CH683972A5 - Nahtschweissmaschine zum Verbinden von Blechzuschnitten. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Nahtschweissmaschine zum Verbinden von nebeneinanderliegend eingespannten Blechzuschnitten mittels einer Schweiss-naht, enthaltend

- ein Schweissaggregat, welches eine Schweissachse bestimmt,

- zwei beidseits der Schweissachse angeordnete Spannvorrichtungen für die Blechzuschnitte, je mit oberen und unteren Pressbalken sowie oberen und unteren, einen Aufnahmespalt für die Blechzuschnitte begrenzenden Klemmbacken, sowie

- Längstransportmittel für den Vorschub der eingespannten Blechzuschnitte in Richtung der Schweissachse.

Nahtschweissmaschinen dieser Art werden insbesondere zur Herstellung sogenannter Platinen verwendet, wobei häufig auch Blechzuschnitte unterschiedlicher Dicke und/oder Qualität zusammenzufügen sind. Bevor die Blechzuschnitte in den Spannvorrichtungen der Maschine festgespannt werden, müssen ihre zu verschweissenden Blechränder relativ zueinander und in bezug auf die Schweissachse genau ausgerichtet werden, und während dem Längsvorschub, d.h. während dem Schweissvorgang muss diese Ausrichtung erhalten bleiben, damit die Qualität der Schweissnaht nicht beeinträchtigt wird. Dabei ist zu beachten, dass beim Schweissen erhebliche Querkräfte an den Werkstücken auftreten können, so insbesondere beim Überlapptnaht- oder Quetschnahtschweissen zwischen Rollenelektroden.

Bei einer bekannten Schweissmaschine der eingangs genannten Art ist für das Spannen und den Schweissvorschub der Blechzuschnitte ein auf dem Maschinenbett geführter, als Ganzes längsverfahr-barer Schweisswagen vorgesehen (DE-A 4 008 009). Dieser enthält im wesentlichen die vier (zwei untere und zwei obere) mit den Klemmbak-ken versehenen Pressbalken und je in den oberen Pressbalken eingebaute hydraulische Spannzylinder. Bei dieser Bauart können die Pressbalken nur an ihren Enden miteinander verbunden werden. Die Pressbalken selbst müssen deshalb so steif gebaut werden, dass die beim Spannen und Schweissen an ihnen angreifenden (vertikalen und horizontalen) Kräfte keine unzulässigen Verformungen verursachen. Die Baulänge der Spannvorrichtungen - und damit die Länge der herstellbaren Schweissnähte -ist deshalb praktisch ziemlich begrenzt, weil sich bei grösserer Länge unverhältnismässig grosse Abmessungen und eine entsprechende Masse des Schweisswagens ergeben würden. Überdies erfordern die auf dem hin und her bewegten Schweisswagen eingebauten hydraulischen Spannzylinder einen Anschluss über flexible Druckschläuche, was einen zusätzlichen Aufwand und mögliche Komplikationen bedeutet.

Mit der vorliegenden Erfindung soll, ausgehend von einer Nahtschweissmaschine der eingangs genannten Gattung, eine zweckmässigere Bauweise vorgeschlagen werden, bei der die an den Spannvorrichtungen auftretenden Kräfte sich gut beherrschen lassen und die beim Stand der Technik bestehende Beschränkung der Bau- bzw. Arbeitslänge entfällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Demnach sind die beiden oberen und die beiden unteren Pressbalken der Spannvorrichtungen je an einem oberen bzw. unteren ortsfesten, steifen Längsträger angeordnet, die ihrerseits miteinander starr verbunden sind; mindestens die oberen Pressbalken sind dabei gegenüber dem oberen Längsträger mittels Huborganen heb- und senkbar. Ferner weist jeder Pressbalken eine Vorschubeinheit auf, wobei jede dieser Vorschubeinheiten aus in Richtung der Schweissachse verlaufenden Längsführungen, einem an diesen geführten, die Klemmbacken tragenden Schlitten und einem mit dem Schlitten verbundenen, reversierbaren Linearantrieb besteht.

Bei dieser Bauart müssen nicht die Pressbalken selbst die gesamte Biegebelastung aufnehmen, sondern die vertikalen wie die horizontalen Kräfte werden in den (jeweils für zwei Pressbalken gemeinsamen) Längsträger eingeleitet. Dabei gelingt es, auch etwas wellige oder mehrere in der Schweissrichtung nebeneinandergereihte Blechzuschnitte einwandfrei zu spannen. Da ferner die Pressbalken in Richtung der Schweissachse stationär bleiben, sind die entlang dieser Achse zu bewegenden Massen drastisch vermindert, und ausserdem entfallen auch bewegliche Hydrauiik-Druck-schläuche.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Gesamtansicht der Nahtschweissmaschine gemäss dem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht der Maschine, wobei die Verschalung sowie die beiden Längsträger weggelassen sind,

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt entlang der Linie IIIIII in Fig. 2,

Fig. 4 zeigt perspektivisch ein Detail IV gemäss Fig. 2 im Endbereich einer der oberen Vorschubeinheiten,

Fig. 5 ist ein Teil-Längsschnitt in Perspektive entlang der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 zeigt perspektivisch einen Querschnitt durch eine Vorschubeinheit im Bereich des Pfeiles VI in Fig. 3, und

Fig. 7a und 7b veranschaulichen schematisch verschiedene Einspann-Situationen zweier Blechzuschnitte im Vertikalschnitt analog Fig. 3.

Die in Fig. 1 in ihrer Blechverschalung dargestellte Nahtschweissmaschine weist generell ein Unterteil 1 und ein Oberteil 2 auf, zwischen denen ein Spalt 5 für die Aufnahme der Werkstücke besteht. Im Zentrum der Maschine befindet sich das Schweissaggregat 10, beispielsweise ein elektrisches Widerstands-Rollnahtschweissaggregat, von dem nur die beiden Elektrodenrollen und deren Lagerung angedeutet sind. Das Schweissaggregat 10 bestimmt in der Maschine die Schweissachse Z, entlang welcher beim Schweissvorgang die Werk5

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stücke am Schweissaggregat vorbeigefördert werden, um die Schweissnaht zu bilden. Miteinander zu verschweissende Blechzuschnitte 7, 8 werden jeweils auf der Eingangsseite der Maschine (rechts in Fig. 1) von beiden Seiten in Richtung der Pfeile A in den Spalt 5 eingeschoben, deren Kanten mit der erforderlichen Überlappung parallel zur Achse Z ausgerichtet und dann festgespannt. Im festgespannten Zustand werden die Blechzuschnitte sodann in Richtung des Pfeiles B parallel zur Schweissachse durch das Aggregat 10 gefördert. Auf der Ausgangsseite (links in Fig. 1 ) wird sodann die Verspannung gelöst, und die geschweissten Werkstücke, sogenannte Platinen, werden der Maschine entnommen. Für das Zuführen (Pfeile A) und Ausrichten der Blechzuschnitte 7 und 8 sowie für das Schweissaggregat 10 können an sich bekannte Einrichtungen verwendet werden; diese sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und brauchen hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

Als wesentliche tragende Konstruktionselemente enthält die Nahtschweissmaschine einen oberen und einen unteren ortsfesten, steifen Längsträger 20 bzw. 21 (siehe auch Fig. 3); falls erforderlich können die Längsträger, wie oben in Fig. 1 angedeutet, in einem mittleren Bereich nach oben bzw. unten abgekröpft sein, um Raum für das Schweissaggregat 10 zu schaffen. Über eine Säule 3 am eingangsseitigen Maschinenende und über ein quer zur Längsrichtung abstehendes Joch 4 sind die Längsträger 20 und 21 miteinander starr verbunden; eine zweite Verbindungssäule 3' kann am aus-gangsseitigen Maschinenende vorgesehen sein, sofern die geschweissten Platinen nicht in Richtung der Schweissachse Z, sondern quer dazu dem Spalt 5 entnommen werden. Für die Blechzuschnitte 8 weist das Joch 4 einen Durchlass 6 auf. Über das Joch 4 erfolgt zweckmässigerweise auch die Speisung und die Steuerung des Schweissaggrega-tes 10.

Die steifen Längsträger 20 und 21 sind gemäss Fig. 3 vorzugsweise als rechteckiges Kastenprofil mit aussen angesetztem Längssteg 22 bzw. 23 ausgebildet. Die Anordnung ist im Vertikalschnitt nach Fig. 3 im wesentlichen symmetrisch bezüglich einer Vertikalebene 12 und einer Horizontalebene 13, wobei die Schnittgerade der beiden Symmetrieebenen der Schweissachse Z entspricht. Zwischen dem oberen Längsträger 20 und dem unteren Längsträger 21 - und an diesen abgestützt - befinden sich zwei Spannvorrichtungen für die jeweils (in Z-Richtung gesehen) linken und rechten Blechzuschnitte. Diese Spannvorrichtungen sind zu beiden Seiten der mittigen Längsstege 22, 23 angeordnet und weisen je einen oberen Pressbalken 24], 24i sowie einen unteren Pressbalken 251, 25i auf. Für den Längstransport der eingespannten Werkstücke durch die Maschine ist an der dem Spalt 5 zugekehrten Schmalseite jedes Pressbalkens eine Vorschubeinheit 401, 40r bzw. 41J, 41 r angeordnet, jeweils mit Klemmbacken 50 bzw. 51, die den Aufnahmespalt 5 begrenzen. Die Vorschubeinheiten 40, 41 sind weiter unten im einzelnen anhand der Fig. 2, 4, 5 und 6 beschrieben.

Jeder der Pressbalken 241, 24r und 251, 25r ist mittels zugeordneter Huborgane - hydraulische Zylinder 261, 26i bzw. 271, 27n - in bezug auf den oberen bzw. den unteren Längsträger 20 bzw. 21 heb-und senkbar. Die Kolbenstange jedes Hubzylinders ist mittels eines Bolzens 28 am Pressbalken angelenkt, und die Zylinderlaschen 31 sind auf nicht näher dargestellte Weise am Längsträger verankert. Zum Öffnen und Schliessen des Spaltes 5 (Presshub) wäre es grundsätzlich denkbar, nur die beiden oberen Pressbalken 24 heb- und senkbar am Längsträger anzuordnen und die unteren Balken 25 in gegebener Höhenlage fest mit dem Längsträger zu verbinden; zweckmässig ist es jedoch, alle vier Pressbalken wie dargestellt mittels Huborganen 26 bzw. 27 vertikal beweglich zu lagern.

Bei ihrer Vertikalbewegung in bezug auf die Längsträger 20 und 21 sind die Pressbalken 24 und 25 mittels quer zur Hubrichtung angeordneten Lenkern geführt. Wie in der unteren Hälfte von Fig. 3 ersichtlich, sind durchgehende Federstäbe 30 vorgesehen, deren Mittelteil jeweils im Steg 23 (bzw. 22) und deren Ende je in einer Bohrung des Pressbalkens 251, 25i (bzw. 241, 24r) verankert ist. Anstelle von Federstäben 30 könnten auch Zuglaschen oder dergleichen vorgesehen sein. Gemäss Fig. 2 ist über die Länge der Pressbalken verteilt eine Mehrzahl solcher Lenker vorgesehen, die jeweils «parallelogrammartig» paarweise übereinander angeordnet sind. Dank einer solchen Anordnung erhalten die Spannvorrichtungen eine ausgezeichnete Seitenstabilität, und es können die insbesondere beim Quetschnaht- und Überlappt-naht-Schweissen auf die Werkstücke einwirkenden Seitenkräfte einwandfrei aufgenommen werden.

Der Aufbau der Vorschubeinheiten 40, 41 wird nun am Beispiel der oberen linken Einheit 401 beschrieben. Die linken und die rechten Vorschubeinheiten sind jeweils spiegelsymmetrisch ausgebildet. Die unteren Einheiten 41 sind bezüglich Anordnung der Klemmbacken 51 etwas einfacher ausgeführt als die oberen Einheiten 40, worauf später kurz eingegangen wird.

Die Vorschubeinheit 40 gemäss Fig. 4, 5 und 6 weist ein durchgehend mit dem Pressbalken 24 fest verbundenes, kanalartiges Führungsprofil 42 auf. Das Führungsprofil bildet die Längsführung für einen Schlitten 60, deren Länge aus Fig. 2 ersichtlich ist und etwas weniger als die Gesamtlänge der Schweissmaschine beträgt. Der Schlitten 60 ist in mehrere, z.B. sechs hintereinander angeordnete Wagen 62 unterteilt, die untereinander beweglich verbunden sind; einer dieser Wagen 62 ist in Fig. 5 dargestellt. Für die Längsbewegung des Schlittens dient ein reversierbarer Linearantrieb mit Motor 78 (Fig. 2) und Zahnriemen 75. Der Zahnriemen 75 erstreckt sich vom vorderen Ende des Schlittens 60 (links in Fig. 2) über ein Antriebsritzel 76, ein Umlenkritzel 77 (rechts in Fig. 2) und zurück zum hinteren Ende des Schlittens 60 (links von der Mitte in Fig. 2). Schlitten 60 und Zahnriemen 75 bilden somit eine geschlossene Schleife.

Das Führungsprofil 42 weist unten einen Längs-schiitz auf, welcher seitliche, vertikale Führungsflächen 43 bildet. Ferner sind innenliegende, horizon-

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tale Führungsflächen 44 vorhanden. Oben am Profil

42 ist ein Längshohlraum 45 für den Rücklauf des Zahnriemens 75 ausgespart.

An jedem Wagen 62 des Schlittens 60 sind vier Rollen 64 mit horizontaler Achse und drei Rollen 65 mit vertikaler Achse gelagert. Die letzteren führen den Wagen seitlich zwischen den Führungsflächen

43 des Profils 42. Die Rollen 64 laufen jeweils unter Belastung (Vorlauf) entlang der oberen horizontalen Führungsfläche 44 und beim unbelasteten Rücklauf des Schlittens auf der unteren horizontalen Führungsfläche 44.

Der die Rollen 64 und 65 lagernde Wagenkörper 63 hat ein etwa T-förmiges Profil. Unterhalb des horizontalen T-Querbalkens des Wagenkörpers 63 erstreckt sich ein Band 70 aus Federstahl über die gesamte Länge des Schlittens 60. Jedem Wagen 62 ist eine Blattfeder 66 zugeordnet, welche einerseits mit der Unterseite des Wagenkörpers 63 und anderseits mit der Oberseite des Bandes 70 verbunden ist. An der Unterseite des Bandes 70 wiederum sind pro Wagen 62 zwei Klemmbacken 50 befestigt, und zwar lösbar, damit abgenützte Klemmbacken ersetzt werden können. Zwischen dem Wagenkörper 63 und jeder Klemmbacke 50 sind eine Anzahl Druckfedern 67 verspannt, die durch entsprechende Öffnungen 71 im Band 70 hindurchragen. Der Höchstabstand zwischen den Klemmbacken 50 und dem Wagenkörper 63 ist durch Schraubenbolzen 68 (Fig. 6) gegeben, die im Wagenkörper 63 festsitzen und von Distanz- und Führungshülsen 69 umgeben sind. Auf den Hülsen 69 gleiten entsprechende Passbohrungen 72 in den Klemmbacken 50 und dem Band 70, wodurch die Seitenführung dieser Teile gewährleistet ist. Dank der beschriebenen Anordnung mit den Blattfedern 66 und dem Stahlband 70 sind die Wagen 62 des Schlittens 60 untereinander und ferner die Klemmbacken 50 in bezug auf die Wagen 62 beweglich verbunden, wobei diese Verbindung die Zugkräfte während dem Längstransport des Schlittens unter Belastung überträgt. Am vordersten Wagenkörper 63' (Fig. 4) ist das eine Ende des Zahnriemens 75 mittels eines Blocks 74 festgeklemmt, desgleichen das andere Ende des Riemens 75 am hintersten Wagenkörper 63 des Schlittens.

Wie erwähnt, sind die unteren Vorschubeinheiten 411 und 41 r analog ausgebildet, jedoch mit dem Unterschied, dass die unteren Klemmplatten 51 am Wagenkörper direkt, d.h. nicht über zwischengefügte Druckfedern, befestigt sind. Die hintereinander angeordneten Wagen der unteren Schlitten 61 sind jedoch vorzugsweise ebenfalls über ein flexibles Stahlband beweglich miteinander verbunden.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Spannvorrichtungen ist wie folgt: Beim Schliesshub zum Spannen der Blechzuschnitte 7 und 8 fahren die Kolben in sämtlichen Hubzylindern 26 und 27 in ihre Endstellung (Anschlag am Zylinder). Dabei bilden die unteren Pressbalken 25 mit ihren Klemmbacken 51 eine feste Auflage für die Werkstücke, während an den Schlitten 60 der oberen Pressbalken die Druckfedern 67 über den Klemmbacken 50 teilweise zusammengedrückt werden und entsprechend ihrer Federkennlinie die Einspannkraft bestimmen.

Zweckmässigerweise ist bei der (nicht dargestellten) Verankerung der Hubzylinder 26 und 27 an den Längsträgern 20 bzw. 21 eine Einstellmöglichkeit der Höhenlage der Zylinderlaschen 31 vorgesehen, beispielsweise mittels dreheinstellbaren Exzenterwellen, die in Bohrungen der Laschen 31 gleiten; die Zylinderreihen links und rechts sowie oben und unten sollen dabei einzeln einstellbar sein. Dadurch ist es möglich, verschiedene Endlagen der Pressbalken 241, 24r sowie 251, 25r in bezug auf die Horizontalebene 13 einzustellen, wie dies in den Fig. 7a und 7b schematisch veranschaulicht ist. Es ergeben sich dabei vorbestimmte Spannkräfte auch bei unterschiedlichen Blechdicken und es können entgegengesetzte Überlappungs-Situationen der zu verschweissenden Blechränder berücksichtigt werden (linkes Blech 7 unten nach Fig. 7a, oder rechtes Blech 8 unten nach Fig. 7b).

Schliesslich kann es auch zweckmässig sein, gemäss Fig. 2 die oberen Pressbalken 24 in Längsabschnitte zu unterteilen, nämlich in einen Anfangsabschnitt 24a, einen mittleren Abschnitt 24b und einen Endabschnitt 24c. Wie ebenfalls angedeutet, kann dabei der mittlere Abschnitt 24b «dichter» mit Hubzylindern bestückt werden. Die Zylinder 26 über dem mittleren Abschnitt 24b werden in bezug auf die Zylinder über den aussenliegenden Abschnitten 24a und 24c etwas tiefer eingestellt, wodurch die Führungsprofile 42 mit den Führungsflächen 44 beim Presshub eine geringfügige elastische Durchbiegung erfahren. Beim Längstransport der Werkstücke, d.h. bei Durchfahrt der Wagen 62 durch den Abschnitt 24b, wird auf diese Weise eine erhöhte Spannkraft in den Zonen vor und nach dem Schweissaggregat 10 erzeugt, wodurch den beim Schweissen auftretenden, starken Seitenkräften Rechnung getragen wird.

Claims (13)

Patentansprüche

1. Nahtschweissmaschine zum Verbinden von nebeneinanderliegend eingespannten Blechzuschnitten (7, 8) mittels einer Schweissnaht (S), enthaltend

- ein Schweissaggregat (10), weiches eine Schweissachse (Z) bestimmt,

- zwei beidseits der Schweissachse (Z) angeordnete Spannvorrichtungen für die Blechzuschnitte (7, 8), je mit oberen und unteren Pressbalken (24, 25) sowie oberen und unteren, einen Aufnahmespalt (5) für die Blechzuschnitte (7, 8) begrenzenden Klemmbacken (50, 51), sowie

- Längstransportmittel für den Vorschub der eingespannten Blechzuschnitte (7, 8) in Richtung der Schweissachse (Z), dadurch gekennzeichnet,

- dass die beiden oberen (24) und die beiden unteren Pressbalken (25) je an einem oberen bzw. unteren ortsfesten, steifen Längsträger (20 bzw. 21) angeordnet sind, wobei die beiden Längsträger miteinander starr verbunden sind, und wobei mindestens die oberen Pressbalken (24) gegenüber dem oberen Längsträger (20) je mittels Huborganen (26) heb- und senkbar sind,

- und dass jeder Pressbalken (24, 25) eine Vorschubeinheit (40, 41) aufweist, je bestehend aus in

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Richtung der Schweissachse (Z) verlaufenden Längsführungen (42), einem an diesen geführten, die Klemmbacken (50, 51) tragenden Schlitten (60, 61) und einem mit dem Schlitten verbundenen, re-versierbaren Linearantrieb (75, 78).

2. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Längsträger (20, 21) im Bereich des Schweissaggregates (10) über ein Joch (4) sowie an mindestens einem ihrer Enden miteinander verbunden sind.

3. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Längsträger (20, 21) einen Längssteg (22, 23) aufweisen, wobei die Längsstege einander zugekehrt und zwischen den beiden oberen (24) bzw. zwischen den beiden unteren Pressbalken (25) angeordnet sind.

4. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden oberen Pressbalken (24) am Längssteg (22) mittels Lenkern (30) geführt sind, die quer zur Hubrichtung verlaufen.

5. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenker (30) als Federstäbe ausgebildet sind.

6. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (20, 21) als Hohlprofile gestaltet sind, in deren Hohlraum die Huborgane (26, 27) untergebracht sind.

7. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens am oberen Längsträger (20) die Huborgane (26) höheneinstellbar verankert sind.

8. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitten (60) mindestens der oberen Vorschubeinheiten (40) in mehrere aneinandergereihte Wagen (62) unterteilt sind, die untereinander über Mitnahmeorgane (66, 70) beweglich verbunden sind.

9. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an den oberen Vorschubeinheiten (40) die Klemmbacken (50) über Druckfedern (67) am Schlitten (60) abgestützt sind.

10. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (60, 61) jeder Vorschubeinheit (40, 41) an beiden Enden mit den Enden eines flexiblen Antriebsorgans (75) verbunden ist, das entlang den Längsführungen (42) und über an deren Enden angeordnete Umlenkorgane (76, 77) geführt ist.

11. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Huborgane (26, 26) gruppenweise höheneinstellbar sind.

12. Nahtschweissmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die oberen Pressbalken (24) in Längsabschnitte (24a, 24b, 24c) unterteilt sind.

13. Nahtschweissmaschine nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die an den unterteilten Pressbalken (24) durchgehenden Längsführungen (42) bei unterschiedlicher Höheneinstellung der Huborgane (26) entlang den Pressbalken elastisch durchbiegbar sind.

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