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Gegenstand der Erfindung ist eine Führungs- und
Klemmvorrichtung zum Führen von gerundeten
Blechzuschnitten zwischen den Elektrodenrollen einer
Widerstands-Nahtschweissmaschine gemäss Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Gebinderümpfe aus Blech werden heute entweder durch
Verschweissen zweier sich gegenüber liegender Kanten eines
gerundeten rechteckigen Blechzuschnitts oder durch ein
Tiefzieh- oder Abstreckverfahren erzeugt. Gebinde wie
Konservendosen werden überwiegend nach dem ersten
Verfahren auf vollautomatisch arbeitenden Schweissanlagen
erzeugt; grössere Gebinde wie beispielsweise Gebinde mit
einem Inhalt von drei, fünf und mehr Litern, die häufig
nur in kleineren Mengen in Auftrag gegeben werden, werden
oft noch auf halbautomatisch arbeitenden Schweissanlagen
geschweisst, bei denen eine Bedienungsperson die
gerundeten Blechzuschnitte von Hand zuführt und beim
Schweissen festhält. Da im Gegensatz zu
Hochleistungsanlagen bei sog. Halbautomaten keine
speziellen Führungskäfige für alle
Abmessungen/Gebindeformate vorhanden sind, erfolgt die
Verschweissung der sich überlappenden Kanten der
Blechzuschnitte meist als sogenannte Butterfly-Naht, d. h.
die Schweissnaht wird in einem relativ grossen Abstand zu
den beiden Blechkanten angebracht, um so allfällige
Ungenauigkeiten des Zuschnitts der Bleche und
Unzulänglichkeiten beim Festhalten und beim Führen der
Blechzuschnitte während des Schweissens ausgleichen zu
können. Durch die Schweissung unter Druck und hoher
Temperatur heben sich die ausserhalb der Schweissnaht zu
liegen kommenden Kantenbereiche von der darunter liegenden
Blechoberfläche ab. Nebst einem Mehrverbrauch an Blech
haben derartig überlappende Schweissnähte mit den vom
Gebinderumpf abstehenden Kantenbereichen ausserhalb der
Schweissnaht den Nachteil, dass darin keine Lebensmittel
aufbewahrt werden können. Auch andere aggressive Füllgüter
führen zu rascher Korrosion der Schweissnaht, da diese
nicht porenfrei durch eine Lackschicht abdeckbar ist. Im
weiteren können durch die abstehenden Kantenbereiche beim
Bördeln und Verschliessen mit einem Deckel
Dichtigkeitsprobleme entstehen.
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Bei einer bekannten Vorrichtung werden die zuvor
ausserhalb der Schweissmaschine auf einer geeigneten
Maschine gerundeten Blechzuschnitte beidseitig von Hand in
die beiden Führungsnuten einer Führungsschiene, auch Z-
Schiene genannt, eingelegt, festgehalten und danach
geschweisst. Um das Einführen zwischen die Schweiss- oder
Elektrodenrollen und das darauffolgende Hindurchführen
zwischen den Schweissrollen erleichtern zu können, ist es
bekannt, die von Hand gehaltenen Blechzuschnitt mit einem
Führungswagen vorzuschieben. Der Führungswagen hat
selbstverständlich eine Transportgeschwindigkeit, die der
Umfangsgeschwindigkeit der beiden sich gegenüberliegenden
inneren und äusseren Schweiss- oder Elektrodenrollen
entspricht. Um das Auseinanderdriften oder Verschieben
der sich überlappenden Kanten (trailing edges) zu
vermeiden, ist es weiter aus der DE-A1 15 15 162 bekannt,
dass am Führungswagen eine Mehrzahl von Klemmbacken
befestigt sind, die die Kanten der zu einer Zarge
gerundeten Blechzuschnitte seitlich der zu
verschweissenden Ränder festklemmen. Damit eine präzise
Schweissung über die gesamte Länge der Schweissnaht
gewährleistet ist, muss die Klemmvorrichtung riesige
Kräfte aufnehmen können. Dies führt zu hohen
Maschinenkosten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
Führungsvorrichtung zum Einführen von gerundeten
Blechzuschnitten zwischen die Elektrodenrollen einer
Nahtschweissmaschine und zum präzisen Führen der
Blechkanten während des gesamten Schweissvorgangs entlang
der Führungskanten.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Führungs- und
Klemmvorrichtung gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die beiden sich über mindestens annähernd, vorzugsweise
über die gesamte Länge der sich überlappenden Kanten
erstreckenden Backenpaare, deren Klemmkraft an der
Schweissstelle über die gesamte Länge der Schweissnaht
aufrechterhalten bleibt, ermöglicht es, die Blechkanten an
der Schweissstelle an die Nutgründe anliegend in den
Führungsnuten geführt zu halten und so eine über die
gesamte Höhe des Gebindes stets gleichbleibende
Überlappung zu erzeugen. Die Möglichkeit, die Überlappung
gleichbleibend zu erhalten, erlaubt es, letztere so weit
zu verkleinern, dass sich die Kanten nur noch über eine
minimale Breite (z. B. 1-2 mm) überlappen und so keine
freien von der gegenüberliegenden Blechoberfläche
abstehende Blechkanten ausserhalb der Schweissnaht mehr
entstehen. Die dadurch ermöglichte Erzeugung einer
sogenannten Quetschschweissnaht erlaubt es weiter,
letztere mittels Pulver- oder Nasslack porenfrei
abzudecken und damit die Korrosion mit einem Füllgut oder
mit dem Luftsauerstoff zu vermeiden. Die gleichbleibende
Abpresskraft der Anpressbacken auf die Blechkanten
unmittelbar vor Einlauf in die Elektrodenrollen wird durch
im Innern an der Führungsschiene und/oder dem Schweissarm
befestigten, auf die inneren Klemmbacken wirkenden inneren
Stützrollen und aussen durch die auf die äusseren
Klemmbacken wirkenden und mit einer vorgebbaren Kraft
beaufschlagten äusseren Anpressrollen erreicht. In einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegen die
Drehachsen der äusseren Anpressrollen leicht geneigt zur
Horizontalen und bewirken eine in Richtung der Nuten der
Führungsschiene wirkende Schiebekraft. Zusätzlich können
die Achsen nebst oder alternativ zu der Neigung bezüglich
der Horizontalen auch in einem spitzen Winkel zur
Längsachse der Führungsschiene angeordnet sein, wodurch
zusätzlich eine Schiebewirkung von den äusseren
Anpressrollen auf die Klemmbacken ausgeht. Das Einlegen
der vorgerundeten Blechzuschnitte in die Führungsnuten
erfolgt in herkömmlicher Weise von Hand; das Aufbringen
der Klemmkraft durch die Klemmbacken, die am
Transportwagen für den Vorschub der gerundeten
Blechzuschnitte vorgesehen ist, erfolgt vorzugsweise
synchron durch Pneumatikzylinder, welche durch
beispielsweise ein Fusspedal, das auch die
Vorschubbewegung auslöst und den Schweissstrom
einschaltet. Die Haltekraft der Klemmbacken ist im
Vergleich zu der bekannten Ausführung gering, da die für
die Positionierung und Klemmen der Kanten im Zeitpunkt der
Schweissung durch die Anpressrollen nahe der
Schweissstelle aufgebracht wird.
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Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels wird die
Erfindung näher erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des
Schweissbereichs einer Längsnaht-
Schweissmaschine mit zwei Elektrodenrollen,
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Fig. 2 einen Querschnitt längs Linie II-II in Fig. 1,
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Fig. 3 eine perspektivisch ausschnittsweise
dargestellte Ansicht einer Führungsvorrichtung
mit einem einen rechteckigen Querschnitt
aufweisenden Unterarm.
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In Fig. 1 ist mit Bezugszeichen 1 eine Schweissmaschine
zum Schweissen von Gebinderümpfen 3 aus meist rechteckigen
Blechzuschnitten schematisch dargestellt. Die Fig. 1
enthält der besseren Übersichtlichkeit halber nur die
erfindungsrelevanten Elemente wie die äussere
Elektrodenrolle 5 und die innere Elektrodenrolle 7, welch
letztere sich beim Schweissen im Innern des Gebinderumpfes
3 befindet. Die beiden Elektrodenrollen 5, 7 werden auch
Schweissrollen genannt. Das Schweissen von Schwarzblech,
d. h. unbeschichteten Blechen, kann direkt zwischen den
sich gegenüberliegenden Mantelflächen der aus Kupfer oder
einer Kupferlegierung hergestellten Elektrodenrollen 5, 7erfolgen. Für die Verschweissung von Weissblech
(verzinntes Schwarzblech) oder von verzinkten Blechen
werden heute Zwischenelektroden in Gestalt von Drähten aus
Kupfer über die Elektrodenrollen 5, 7 geführt. Diese nehmen
das beim Schweissen flüssig gewordene Zinn bzw. Zink auf
(keine Abbildung). Dadurch bleiben die Elektrodenrollen
5, 7 lange blank und es findet keine Amalgierung mit den
Überzugsmetallen statt, die das Schweissergebnis infolge
Änderung des Stromdurchgangswiderstands verändern würde.
Zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Überlappung
der beiden Kantenbereiche 3', 3" (Fig. 2) erstreckt sich bis
in den Spickel vor den beiden Elektrodenrollen 5, 7 eine
Führungsschiene, kurz Z-Schiene 9 genannt, an der seitlich
eine obere Führungsnut 11 und eine untere Führungsnut 13
eingelassen sind. Die Nutgründe der beiden Nuten 11,13
überlappen sich um einen Betrag s, der im Wesentlichen der
Breite der von den Elektrodenrollen 5, 7 zu erzeugenden
Schweissnaht entspricht. Die Z-Schiene 9 ist mit einem
Schweiss- oder Unterarm 15 verbunden, wobei entweder die
Z-Schiene 9 den Unterarm 15 trägt - wie im beschriebenen
Beispiel - oder umgekehrt der Unterarm 15 die Z-Schiene 9.
Zum Abführen der beim Schweissen entstehenden Wärme sind
im Schweissarm 15 Kühlwasserbohrungen 17 angebracht. Der
Schweissarm 15 trägt an seinem vorderen Ende die innere
Elektrodenrolle 7, deren Inneres mit den
Kühlwasserbohrungen 17 in Verbindung steht. Die äussere
Elektrodenrolle 5 ist am Maschinengehäuse heb- und senkbar
und durch eine einstellbare Kraft P gegen die innere
Elektrodenrolle 7 anpressbar geführt. Die Aufhängung der
äusseren Elektrodenrolle 5 wird der besseren
Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt; sie ist aus
dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Zum Vorschieben
der gerundeten Blechzuschnitte 3, auch Zargen genannt,
wird ein auf Schienen 18 laufender, angetriebener Wagen 19
eingesetzt, welcher die gerundeten Blechzuschnitte 3
zwischen die beiden Elektrodenrollen 5, 7 ein- und
hindurchführt.
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Am erfindungsgemässen Wagen 19 sind paarweise übereinander
angeordnete, entlang den zu verschweissenden Kanten
verlaufende schienenförmige Klemmbacken befestigt, nämlich
innere Klemmbacken 23 und äussere Klemmbacken 25. Die
inneren Klemmbacken 23 sind im vorliegenden
Ausführungsbeispiel mit dem Wagen 19 verbunden und werden
von zwei am Unterarm 15 befestigten Stützrollen 20
abgestützt. Die Stützrollen 20 liegen nahe bei der
Elektrodenrolle 7. Die äusseren Klemmbacken 25 lassen sich
entweder parallel von den inneren abheben oder sie sind um
eine im Wagen 19 liegende Schwenkachse (nicht dargestellt)
hochschwenkbar. Als Antriebe zum Zusammenführen oder
öffnen der beiden Klemmbacken 23, 25 werden Pneumatik- oder
Hydraulikzylinder 26 oder elektrische Aktoren eingesetzt,
die entweder direkt oder über kraftverstärkende Hebel 28
die Anpresskraft auf die äusseren Klemmbacken 25übertragen.
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Das öffnen bzw. Bilden eines Spaltes zwischen der äusseren
und der inneren Klemmbacke 25, 23 ist nötig, um die Kanten
3' und 3" des ausserhalb der Schweissmaschine gerundeten
Gebinderumpfs 3 zwischen den Klemmbacken 23, 25 hindurch in
die Nuten 11,13 der Führungsschiene 9 einführen bzw.
einlegen zu können. Die inneren Klemmbacken 23 weisen
vorzugsweise eine obere Auflagefläche 23' auf, die
parallel zur im wesentlichen zylindrischen Mantelfläche
des zu schweissenden Gebinderumpfes 3 verläuft. Die
äusseren, d. h. aussen liegenden Klemmbacken 25 können die
Gestalt von Stangen mit einer mindestens annähernd
entsprechend der Oberfläche der Gebinderümpfe 3
verlaufenden Abflachung 27 ausgebildet sein. Um möglichst
nahe der Kantenbereiche 3' und 3" des Gebinderumpfs 3 zu
liegen zu kommen, können die Bereiche der äusseren
Klemmbacken 25, welche den Seitenflächen der Z-Schiene 9
gegenüber liegen, ebenfalls eine Abflachung aufweisen.
Vorzugsweise sind sowohl die inneren als auch die äusseren
Klemmbacken 23, 25 mit Kühlwasserbohrungen versehen, um die
durch das Magnetfeld entstehende Wärme abzuführen.
Über den beiden äusseren Klemmbacken 25 liegen möglichst
nahe der sogenannten Schweissebene E über den Stützrollen
20 je eine äussere Anpressrolle 29, deren Drehachsen A
vorzugsweise geneigt zur Horizontalen verlaufen. Die
beiden Drehachsen A kreuzen sich folglich in einem
stumpfen Winkel. Die beiden Anpressrollen 29 sind an je
einem Schwenkarm 31 oder einer Längsführung (letztere
nicht dargestellt) befestigt, der bzw. die hydraulisch,
pneumatisch oder magnetisch in Richtung der Pfeile Y
absenk- und anhebbar sind. Der pneumatische Antrieb 34 des
einen der beiden Schwenkarme 31 ist in Fig. 3 schematisch
als Rechteck dargestellt. Andere Antriebsarten sind
ebenfalls möglich. Mit den absenkbaren Anpressrollen 29
kann auf die beiden äusseren Klemmbacken 25 eine
zusätzliche und einstellbare Kraft F aufgebracht werden,
welchedie Klemmkraft der beiden Klemmbacken 23, 25 auf die
dazwischen liegenden Kantenbereiche des Gebinderumpfs 3 an
optimaler Stelle, nämlich kurz vor Eintritt zwischen die
Elektrodenrollen 5, 7, erhöht, wo die grössten Spreizkräfte
an der Zarge auftreten.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemässen
Führungsvorrichtung erläutert. Von Hand wird durch die
Bedienungsperson ein auf einer Rundvorrichtung gerundeter
Blechzuschnitt 3 in die beiden Führungsnuten 11, 13 der
Führungsschiene 9 eingelegt. Wenn sichergestellt ist, dass
die sich überlappenden Kanten 3', 3" an den Gründen der
beiden Führungsnuten 11, 13 satt anliegen und sich folglich
um den gewünschten Betrag s überlappen, wird ein Schalter
33 betätigt, der die Antriebe 26, 34 für das Schliessen der
Klemmbacken 23, 25 und das Absenken der beiden
Anpressrollen 29 auf die äusseren Klemmbacken 25aktiviert. Die volle Wirkung der Klemmkraft F zwischen den
beiden Klemmbacken 23 und 25 wird direkt vor dem Einführen
der sich überlappenden Blechkanten 3', 3" in den
Schweissbereich zwischen den beiden Elektrodenrollen 5, 7
erreicht. Dies ermöglicht, wie bereits eingangs erwähnt,
eine Verschweissung zweier sich nur geringfügig (1-2 mm)
überlappender Blechkanten zu einer sogenannten
Quetschnaht, deren Dicke maximal noch etwa 70 Prozent der
Dicke der beiden sich überlappenden Bleche beträgt und
deren Breite der Überlappung der Blechkanten entspricht.
Die Klemmung bzw. das Festhalten der Blechkanten wird
durch die erfindungsgemäss angeordneten Anpressrollen 29
kontinuierlich über die gesamte Länge der zu erzeugenden
Schweissnaht aufrecht erhalten. Nach der Fertigstellung
der Schweissnaht wird die Klemmung gelöst und der
geschweisste Gebinderumpf 3 kann vorne aus der
Schweissmaschine 1 entnommen werden. Der Wagen 19 kehrt,
z. B. gezogen von einer federbetätigten Rückziehvorrichtung
36 in die Ausgangsstellung, wo ein neuer ungeschweisster
Gebinderumpf 3 eingelegt werden kann, zurück. In einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird synchron zur
Betätigung des Schalters 33 der Antrieb des Wagens 19 und
der Schweissstrom eingeschaltet.
LEGENDE
1 Schweissmaschine
3 Gebinderümpfe
5 obere Elektrodenrolle
7 untere Elektrodenrolle
9 Z-Schiene
11 Nut in 9
13 Nut in 9
15 Schweissarm
17 Kühlwasserbohrungen
19 Wagen
20 innere Anpressrollen
21 trailing edge
23 untere Klemmbacken
25 obere Klemmbacken
27 Abflachung an 25
29 Anpressrolle
31 Schwenkarm
33 Schalter