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Verfahren und Einrichtung zum maschinellen Schmelzschweißen, vorzugsweise
Lichtbogen-Schutzgasschweißen, stumpf aneinanderstoßender Platten, Bleche oder Streifen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Schmelzschweißen, vorzugsweise
Lichtbogen-Schutzgasschweißen, stumpf aneinanderstoßender, metallener, beispielsweise
aus Messing bestehender Platten, Bleche, Streifen oder ähnlicher flacher Werkstücke
mit verhältnismäßig großem Dehnungskoeffizienten; außerdem betrifft die Erfindung
eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Beim Stumpfschweißen flacher Werkstücke ist es üblich, eine Schweißnahtunterlage
zu verwenden, um das zu schweißende Metall längs der Schweißnaht zu kühlen und eine
saubere Nahtoberfläche an der Nahtrückseite sicherzustellen. Beim Schweißen von
Metallen mit verhältnismäßig großem Wärmedehnungskoeffizienten hat es sich als nachteilig
erwiesen, daß flächige Werkstücke, wie z. B. Platten, Bleche oder Streifen, dazu
neigen, sich zu werfen und von der Schweißunterlage abzuheben, was zur Folge hat,
daß die Nahtrückseite nicht sauber wird und die Kühlwirkung der Schweißunterlage
nur unvollständig ist.
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Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der soeben dargelegten Nachteile.
Die Erfindung besteht darin, daß die Werkstückenden vor der Verschweißung zur Erhöhung
ihrer Steifigkeit um eine zur Schweißkante parallele Achse abgebogen werden, und
daß die abgebogene Kante in eine Nut der Schweißunterlage eingelegt wird, damit
während der Schweißung der an die Schweißkante anschließende Teil des Werkstücks
fest auf der gesamten Breite des Werkstücks an der Schweißunterlage anliegt. Es
ist zweckmäßig, wenn der zwischen der Biegeachse und der Schweißkante gelegene Werkstückteil
in .einer Ebene liegt, die um etwa 3 bis 10° zur Ebene des übrigen Teils des Werkstücks
geneigt ist.
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Die Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist
gekennzeichnet durch eine oder mehrere Biege- und Schneidvorrichtungen zum Biegen
der einzelnen Werkstücke um eine parallel zur Schweißkante verlaufende Achse in
Richtung zur Schweißunterlage hin und zum Beschneiden der Schweißkanten zwecks Erzielung
der jeweils gewünschten Stoßkanten und durch eine entsprechend den umgebogenen Werkstückendteilen
geformte Schweißunterlage mit zugehörigen Spannvorrichtungen. Eine zweckmäßige Ausbildung
der Einrichtung besteht darin, daß die Schweißunterlage eine Nut zur Aufnahme der
abgebogenen Werkstückendteile aufweist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn
innerhalb der Schweißunterlage ein zurückziehbarer Anschlag vorgesehen ist, welcher
in zurückgezogener Stellung bündig mit der Oberfläche der Schweißuntertage abschließt.
Weiter ist es von Vorteil, wenn mindestens eine der Biege- und Schneidvorrichtungen
eine feststehende Formbacke und eine bewegliche Formbacke aufweist, deren zusammenwirkende
Arbeitsflächen so gestaltet sind; daß die Biegung des betreffenden Werkstückendteils
um den jeweils gewünschten Winkel sichergestellt ist.
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Das Verfahren nach der Erfindung zum Zusammenschweißen der Enden einzelner
Streifen wird vorzugsweise in Verbindung mit einem Lichtbogenschweißverfahren angewandt,
bei welchem eine sich nicht verbrauchende Elektrode durch einen Schutzgasmantel
eines inerten Gases umgeben ist, doch kann selbstverständlich jedes zur Schweißung
derartiger Streifen geeignete Schweißverfahren Anwendung finden.
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Die Erfindung wird nunmehr im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform
zur Aneinanderschweißung einzelner Messingstreifen zwecks Bildung eines fortlaufenden
Bandes unter Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben, welche eine Fertigungsstraße
zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung zeigen. Es stellt dar F i g. 1
eine Aufsicht auf eine Fertigungsstraße zur Herstellung eines fortlaufenden Messingstreifens,
welche
diese Fertigungsstraße in im wesentlichen horizontaler Richtung durchläuft, F i
g. 2 einen teilweisen Mittellängsschnitt durch die in F i g. 1 dargestellte Fertigungsstraße
in einer Vertikalebene, F i g. 3 einen teilweisen Mittellängsschnitt durch die Biege-
und Schneidvorrichtung der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Fertigungsstraße
längs der Linie III-III in F i g. 1, in Pfeilrichtung gesehen, F i g. 4 einen Querschnitt
durch die Transporteinrichtung der in F i g. 1 gezeigten Fertigungsstraße, mittels
welcher der Messingstreifen der Schweißvorrichtung zugeführt wird, wobei dieser
Querschnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 1 gezogen und in Pfeilrichtung gesehen
ist, F i g. 5 einen Längsschnitt durch die Schweißvorrichtung der in F i g. 1 dargestellten
Fertigungsstraße längs der Linie V-V, in Pfeilrichtung gesehen, und F i g. 6 einen
Teilquerschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Schweißvorrichtung,
welcher hinsichtlich der Darstellungsweise dem in F i g. 5 dargestellten Querschnitt
ähnelt und eine andere Anschlagordnung zeigt.
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Die in den Zeichnungen dargestellte Fertigungsstraße zur Herstellung
fortlaufender Messingstreifen durch Zusammenschweißung kürzerer Streifenlängen eignet
sich zur Verarbeitung von Messingstreifen von einer Breite bis zu etwa 460 mm, wobei
die Streifen kürzerer Länge von Vorratsrollen abgespult werden und der fertige fortlaufende
Streifen wiederum in Form größerer Vorratsrollen aufgespult wird. Die in den F i
g. 1 und 2 der Zeichnungen dargestellte Fertigungsbahn weist einen Abspulbock
11, welcher einer mit Freilauf ausgestatteten Bauart angehören kann, eine
Mehrwalzen-Richtmaschine 12, eine Biege- und Schneidvorrichtung 13 mit Einstellvorrichtung
und doppeltem Schneidsystem, eine Streifenschweißvorrichtung 14, einen Schweißkopf
15, zwei jeweils beiderseits der Schweißvorrichtung 14 angeordnete Transportrollensätze
16 und 17 und eine Spulvorrichtung 18 auf, welch letztere einem Dreirollenaufspuler
üblicher Bauart entsprechen kann. Diese Aufspulvorrichtung kann den Hauptantrieb
für die ganze Fertigungsstraße enthalten. Die Aufspulung erfolgt mit einer Streifenvorschubgeschwindigkeit
von etwa 100 m/Min., wobei entsprechende Regeleinrichtungen vorgesehen sind, durch
welche sichergestellt wird, daß ein langsamer Vorschub der Einzelstreifen zwecks
Einstellung derselben für den Schneid- und Schweißvorgang mittels der Transportrollen
möglich ist. Zur seitlichen Führung des Streifens dienen hydraulisch betätigte seitliche
Führungsrollen 19.
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Die Biege- und Schneidvorrichtung 13 und die Schweißvorrichtung 14
sind unter einem bestimmten Winkel mit Bezug auf die Vorschubrichtung des herzustellenden
Messingstreifens verschoben, so daß die herzustellenden Schweißnähte nicht normal
zur Vorschubrichtung des Messingstreifens verlaufen, son- i dern unter einem Winkel
von etwa 70 bis 90°, vorzugsweise unter einem Winkel von 75°, gegen diese Richtung
geneigt sind. Dies wird deshalb gemacht, weil, wenn die Schweißnaht normal zur Vorschubrichtung
des Messingstreifens verlaufen würde, sich i eine erhöhte Walzenbelastung für nachgeschaltete
Walzvorgänge ergeben würde, da beim Durchgang durch den Walzenstuhl die Schweißnaht
jeweils über die gesamte Streifenbreite auf einmal zwischen die Walzen käme. Wenn
jedoch die Schweißnaht um einen bestimmten Winkel gegen die Normale versetzt ist,
beispielsweise also im vorliegenden Fall um 5 einen Winkel von etwa 15°, dann wird
eine derartige plötzliche Walzenbelastung in einem etwaigen späteren Walzvorgang
vermieden, was eine erheblich geringere Walzenabnutzung mit sich bringt. Die Biege-
und Schneidvorrichtung 13 und die Schweißvorrichtung 14 sind so angeordnet, daß
der von den Schneidwerkzeugen ausgeführte Schnitt parallel zur Bewegungsrichtung
des Schweißkopfes 15 läuft.
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Die Biege- und Schneidvorrichtung 13 ist in F i g. 3 der Zeichnungen
im einzelnen dargestellt und besteht aus zwei genau gleichen Einheiten 31 und 32,
deren entgegen der Vorschubrichtung gelegene Einheit 31 ein nach oben bewegliches
Schneidwerkzeug 33 aufweist, durch welches die Vorderkante des einen zu verschweißenden
Streifens beschnitten wird, während die in Vorschubrichtung gelegene Einheit 32
ein ebenfalls nach oben bewegliches, in der Zeichnung nicht ersichtliches Schneidwerkzeug
aufweist, durch welches die Hinterkante des jeweils vorauslaufenden Einzelstreifens
beschnitten wird.
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Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform einer Fertigungsstraße zur
Herstellung von Metallstreifen ist auch die Biege- und Schneidvorrichtung 13 in
zwei gleiche Hälften aufgeteilt, in welchem Fall die Baueinheit 31 entgegen der
Vorschubrichtung mit Bezug auf die Schweißvorrichtung angeordnet ist und die Baueinheit
32 in der Vorschubrichtung mit Bezug auf die Schweißvorrichtung liegt. Bei der in
F i g. 3 gezeigten Anordnung wird der durch Führungsrollen 34 geführte Streifen
längs eines Tisches 35 zugeführt und dann angehalten, wenn sein zu beschneidendes,
vorauslaufendes Ende sich zwischen den Schneidwerkzeugen und der Baueinheit 32 befindet.
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Sodann wird ein Pressenzylinder 38 betätigt, welcher ein Anheben eines
beweglichen Biegestempels 36 bewirkt und dadurch den Messingstreifen gegen einen
feststehenden Biegestempel 37 drückt. Die Arbeitsflächen 36, 37 dieser Biegestempel
sind bei 36a, 37a derart gestaltet, daß ein schmales Stück des Streifenendes um
einen Winkel von etwa 5° nach unten gebogen wird, wobei die Biegeachse im wesentlichen
parallel zur Schweißkante verläuft und sich über die ganze Breite des Messingstreifens
erstreckt. Biegungswinkel zwischen 3 und 10° haben befriedigende Ergebnisse gezeitigt.
Die Biegestempel 36 und 37 sind so bemessen, daß die nach unten gebogenen Enden
der Streifen nach dem Beschnitt etwa eine Länge von 5 mm haben.
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Sodann wird ein Pressenzylinder 31 betätigt, welcher bewirkt, daß
sich das Schneidwerkzeug 33 nach oben bewegt und das Ende des Streifens entsprechend
beschneidet. Die Biegestempel der entgegen der Vorschubrichtung angeordneten Baueinheit
und der in Vorschubrichtung angeordneten Baueinheit können entweder einzeln oder
gleichzeitig bewegt werden, wenn die beiden aneinanderzuschweißenden Streifen sich
jeweils in der richtigen Stellung befinden, um gebogen und beschnitten zu werden.
Die abgeschnittenen Streifenenden fallen nach unten, und die Biegestempel 36 sowie
die Schneidwerkzeuge 33 werden anschließend in ihre Ausgangsstellungen zurückbewegt,
so daß nunmehr die Streifenenden der miteinander zu verschweißenden Streifen ordnungsgemäß
für
die Schweißung vorbereitet sind und mittels der Transportrollensätze 16 und 17 zur
Schweißvorrichtung 14 vorgeschoben werden können.
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Die Streifenschweißvorrichtung 14 ist in ihren Einzelheiten in F i
g. 5 der Zeichnung dargestellt und weist zwei Stützrahmen 51 und 52 auf, an welchen
Spannbacken 53 und 54 angeordnet sind. Diese Spannbacken werden durch Druckfedern
55 in mit Bezug auf die Stützrahmen 51 und 52 zurückgezogenen Stellungen gehalten
und können durch die Aufblähung von Schläuchen 56 in Spannstellung gebracht werden,
so daß sie die miteinander zu verschweißenden Streifen festspannen. Die Schweißvorrichtung
weist Haltetische 57 auf, welche jeweils die vorauslaufende Kante des einen Streifens
und die Hinterkante des anderen Streifens aufnehmen, wobei der Streifen beim Durchlauf
durch die Schweißvorrichtung mittels Führungsrollen 58 geführt wird. In der Zeichnung
ist nur das in Vorschubrichtung mit Bezug auf die Schweißvorrichtung gelegene Rollenpaar
58 dargestellt, doch ist zum selben Zweck entgegen der Vorschubrichtung mit Bezug
auf die Schweißvorrichtung ein ähnliches Rollenpaar angeordnet.
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In F i g. 5 nicht dargestellte, jedoch aus F i g. 1 ersichtliche hydraulisch
betätigte Seitenführungsrollen sind beiderseits des Streifens angeordnet, um eine
seitliche Ausrichtung des Streifens beim Durchlauf durch die Schweißvorrichtung
sicherzustellen. Der Abstand zwischen diesen Seitenführungsrollen ist auf verschiedene
Streifenbreiten veränderlich. Unterhalb der Wirkungsflächen der Spannbacken 53 und
54 erstreckt sich über die ganze Breite der Schweißvorrichtung eine Schweißunterlage
59. Die Oberfläche dieser Schweißunterlage 59 ist eben und weist eine Nut 60 auf,
in welcher ein zurückziehbarer Anschlag 61 Aufnahme finden kann. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist die in der Schweißunterlage vorgesehene Nut derart
geformt, daß die in der Biege- und Schneidvorrichtung 13 nach unten gebogenen Enden
der einzelnen Messingstreifen in ihr Platz finden können. Es hat sich gezeigt, daß
eine über die ganze Breite der Schweißvorrichtung sich erstreckende Nut von etwa
10 mm Breite und etwa 3 mm Tiefe sich für diesen Zweck gut eignet. Der Abstand zwischen
den Klemmbacken betrug in diesem Fall ebenfalls 10 mm.
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Der zurückziehbare Anschlag 61 ist an dem Stützrahmen 51 schwenkbar
angeordnet und erstreckt sich über die ganze Breite der Schweißvorrichtung. Er ist
mit einem Handgriff 62 ausgestattet und kann aus der in F i g. 5 dargestellten wirksamen
Stellung in.eine zurückgezogene Stellung verschwenkt werden, in welcher er sowohl
die Bewegungsbahn der Messingstreifen als auch die Bewegungsbahn des Schweißkopfes
freigibt. In der in F i g. 5 dargestellten Stellung legt der Anschlag 61 die Stellung
desjenigen Streifens fest, welcher im Sinne des Streifenvorschubs in die Schweißvorrichtung
14 einläuft. Sobald die beschnittene Kante des einlaufenden Messingstreifens an
den Anschlag 61 anläuft, befindet sich der Streifen genau in Schweißstellung, in
welcher er sodann durch Betätigung der Klemmbacke 54 und durch Aufblähen des Schlauches
56 festgehalten wird, so da.ß er nunmehr gegen die Schweißunterlage 59 gedrückt
wird. Der zurückziehbare Anschlag 61 wird sodann zurückgezogen, und anschließend
wird die hintere Schweißkante des nunmehr anzuschweißenden anderen Streifens entgegen
der Vorschubrichtung so weit in die Schweißvorrichtung eingeschoben, bis sie an
der vorderen Schweißkante des bereits festgespannten erstgenannten Streifens anstößt,
wonach die Spannbacke 54 betätigt wird, welche den zweitgenannten Streifen
ebenfalls in Schweißstellung festhält. Ein Schweißkopf 15 ist an einem in F i g.
5 nicht sichtbaren Schlitten befestigt, welcher längs horizontal verlaufender Schienen
63 verschiebbar ist, die genau parallel zur Linie der Schweißnaht verlaufen. Die
nunmehr stumpf aneinander anliegenden Schweißkanten der beiden aneinanderstoßenden
Streifen werden nunmehr dadurch verschweißt, daß der Lichtbogen des Schweißkopfes
gezündet wird und der den Schweißkopf haltende Schlitten längs der Schienen 63 verschoben
wird. Zur Schweißung kann jedes für diesen Zweck geeignete Schweißverfahren angewandt
werden. Als bevorzugtes Schweißverfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird
auf das Schweißen mit einer sich nicht verbrauchenden, von einem Schutzmantel aus
inertem Gas umgebenen Elektrode hingewiesen.
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Der in Vorschubrichtung ankommende Messingstreifen wird mittels eines
Transportrollensatzes 10 zugeführt, welcher hinsichtlich seiner Einzelheiten genau
dem mit Bezug auf die Schweißvorrichtung in Vorschubrichtung angeordneten Rollensatz
17 gleicht. Einzelheiten dieser Rollensätze sind in F i g. 4 der Zeichnungen dargestellt.
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Der Vorschubrollensatz besteht aus achsparallel übereinander angeordneten
zylindrischen Vorschubrollen 41 und 42. Die untere Rolle ist eine
leer laufende Rolle und ist in Lagern 43 gelagert, die ihrerseits in einem
Rahmen 44 angeordnet sind, welcher durch hydraulische Betätigung eines in einem
Zylinder 45 verschiebbaren Kolbens gehoben und gesenkt werden kann. Auf diese Weise
kann der Spalt zwischen den beiden Walzen jeweils der Dicke der zu bearbeitenden
Streifen angepaßt und außerdem der von den Transportwalzen 41 und 42 auf den Streifen
ausgeübte Druck eingestellt werden.
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Die obere Transportwalze 42 wird mittels eines Elektromotors 46 über
ein Untersetzungsgetriebe angetrieben. Der Antrieb auf die Transportwalze
42
wird über eine Rutschkupplung 47 übertragen. Diese Rutschkupplung
47 weist ein an der Triebwelle 49
des Elektromotors befestigtes Gehäuse
48 und einen innerhalb dieses Gehäuses befestigten Reibbelag 80
sowie eine
Anzahl von Wälzlagern 81 auf, deren jedes jeweils an einem in der Zeichnung nicht
ersichtlichen, jeweils an einem Ansatz 84 befestigten Zapfen angeordnet ist.
Die Ansätze 84 sind in Abständen um den Umfang einer- Muffe 82 herum angeordnet,
welche ihrerseits auf einem Wellenzapfen 83 der Transportwalze 42 befestigt ist.
Die Wälzlager 81 liegen an dem Reibbelag 80 an. Wird die Triebwelle 49 in Umlauf
versetzt, so bewirkt die Reibung zwischen dem Reibbelag 80 und den Wälzlagern
81 und die Reibung zwischen diesen Lagern und ihren an den Ansätzen
84 angeordneten Zapfen, daß die Transportwalze 42 umläuft und den Messingstreifen
in der gewünschten Weise vorschiebt. Wird der Vor-Schub des Messingstreifens gestört,
was beispielsweise durch Anlaufen seines vorauslaufenden Endes an der entsprechenden
Kante des jeweils vorhergehenden Streifens in der Schweißvorrichtung 14
eintreten
kann, so hört die Drehung der Vorschubwalze 42 auf, und die Rutschkupplung beginnt
zu gleiten, wobei die Triebwelle 49 und der Reibbelag
weiter umlaufen,
während die Wälzlager 81 sich auf ihrem Zapfen frei drehen können und die Ansätze
84 der Muffe 82 stillstehen. Der entgegen der Vorsohubrichtung mit Bezug auf die
Schweißvorrichtung angeordnete Rollensatz 16 wirkt in gleicher Weise, indem die
Reibungskupplung dieses Rollensatzes zu schlüpfen anfängt, sobald das vorlaufende
Ende des von diesem Rollensatz vorgeschobenen Streifens in der vorgeschriebenen
Weise an dem zurückziehbaren Anschlag 61 anliegt.
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Eine abgewandelteAusführungsform einerSchweißunterlage und eines zurückziehbaren
Anschlags gemäß der Erfindung ist in F i g. 6 der Zeichnungen dargestellt. Die in
F i g. 6 nur teilweise wiedergegebene Schweißvorrichtung gleicht im wesentlichen
der in F i g. 5 dargestellten Schweißvorrichtung, weshalb in F i g. 6 jeweils gleiche
Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Schweißunterlage 59 weist
in diesem Fall eine Nut mit V-förmigem Querschnitt auf, in welcher die nach unten
gebogenen Enden der miteinander zu verschweißenden Streifen Aufnahme finden können.
über die Breite der Schweißvorrichtung verteilt sind mehrere Anschläge 90 vorgesehen,
deren Oberflächen in zurückgezogenem Zustand der Anschläge bündig mit der entsprechenden
Fläche der Schweißunterlage verlaufen. Diese Anschläge 90 können mittels eines Preßzylinders
91 angehoben werden, wenn der in die Schweißvorrichtung eingeführte Streifen aufgehalten
werden soll, in welchem Fall die Anschläge 90 aus der Schweißunterlage 59 nach oben
herausragen und den Messingstreifen in Schweißstellung festhalten, so daß er mittels
der Spannbacke 54 festgespannt werden kann.
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Die oben beschriebene Fertigungsstraße eignet sich insbesondere zur
Bearbeitung von Messingstreifen mit folgenden Materialdaten:
| Zusammensetzung .... 64 bis 90% Kupfer |
| 32 bis 10 "/o Zink |
| Streifendicke ......... 2 bis 3 mm |
| Streifenbreite ........ 100 bis 460 mm |
| Werkstoffhärte ....... maximal 200 V. P. N. |
| Zugfestigkeit im End- |
| zustand ........... maximal 6300 kg/cm2 |
Kleine Rollen solcher Messingstreifen umfassen im allgemeinen eine Länge von etwa
25 m bis 27 m und wiegen bis zu etwa 254 kg. Sie können zu Rollen zusammengefügt
werden, welche etwa 762 bis 813 ka wiegen.
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Dem Fachmann ergibt sich ohne weiteres, daß die Anwendung der Erfindung
nicht auf das Zusammenschweißen von Messingstreifen in der oben beschriebenen Weise
beschränkt ist, sondern daß die Erfindung auf das Zusammenschweißen beliebigen flächigen
Materials mit großem Wärmedehnungskoeffizienten im Abschmelzverfahren anwendbar
ist. Die Erfindung dürfte jedoch hauptsächlich für Werkstoffe Anwendung finden,
deren linearer Wärmedehnungskoeffizient größer als etwa 0,000014 je ° C ist, da
diese Werkstoffe insbesondere beim automatischen Schweißen die größten Schwierigkeiten
auf Grund der starken Wärmedehnung bieten.