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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines zylindrischen Behälters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 3.
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Stand der Technik
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Das Erfordernis, Stoßstellen von im Wesentlichen vertikal verlaufenden Blechteilen zu verschweißen, tritt insbesondere im Behälterbau auf. Behälter aus Blechmaterial, insbesondere Edelstahlblech, werden beispielsweise für den Einsatz im Trinkwasserbereich oder in der Getränke- bzw. Lebensmittelindustrie z. B. zur Lagerung von Flüssigkeiten, Schüttgut, etc. eingesetzt.
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Derartige Behälter werden häufig mittels Blechbandabschnitten hergestellt, aus denen zunächst Blechbandreifen vorgefertigt werden, um diese im Anschluss daran zu einem Gesamtbehälter zu verschweißen. Eine solche Herstellungsmethode bereitet insbesondere beim Verschweißen der vorgefertigten Blechbandreifen regelmäßig Probleme, da durch leicht unterschiedliche Wandkrümmungen die Blechbandreifenränder nicht immer exakt aufeinandertreffen.
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Die Blechbandreifen werden von der Innenseite oder auch von der Außenseite des Behälters regelmäßig unter Einsatz eines Wolfram-Schutzgas-Schweißprozesses verschweißt. Dabei kommen abhängig vom Anwendungsfall zwei Ausführungsformen des Wolfram-Schutzgasschweißens zum Einsatz. Bei einem Verschweißen von Hand nutzt man normalerweise das Wolfram-Inert-Gas-Schweißen (WIG-Schweißen). Beim WIG-Schweißen brennt zwischen einer Wolfram-Elektrode und einem Werkstück ein vergleichsweise weit aufgefächertes Plasma. Als Schutzgas wird z. B. das inerte Gase Argon eingesetzt. Zusätzlich wird zur Schweißstelle ein Zusatzwerkstoff (Schweißstab) seitlich von Hand mit beispielsweise einer tupfenden Bewegung zugeführt.
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Bei einer zweiten Ausführungsform des Wolfram-Schutzgasschweißens brennt ein scharf gebündelter Plasmastrahl zwischen einem Werkstück und einer Wolfram-Elektrode. Dieses Schweißverfahren wird regelmäßig automatisiert durchgeführt. Auch hier kann ein Zusatzwerkstoff seitlich zur Schweißstelle zugeführt werden.
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Beide Ausführungsformen unter Zuführung eines Zusatzwerkstoffes werden auch als Kaltdraht-Schweißverfahren bezeichnet.
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Zur Durchführung dieser Schweißverfahren, insbesondere des Plasma-Schweißverfahrens, ist es normalerweise erforderlich, dass die Blechbandreifen vor dem eigentlichen Verschweißen der Stoßstelle durch punktuelles Schweißen geheftet werden.
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Beide Schweißverfahren sind daher aufwendig, insbesondere zeitaufwendig und entsprechend kostenintensiv.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verschweißen einer wendelförmig verlaufenden Stoßlinie einer vertikal gewickelten zylindrischen Behälters rationeller zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Ausführungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Behälters mit einem Mantel aus, der wenigstens teilweise aus einem Blechband besteht, das wendelförmig gewickelt ist, so dass die seitlichen Ränder des Blechbandes an einer wendelförmig verlaufenden Stoßlinie aneinandergrenzen, wobei das Blechband des Mantels in einer Art Schraubenbewegung vertikal gewickelt wird. Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt nun darin, dass die Stoßlinie an einer Stelle vorbeiläuft, an der ein beidseitiger Metall-Schutzgas-Schweißprozess durchgeführt wird. Durch diese Vorgehensweise lassen sich derart gewickelte Behälter, z. B. für die Nahrungsmittelindustrie, zeitsparend und dennoch mit vergleichsweise hoher Qualität herstellen.
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Unter Metall-Schutzgasschweißen wird ein Schweißverfahren verstanden, bei dem ein Lichtbogen zwischen einer vorzugsweise positiv gepolten Drahtelektrode eines Schweißbrenners und einem Werkstück brennt. Die Drahtelektrode dient nicht nur als Lichtbogenträger, sondern auch als abschmelzender Zusatzwerkstoff und ist dementsprechend nachzuführen. Die Schweißstelle wird dabei von einem Schutzgas, das aus einer die Drahtelektrode umgebende Düse ausströmt, umhüllt, wobei sich Metall-Inert-Gas (MIG-Schweißen) und Metall-Aktiv-Gas (MAG-Schweißen) unterscheiden lassen. Beim MIG-Schweißen wird z. B. Argon als inertes Schutzgas verwendet. Beim MAG Schweißen werden gezielt aktive Gase als Schutzgase eingesetzt, um entsprechende Schweißnahteigenschaften zu erzielen. Häufig kommt eine Gasmischung aus Argon und CO2 zur Anwendung. Bislang wird ein solcher Schutzgas-Schweißprozess nur von einer Seite einer Stoßlinie von Werkstücken ausgeführt, wobei auch ein Zweidrahtsystem bekannt ist. Bei einem solchen Schweißbrenner wird nicht nur ein einziger abschmelzender Schweißdraht, sondern ein Paar abschmelzende Schweißdrähte zugeführt, womit sich die Schweißgeschwindigkeit dieses Schweißverfahrens weiter erhöhen lässt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter Durchführung eines Metall-Schutzgas-Schweißprozesses an gegenüberliegenden Stellen einer Stoßlinie von Blechen sich nicht nur eine qualitativ außerordentlich hochwertige Schweißnaht realisieren lässt, sondern auch eine enorm hohe Schweißgeschwindigkeit möglich ist. Versuche haben gezeigt, dass die Schweißgeschwindigkeit um bis zu einem Faktor von ungefähr 10 über der Schweißgeschwindigkeit von üblichen Schweißverfahren (z. B. Plasmaschweißen) liegt. Eine qualitativ hochwertige Schweißnaht ergibt sich bei gleichzeitiger Schweißung an gegenüberliegenden Stellen aus dem Umstand, dass die Schweißstellen, die durch das Blechmaterial zwar getrennt sind, jedoch dennoch eine durchgehende Schmelze an der Stoßlinie der Blechbereiche ausbilden, jeweils von Schutzgas umhüllt werden. Das größte Potential für eine Kosteneinsparung beim erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich jedoch daraus, dass eine außerordentlich hohe Schweißgeschwindigkeit möglich ist, womit sich die erforderliche Arbeitszeit für die Herstellung von einem Behälter im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren deutlich herabsetzen lässt.
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Um die Qualität der Schweißnaht weiter zu verbessern, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass die Blechbereiche im Schweißbereich der Stoßstelle präzise geführt, insbesondere gegeneinander gedrückt werden.
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Im Weiteren ist es bevorzugt, wenn die Schweißnaht an der Stoßlinie unmittelbar nach Vornahme des Schweißprozesses wenigstens einseitig glattgeschliffen wird. Damit kann insbesondere auf der Innenseite eines Behälters eine auch höchsten Anforderungen genügende Oberfläche im Bereich der Schweißnaht geschaffen werden.
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Vorzugsweise ist die Führungseinrichtung dazu ausgelegt, die Blechbereichränder der Stoßlinie gegeneinander zu drücken. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass die Blechbereichränder nicht nur senkrecht zur Stoßlinie aneinander gedrückt werden, sondern durch eine entsprechende Führung auch in der Ebene der Blechbereiche möglichst genau fluchten.
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Um den Schweißverbindungsvorgang rationell und qualitativ hochwertig zu gestalten, wird im Weiteren vorgeschlagen, dass vor den Schweißmitteln eine Station zur Anbringung einer Fase vorgesehen ist. In diesem Zusammenhang ist es überdies bevorzugt, wenn nach den Schweißmitteln eine Schleifeinheit zum Abschleifen, vorzugsweise beidseitigen Abschleifen, der Schweißnaht vorgesehen ist. Damit kann in unmittelbar aufeinander folgenden Arbeitsgängen eine Blechverbindung realisiert werden, die höchsten Anforderungen genügt. Darüber hinaus erfüllt die abgeschliffene Oberfläche höchste hygienische Standards.
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Außerdem ist es bevorzugt, wenn eine Steuereinheit vorgesehen ist, mit welcher der Schweißstrom der an gegenüberliegenden Stellen angeordneten, durch die Blechbereiche getrennten Schweißbrenner aufeinander abstimmbar ist. Durch diese Maßnahme kann zusätzlich die Qualität der Schweißnaht optimiert werden, insbesondere wenn eine aufeinander abgestimmte Pulstechnik des Stromes zur Anwendung kommt, mit welcher die Entstehung von Schweißspritzern durch eine gezielte Tropfenablösung am Schweißdraht weitgehend vermeidbar ist.
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Bei einer Vorrichtung zur Herstellung gewickelter Behälter liegt der Kerngedanke darin, das Schweißmittel zur vorzugsweise gleichzeitigen Durchführung eines Metall-Schutzgas-Schweißprozesses auf beiden Seiten des Blechbandes an gegenüberliegenden Stellender Stoßlinie vorgesehen sind, wobei zur Führung des Blechbandes für eine vertikale Erzeugung der zylindrischen Mantelwicklung mehrere fest positionierte Rolleneinheiten aus zwei oder mehr Rollen mit vertikaler Rollenachse vorgesehen sind, und wobei die Schweißmittel zur ortsfesten Positionierung ausgelegt sind. Durch diese Vorgehensweise wird es möglich, einen aus einem Band gewickelten zylindrischen Mantel an einer Schweißstelle vorbei vertikal nach oben aufzubauen, indem unten das Band zugeführt und an dem bereits bestehenden Mantelabschnitt über den beidseitigen Metall-Schutzgas-Schweißprozess angeschweißt wird.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die fest positionierten Rolleneinheiten über Hydraulikmotoren antreibbar. Hydraulikmotoren haben im Gegensatz zu Elektromotoren den Vorzug, dass das von ihnen aufgebrachte Drehmoment auch bei niedrigen Drehzahlen vergleichsweise einfach eingestellt werden kann. Dies ist erforderlich, um eine sensible und exakte Positionierung des Blechbandes, insbesondere an der Stelle, an welcher sie verschweißt werden, zu erhalten. Denn nur, wenn der Schweißvorgang exakt an der Stoßlinie der Ränder des Blechbandes durchgeführt werden kann, lässt sich eine qualitativ hochwertige Schweißnaht erzeugen.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Rolleneinheiten im Bereich der Schweißstelle so ausgestaltet, dass die Randbereiche des Blechbandes an den Schweißstellen aufeinander gedrückt werden. Damit kann eine Spaltbildung an der Stoßlinie im Bereich der Schweißstelle vermieden werden, die nach der Schweißung gegebenenfalls zu einer Materialschwächung im Bereich der Schweißnaht führt. Beispielsweise lassen sich jeweils auf beiden Seiten des Blechbandes oberhalb und unterhalb der leicht ansteigenden Stoßlinie der Blechränder Rollen mit vertikaler Achse vorsehen. Auf diese Weise drücken beim Antreiben der Rollen die oberhalb der Stoßstelle liegenden Rollen den unteren Rand in einer leicht radierenden Bewegung auf den darunter liegenden Blechrand, der aufgrund der Führung des Blechrandes über beispielsweise unter Stützrollen nicht weiter nach unten ausweichen kann.
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In einer weiteren überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Rollen an Stativen befestigt.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im Bereich der Stellen, an welchen die Blechränder verschweißt werden, die Schweißmittel in ihrer Position verstellbar, insbesondere höhenverstellbar angeordnet. Dadurch können die beidseitig des Blechbandes ausgebildeten Schweißmittel exakt auf die daran vorbeigeführte Stoßlinie der Blechränder eingestellt werden.
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Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Ansicht von oben einer Vorrichtung zur Herstellung eines zylindrischen Behälters mit gewickeltem Mantel und einem teilweise fertiggestellten, in der Vorrichtung befindlichen, gewickelten Mantel,
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2 ausschnittsweise eine geschnittene, vergrößerte Seitenansicht der Vorrichtung mit Mantel gemäß 1 entlang der Schnittlinie II-II im Bereich der Schweißmittel und
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3 ausschnittsweise eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die in 2 dargestellten Details.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Behälters mit gewickeltem Mantel 2 umfasst eine Aufnahme 3 für eine Bandrolle 4, an welcher eine erste Rolleneinheit 5 zur Abwicklung eines Blechbandes 6 von der Bandrolle 4 angeordnet ist.
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Die Aufnahme 3 mit Bandrolle 4 und Rolleneinheit 5 ist vorzugsweise derart verkippt, dass das abgewickelte Blechband 6 mit der Steigung der Blechbandwicklung entspricht, die sich aus Behälterdurchmesser und Blechbandbreite ergibt.
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Entlang der späteren Umfangslinie des Mantels 2 sind eine Reihe weiterer Rolleneinheiten 7, 8, 9, 10 an Stativen (nicht dargestellt) positioniert. Die Rolleneinheit 7, 8, 9 verfügen über einen hydraulischen Antrieb.
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Eine entscheidende Bedeutung bei der vertikalen Fertigung eines gewickelten und geschweißten Mantels kommen den Rolleneinheiten 7, 8, 9 zu. Diese umfassen auf jeder Seite des Blechbandes gegenüberliegend oberhalb und unterhalb einer Stoßlinie 11 jeweils zwei Rollen 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b (siehe insbesondere 2). In horizontaler Richtung betrachtet liegt zwischen den Rollen 8a, 8b der Bereich 12, in dem auf beiden Seiten der Stoßlinie 11 geschweißt wird. Aufgrund der Rollenkonfiguration 7a, 8a, 9a oberhalb der Stoßlinie 11 mit vertikalen Rollenachsen, jedoch nach oben laufendem Blechband 6, wird der obere Blechrand 13 auf den unteren Blechbandrand 14 gepresst. Der darunter liegende Abschnitt des Blechbandes 6 kann jedoch nicht nach unten ausweichen, da das Blechband 6 in seiner Höhenposition durch Rollen (nicht dargestellt) mit horizontal verlaufender Drehachse festgelegt ist.
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Die weiteren Rolleneinheiten 10 dienen dem Transport und der Führung des Blechbandes 6 über den Umfang des daraus gebildeten Mantels 2. Diese Rolleneinheiten weisen jeweils zwei gegenüberliegende Rollen 15, 16 auf.
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Die Verschweißung der Stoßlinie 11 der Blechränder 13, 14 erfolgt an gegenüberliegenden Stellen (siehe 3) mittels zwei an jeweils einem Stativ 17, 18 geführten Schweißbrennern 19, 20, die zur Durchführung eines Metall-Schutzgas-Schweißprozesses ausgelegt sind.
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Die Schweißbrenner 19, 20 sind an den Stativen 17, 18 sowohl in der Hohe als auch in Bezug auf den Abstand zum Blechband 6 positionierbar. Vorliegend haben die Gasdüsen 21, 22 der Schweißbrenner 19, 20 jeweils einen gleichen Abstand a zur Oberfläche des Blechbandes 6.
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Zur Einstellung des Abstandes a sind die Schweißbrenner 19, 20 an jeweils einem Rollwagen 23, 24 montiert, die sich jeweils entlang von Quertraversen 25, 26, die senkrecht zur Ebene des Blechbandes 6 verlaufen und jeweils Teil der Stative 17, 18 sind, verfahren lassen.
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Die Metall-Schutzgas-Schweißbrenner 19, 20 weisen eine Drahtzuführung in jeweils einem Schlauchpaket 27, 28 (siehe 1) auf. Über das Schlauchpaket 27, 28 werden die Schweißbrenner 19, 20 auch mit Energie aus Schweißstromquellen 29, 30 versorgt.
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Die Schweißstromquellen 29, 30 werden vorzugsweise über kommunizierende Steuereinheiten aufeinander abgestimmt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung arbeiten die Schweißbrenner 19, 20 exakt positioniert auf die vorbeilaufende Stoßlinie 11, gleichzeitig an gegenüberliegenden Stellen, so dass an der Schweißstelle ein durchgehendes Schweißbad entsteht, das jedoch über die Schutzgashülle der Schweißbrenner 19, 20 abgeschirmt ist.
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Durch die Verwendung eines Metall-Schutzgas-Schweißprozesses (MIG- oder MAG-Schweißen) kann die Stoßlinie im Vergleich zu anderen Schweißprozessen mit ungefähr der zehnfachen Geschwindigkeit an den Schweißbrennern 19, 20 vorbeigeführt werden. Obgleich der vergleichsweise hohen Schweißgeschwindigkeit lässt sich eine Schweißnaht mit Eigenschaften erzielen, die höchsten Qualitätsanforderungen genügt.
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Durch den Einsatz der Führungsrollen 7a, 8a, 9a sowie 7b, 8b, 9b ist es nicht erforderlich, vor der Durchführung der Schweißung die Stoßlinie durch Schweißpunkte zu heften.
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Durch die Anordnung der Rollen 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b werden die Blechränder an der Stoßstelle 11 sowohl fluchtend positioniert, als auch in ausreichendem Maße gegeneinander gedrückt, so dass eine Spaltbildung möglichst gering gehalten wird. Der Mantel 2 schraubt sich bei der Entstehung von unten nach oben in die Höhe, wobei das Blechband 6, z. B. über die außen liegenden Rollen 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b der Rolleneinheiten 7, 8, 9 angetrieben wird. Dagegen sind die innen liegenden Rollen frei beweglich, sorgen jedoch für einen ausreichenden Gegendruck.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Mantel
- 3
- Aufnahme
- 4
- Bandrolle
- 5
- Rolleneinheit
- 6
- Blechband
- 7
- Rolleneinheit
- 7a, 7b
- Rolle
- 8
- Rolleneinheit
- 8a, 8b
- Rolle
- 9
- Rolleneinheit
- 9a, 9b
- Rolle
- 10
- Rolleneinheit
- 11
- Stoßlinie
- 12
- Schweißbereich
- 13
- oberer Blechbandrand
- 14
- unterer Blechbandrand
- 15
- Rolle
- 16
- Rolle
- 17
- Stativ
- 18
- Stativ
- 19
- Schweißbrenner
- 20
- Schweißbrenner
- 21
- Gasdüse
- 22
- Gasdüse
- 23
- Rollwagen
- 24
- Rollwagen
- 25
- Quertraverse
- 26
- Quertraverse
- 27
- Schlauchpaket
- 28
- Schlauchpaket
- 29
- Schweißstromquelle
- 30
- Schweißstromquelle
