative embodiment mentioned above, the filler material 102 may have the shape of a tight spiral, a set of rings, or the like. These shapes result from the corresponding superposition of the drive on the outer edge 56 and the movement of the guide 26.
During the deposition of the filler material 102, the support roller 10 is heated considerably. However, the heat is dissipated by the cooling liquid which circulates through the openings and channels within the support roller 10 serving for lubrication. In particular, liquid is brought through the inlet line 50, the liquid supply 86 and the inlet pipe 92 into the bore 94 in the back-up roll. The seal 96 prevents liquid from flowing from the outlet opening of the inlet pipe 92 directly to the outflow line 52. The liquid flows to the bearing surface 68 through a channel 106 which runs in the radial direction and is provided in the shaft 60.
The bearing surface 68 delimits the openings 108, 110 for the lubricant, which together with the passage openings 112 mounted in the flange 64 allow a return of the liquid to the bore in the shaft through a further, radially extending channel 114 on the liquid supply 86 . The various openings and channels through which the cooling liquid flows are shown lying in one plane, which is hardly the case in practice. This representation was chosen to erläu tern the course of the cooling liquid (see also Fig. 3).
After returning through the channel 114 running in the radial direction to the bore 94, the circulating liquid goes through the channel 98, which is formed on the one hand by the outside of the inlet pipe 92 and on the other hand through the wall of the bore 94 ge. The drain runs through the insert 88 with the bore 100 to the outlet opening 52, which returns the liquid to the outer section of the cooling circuit.
When using the cooling system, it has proven to be expedient to keep the pressure under which the cooling liquid is within the support roller 10 relatively low. With the undoubtedly existing pressure dependency of the flow rate in the chambers, it has proven to be useful to keep the pressure within the support roller 10 below 3 kg / cmêzu.
In many cases it has also proven to be expedient to use the normal lubricant for the support rollers 10 as a liquid coolant in the cooling circuit. Usually, the rollers considered here are lubricated with various types of commercially available lubricating oils. Such oils proved to be good coolants, in which there was no risk of the interiors of the support rollers 10 becoming contaminated. In cases where several welding arcs are used at the same time, it can be useful to use a coolant with stronger heat dissipation. A mixture of about 10% cutting oil dispersed in water was found to be particularly suitable.
At least 7-30 volume percent of a water-dispersible oil should be used in the coolant with water.
In summary, an embodiment of the method according to the invention can be presented in the following manner. The machine part sub-group S (Fig. 1) is mounted so that each of the support rollers R is easily accessible. Then the drive device 36 is coupled to one of the support rollers 10 by means of the friction roller 84 (FIG. 2), which in turn acts on the outer edge 56. The device W for arc welding is then aligned with the wire guide 26 (FIG. 2) for welding onto the worn surface 104.
The oil plug (not shown), which normally closes the inlet opening 90 of the support roller 10, is then removed and the insert 88 inserted, where it is inserted through the inlet tube 92 into the bore 94 and a seal is created by means of the seal 96. The order of these preparations can be changed. When all preparatory work has been completed, the actual overhaul takes place, i.e. H. the outer edge 56 is set in rotation, while at the same time hard metal is applied to the outside of the roll by welding and liquid is circulated through the inner sections of the support roll which are used for lubrication.
The heat generated by the electric arc is dissipated to a sufficient extent by the cooling liquid so that overheating of any sections of the support roller 10 is avoided and the support roller remains ready for operation and connected to the other parts in accordance with the dimensions.
After completion of the overhaul work, the liquid feed 86 is removed from the inlet opening 90 and the oil plug is reinserted so that the inner parts of the support roller 10 remain filled with lubricating oil and are ready for longer operation. If a coolant that is not identical to the lubricating oil was used, e.g. B. an oil dispersion in water, the inner sections of the support roller must be flushed out and filled with lubricant. It has proven to be beneficial to circulate a solvent through the inner sections of the support roller, then remove the cooling system and refill the inner sections with liquid lubricant.