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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen der Längskanten
zweier flacher, breiter Metallblechstreifen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen der benachbarten Längskanten
zweier flacher, breiter Metallblechstreifen.
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Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von Rohren vorgeschlagen
worden, bei dem die sich gegenüberliegenden Längskanten eines Blechstreifens unter
Bildung einer überlappungsschweißung miteinander verschweißt werden. Zu diesem Zweck
wird der Blechstreifen einmal um zwei mit Abstand voneinander angeordnete Stangen
geschlungen, wobei der Stangenabstand so gewählt ist, daß sich die Längskanten des
Blechstreifens überlappen.
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Um das bekannte Hochfrequenz-Stromschweißverfahren anwenden zu können,
wird zwischen den Längskanten dadurch ein V-Spalt gebildet, daß die eine obenliegende
Längskante vor dem Schweißpunkt angehoben wird. Zum Bilden der Schweißung sind im
Schweißpunkt zwei Preßrollen vorgesehen, von denen die eine unmittelbar auf die
Längskante des obenliegenden Streifens und die andere auf die Unterseite des aufgewickelten
Bleches einwirkt. Bei diesem Verfahren bestehen keine Schwierigkeiten hinsichtlich
der Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Schweißspaltes und auch nicht beim
Aufbringen der für die Bildung einer Preßschweißung erforderlichen Kräfte.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren zum Herstellen von Rohren wird
ein Blechstreifen zunächst so weit vorgeformt, daß der gewünschte Rohrquerschnitt
nahezu erreicht wird, wobei lediglich ein Schweißspalt zwischen den sich dann gegenüberliegenden
Längskanten des Blechstreifens aufrechterhalten wird. Diese Kanten werden dann erwärmt
und im Schweißpunkt miteinander verbunden. Auch hier bestehen keine großen Schwierigkeiten
beim Aufrechterhalten des Schweißspaltes und beim Aufbringen der Kräfte zum Schließen
des Schweißspaltes.
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Schließlich ist bereits ein Verfahren bekanntgeworden, nach dem ein
verhältnismäßig steifes Bauteil, z. B. ein Winkelprofil, auf eine Platte aufgeschweißt
werden kann. Zur Bildung des Schweißspaltes wird das steife Bauteil bei diesem Verfahren
geringfügig aus der Vorschubrichtung herausgebogen und um seine Längsachse verdreht,
so daß auf diese Weise der für die Anwendung des Hochfrequenz-Schweißverfahrens
erwünschte V-Spalt entsteht. Das Aufbringen der Preßkraft zur Herstellung der Schweißung
erfolgt durch eine oberhalb des Schweißpunktes angeordnete Andruckrolle, die das
steife Bauteil beaufschlagt.
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Insbesondere das zuerst erwähnte Verfahren kann auch zum Verschweißen
zweier länglicher Metallblechstreifen dienen, sofern die Blechquerschnitte es gestatten,
daß sie während des Vorschubes mit ihren Kanten derart aneinandergepreßt werden
können, daß sich die Kanten im Schweißpunkt berühren und vor dem Schweißpunkt einen
V-Spalt bilden. Mit abnehmendem Querschnitt und/oder zunehmenden Streifenbreiten
treten jedoch bestimmte Schwierikeiten auf, die die Anwendung des bekannten Hochfrequenzstrom-Schweißverfahrens
auf das Stumpfschweißen verhältnismäßig schmaler Metallblechstreifen begrenzt haben.
Diese Schwierigkeiten entstehen aus der Notwendigkeit, die Metallblechstreifen -
beispielsweise mit Hilfe von Andruckrollen -einem quer zur Vorschubri.chtung wirkenden
Preßdruck auszusetzen, der die zu verschweißenden Längskanten im Schweißpunkt gegeneinanderpreßt.
Wenn die Streifen jedoch verhältnismäßig breit und dünn sind, also einen flachen
Querschnitt haben, werden sie sich mehr oder weniger in Querrichtung ausbeulen,
wenn in dieser Richtung ein ausreichender Druck ausgeübt wird, der die Streifen
im Scheitelpunkt des V-Spaltes zusammenbringt. Derart breite
Streifen
können also nicht einfach so vorgeschoben werden, daß ihre sich gegenüberliegenden
Kanten im Bereich des V-Spaltes einen spitzen Winkel einschließen und dann entlang
einer geraden Nahtlinie verlaufen, ohne daß unregelmäßige Ausbiegungen oder Verbeulungen
des Streifens auftreten, durch die unregelmäßige bzw. ungleichmäßige Schweißverbände
sowie andere mögliche Schwierigkeiten entstehen. Darüber hinaus können bei derartigem
Streifenmaterial keine an den Oberflächen angreifenden Rollen wirksam zur Herstellung
des nötigen Querdruckes vermieden werden, zum mindesten nicht ohne die Gefahr ungleichmäßigen
Schlupfes.
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Nun ist es beispielsweise üblich, verhältnismäßig breite Metallstreifen
in Form von Spulen herzustellen und zu verwenden, und häufig ist es vor der Verwendung
derartigen Materials erwünscht, die Kante des einen Streifens der einen Spule mit
der Kant des Streifens der anderen Spule zu verschweißen, um dadurch ein Bandmaterial
doppelter Breite zu erhalten. Streifenmaterial wird beispielsweise in Breiten von
1 bis 1,5 m geliefert und ist verhältnismäßig dünn, so daß, wenn zwei derartige
Streifen, Seite an Seite liegend, zur Herstellung einer Stumpfschweißung durch eine
Schweißvorrichtung gebracht werden, die oben erläuterten Probleme auftreten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu
schaffen, nach der auch flache, breite, d. h. also verhältnismäßig flexible Bleche
mit Hilfe des Hochfrequenz-Schweißverfahrens verschweißt werden können.
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Insbesondere war dabei die Schwierigkeit zu überwinden, zwischen den
zu verschweißenden Blechkanten einen Schweißspalt zu bilden, dessen Abmessungen
sich während des Blechvorschubes möglichst wenig ändern, um eine Schweißung von
genau gleichbleibender Qualität sicherzustellen. Dabei war außerdem zu berücksichtigen,
daß für die Herstellung von Stumpfschweißungen entlang der Blechlängskanten eine
Möglichkeit dafür geschaffen werden mußte, die Preßkraft in die Bleche einzuleiten,
ohne die Bleche und den Schweißspalt zu deformieren.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren
zum kontinuierlichen Verschweißen der benachbarten Längskanten zweier flacher, breiter
Metallblechstreifen unter Anwendung eines Hochfrequenz-Schweißstromes, wobei zwischen
den Längskanten ein Spalt gebildet wird, welcher in einem Schweißpunkt endet, in
dessen Bereich die sich gegenüberliegenden Längskanten unter Druck zusammenkommen,
und wobei der Hochfrequenzstrom vor dem Schweißpunkt in die Längskanten eingeleitet
wird und entlang der Kanten zum Schweißpunkt fließt, und schlägt vor, daß beide
Metallblechstreifen in einem Abstand vor dem Schweißpunkt in eine quer zur Längsrichtung
mindestens teilweise gekrümmte Querschnittsform übergeführt werden, in der sich
die Teile der Längskanten, in denen der Schweißstrom fließt, weiterhin gegenüberliegen;
und daß die Metallblechstreifen nach dem Passieren des Schweißpunktes wieder in
ihre flache Form zurückgeführt werden. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag werden
die Metallblechstreifen in eine Zwischenform von gekrümmtem Querschnitt übergeführt,
die eine exakte Steuerung der Schweißspaltabmessungen und das Aufbringen der Preßkräfte
auf einfachste Weise ermöglicht, so daß die erläuterten Schwierigkeiten nicht mehr
auftreten können. In vorteilhafter Weise erhalten die Metallblechstreifen hierzu
im Bereich ihrer Längskanten einen Querschnitt, der von den Spaltkanten aus so weit
nach außen und unten oder nach oben und unten gekrümmt ist, daß Bereiche zum Ausüben
eines Druckes auf die Streifen entstehen, worauf die Metallblechstreifen beim Passieren
des Schweißpunktes durch Aufbringen eines Drucks in diesen Bereichen in Schweißberührung
gebracht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhalten die an
die Spaltkanten angrenzenden Bereiche der Metallblechstrei:fen einen wellenförmigen
Querschnitt, wobei Andruckrollen an den wellenförmigen Teilen im Bereich dies Schweißpunktes
anliegen und die Streifenkanten in Schweißberührung bringen. Auch bei dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metallblechstreifen dann nach dem Passieren
des Schweißpunktes zwischen weiteren Druckrollen od. dgl. hindurchgeführt, die die
Streifen wieder in den im wesentlichen flachen Ausgangsquerschnitt überführen.
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In allen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Schweißnaht
entweder als Stumpfschweißung ausgeführt sein, oder aber als abgeflachte überlappungsschweißung,
wie sie beispielsweise in der britischen Patentschrift 881091 gezeigt ist.
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Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens weist erfindungsgemäß
vor dem Schweißpunkt angeordnete Formrollen mit gekrümmten Oberflächen auf, die
die Streifen mindestens teilweise beaufschlcagen und während des Streifenvorschubes
in die gekrümmte Querschnittsform überführen; weiterhin weist die Vorrichtung im
Bereich des Schweißpunktes angeordnete Preßrollen auf, die die Metallblechstreifen
mindestens in den an die Spaltkanten angrenzenden Bereichen beaufschlagen und die
Spaltkanten aneinanderpressen; und schließlich ist nach dem Schweißpunkt eine Einrichtung
vorgesehen, die die verschweißten Metallblechstreifen in ihre normale, im wesentlichen
flache Querschnittsform zurückführt.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele
beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 in schematischer
Darstellung die Ansicht einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in F .i g. 1, F i g. 3 in perspektivischer
Darstellung eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, F i g.
4 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung, F
i g. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in F i g. 4, F i g. 6 einen Querschnitt
entlang der Linie 6-6 in F i g. 4, F i g. 7 und 8 Querschnitte entsprechend F i
g. 2 zur Darstellung anderer Ausführungsformen der Erfindung und F i g. 9 eine perspektivische
Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung einer
überlappenden Quetschschweißung.
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In F i g.1 sind Bunde 10,11 dargestellt, von denen die breiten Metallstreifen
abgezogen und durch die Spalte von einem oder mehreren Rollenpaaren 12,13 hindurchgeführt
werden. Durch geeignete Antriebsmittel
für die verschiedenen dargestellten
Rollen werden die Streifen schnell an einem Schweißpunkt w vorbei vorgeschoben.
Vor dem Schweißpunkt iv sind zwei Kontakte 14, 15 angeordnet, die die Streifen an
sich gegenüberliegenden Seiten eines V-Spaltas 16 berühren und mit einer geeigneten
Hochfrequenz-Stromquelle 17 in Verbindung stehen, die einen Strom mit einer Frequenz
von etwa 50 kHz oder vorzugswe.ise sehr viel größer, beispielsweise 300 bis 450
kHz, abgibt. Dieser Strom fließt von den Kontakten 14, 15 entlang der sich gegenüberliegenden
Kanten des Spaltes 16 zu und vom Schweißpunkt und heizt die Kantenflächen bis zum
Erreichen des Schweißpunktes iv auf Schweißtemperatur auf.
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In einer größeren Entfernung vor dem Schweißpunkt w erhalten die Streifen
eine gekrümmte Querschnittsform 10'. 11' auf Grund der Wirkung von einem oder mehreren
Rollenpaaren mit gekrümmten Oberflächen, die die gegenüberlieenden Oberflächen eines
jeden Streifens berühren. So ist beispielsweise in F i g. 1 dargestellt, daß die
Krümmung 10' von einer oberen Rolle 18 und einer komplementär gekrümmten unteren
Rolle 19 erzeugt wird, während die Krümmung 11' des anderen Streifens von ähnlichen
Rollen 20, 21 erzeugt wird. Auf diese Weise erhalten die Streifen Querschnitte,
die, beginnend an den Spaltkanten, nach außen und nach unten gebogen sind, wodurch
die beiden Streifen Seitenflächen erhalten, an die geeignete Andruckrollen 22, 23
angelegt werden können. Die Andruckrollen 22, 23 haben gekrümmte Oberflächen, die
den Krümmungen der Streifen im Bereich des Schweißpunktes w entsprechen. Auf diese
Weise erhalten die beiden Streifen in diesem Bereich Flächen, die in Querrichtung
etwas nachgiebig bzw. federnd sind, so daß die Rollen 22 und 23 die beiden Kanten
im Schweißpunkt fest zusammenpressen können, um eine gute Preßschweißung herzustellen.
Falls gewünscht, kann ein zusätzliches Rollenpaar 24, 25 vorgesehen sein, das die
obenliegenden Flächen der Streifen an sich gegenüberliegenden Seiten vom Schweißpunkt
w gemäß F i g. 2 berührt. Auf ähnliche Weise können auch auf der Unterseite der
Streifen im Bereich des Schweißpunktes geeignete Rollen 26, 27 vorgesehen sein.
Falls gewünscht, können die Rollen 24, 25 und 26, 27 so dicht beieinander angeordnet
sein, daß die Oberfläche der Nahtlinie flachgedrückt wird.
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Nachdem die Streifen auf diese Weise zusammengeschweißt und am Schweißpunkt
vorbeigelangt sind, wird die verschweißte Anordnung durch den Spalt von Rollen 30,
31 vorgeschoben, die allein oder mit zusätzlichen Mitteln den Streifenquerschnitt
in seine normale, flache Form zurückbringen, so daß, je nach Wunsch, der verschweißte
Streifen zu einem neuen Bund aufgehaspelt oder auf eine andere Weise weiterverwendet
werden kann.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 3 ist der in F i g. 2 gezeigten ähnlich.
Hierbei sind jedoch die Achsen der Bunde 35, 36 des streifenförmigen Materials zueinander
so geneigt, daß die von den Bunden abgezogenen Streifen 37, 38 unter Ebenen zueinander
verlaufen, die einen spitzen Winkel miteinander einschließen. Die Streifen 37, 38
gelangen dabei durch die Spalte von Führungsrollen 39, 40 und 41, 42. Im Verlauf
des weiteren Vorschubs gelangen die Streifen dann zum Schweißpunkt w, wo bei die
oberen Streifenbereiche nach innen abgekrümmt sind, so daß die oberen Streifenkanten
in eine sich gegenüberliegende Stellung gelangen und unt;,r Bildung einer Stumpfschweißung
im Schweißpunkt zusammenkommen. Diese Krümmungen werden den Streifen von an gegenüberliegenden
Seiten des Schweißpunktes angeordneten Andruckrollen 43, 44 aufgezwungen, deren
Oberflächen eine Form haben, die der gewünschten, herzustellenden Streifenquerschnittsform
entspricht. Gegebenenfalls kann auch noch eine nach oben drückende Rolle 45 unterhalb
des Schweißpunktes vorgesehen sein. Darüber hinaus kann es in einigen Fällen wünschenswert
sein, die oberen Streifenbereiche von Rollen mit geeigneten Oberflächen vor den
Kontakten 14, 15 vorzuformen.
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Nach dem Passieren des Schweißpunktes w gelangen die zusammengeschweißten
Streifen durch den Spalt von Rollen 30, 31 oder anderen Mitteln, mit deren Hilfe
das Bandmaterial in seine ursprüng liehe flache Form zurückgeführt wird.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 4 ist wiederum der Ausführungsform
in F i g. 1 ähnlich. Hierbei werden Streifen 50, 51 mit einem flachen Ausgangsquerschnitt
durch die Spalte von Well-Rollen 52, 52' und 53, 53' vorgeschoben, wodurch - entsprechend
F i g. 5 - die Teile der Streifen an beiden Seiten des V-Spaltes 16 im Querschnitt
z:mächst nach außen und unten und dann unter Bildung von Wellen gekrümmt werden,
so daß die Streifen quer zu ihrer Längsrichtung verhältnismäßig nachgiebig bzw.
federnd werden. Dennoch liegen sich die Streifenkanten im Spalt weiterhin gegenüber,
um im Schweißpunkt ii# eine Stumpfschweißung zu bilden. Gemäß F i g. 6 sind an sich
gegenüberliegenden Seiten des Schweißpunktes Rollenpaare 54, 55 und 56, 57 vorgesehen,
die in die Wellenzüge nahe den sich gegenüberliegenden Seiten des Schweißpunktes
eingreifen. Die Streifen können auf ihrer obenl.iegenden Fläche im Schweißpunkt
von geneigt angeordneten Andruckrollen 58, 59 beaufschlagt werden, die auf geeignete
Weise befestigt sind, so daß sie einen Druck auf die Streifenkanten ausüben sowie
fest nach innen und unten drücken, um eine Preßschweißung herzustellcr., während
die Rollen 54 bis 57 verhindern, daß sich die Kanten der Streifen unter dem Druck
der Rollen 58, 59 trennen. Auch hier können die zusammengeschweißten Streifen nach
dem Passieren des Schweißpunktes wiederum mit Hilfe von Rollen 30, 31 in ihre Ausgangs-Querschnittsform
zurückgeführt werden.
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An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, daß mit der am besten in F
i g. 6 zu erkennenden Anordnung auf einfache Weise Stumpfschweißungen von wellenförmigem
Material beliebiger Breite hergestellt werden können, wobei das Material auch nach
dem Schweißen seine Wellenform beibehalten kann.
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In F i g. 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der die Kanten
von zwei Streifen 60, 61 vor Erreichen des Schweißpunktes entlang der Kanten des
zwischen ihnen befindlichen Schweißspaltes 62 in eine Querschnittsfoim gekrümmt
werden, bei der der Streifen 60 auf Grund der Wirkungen der Rollen 63, 64 mit entsprechend
ausgebildeten Oberflächen nach unten ausgebogen wird, wohingegen der Streifen 61
entlang seiner Kante einen nach oben weisenden Querschnitt dadurch erhält, daß er
zwischen zwei komplementär geformten Rollen 65, 66 hindurchgeführt wird.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 8 ist derjenigen gemäß F i g. 7 ähnlich
mit der Ausnahme, daß hierbei die Kantenbereiche eines Streifens 67 einen solchen
Querschnitt
erhalten, daß sie im Spalt 68 vertikal nach unten zeigen, wobei diese Krümmung durch
eine geeignet geformte Rolle 69 hergestellt wird. Entsprechend wird ein gegenüberliegender
Streifen 70 so geformt, daß sich sein Kantenbereich vertikal nach oben zum
Spalt 68 erstreckt, wobei das Verbiegen dieses Streifens von einer geeigneten Rolle
71 bewirkt wird. Gegebenenfalls können auch zunächst Rollen gemäß F i g. 7 vorgesehen
werden, die den beiden Streifen die in dieser Figur gezeigte Form geben, worauf
die Streifen dann zu Rollen gemäß F i g. 8 weiterlaufen, die an oder kurz vor dem
Schweißpunkt angeordnet sind und dem Streifen die in F i g. 8 gezeigte Form geben.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 9 dargestellt.
Diese Ausführungsform ähnelt der in F i g. 1 gezeigten, so daß entsprechende Teile
auch hier mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Wenn im Gegensatz zu einer Stumpfschweißung
eine Überlappendschweißung zwischen zwei verhältnismäßig breiten Metallblechen bzw.
-streifen hergestellt werden soll, entstehen ähnliche Schwierigkeiten dadurch, daß
die Kantenbereiche der Bleche vor dem Schweißpunkt voneinander getrennt gehalten
werden müssen und unmittelbar vor Erreichen des Schweißpunktes überlappend zusammengepreßt
werden müssen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Kantenbereiche, bevor
sie ihre überlappungsstellung erhalten, in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
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In F i g. 9 erhalten zwei Streifen 10' und 11' mit Hilfe
von Rollen 18 bis 21 einen geeignet gekrümmten Querschnitt, worauf die Kantenbereiche
der Streifen mit Hilfe von Rollen 22,23 in überlappungsstellung gebracht
werden. Zu der Zeit, zu der die Kanten die gegenüberliegenden Rollen 74 und 75 erreichen,
haben sie Schweißtemperatur und werden dann mittels Rollen 74, 75 zusammengedrückt
bzw. -gequetscht, wobei vorzugsweise eine Naht gebildet wird, die im wesentlichen
die gleiche Dicke hat wie die Dicke der miteinander zu verbindenden Streifen.
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Wegen der Art, in der der Heizstrom den Kantenbereichen zugeführt
wird und wegen der Frequenz des Heizstromes, wird der Strom und damit die Erwärmung
auf diejenigen Flächen der Kantenbereiche konzentriert, die sich am nächsten sind.
Wenn also eine Stumpfschweißung hergestellt werden soll, deren Dicke der Dicke der
Streifen entspricht, ist die Krümmung der Streifen vor dem Schweißpunkt so gewählt,
daß alle Punkte auf den sich gegenüberliegenden Kantenflächen in Richtung der Dicke
im wesentlichen gleiche Abstände haben. Demgemäß verlaufen - wie es aus den Querschnitten
der F i g. 2 und 5 bis 8 hervorgeht - die Kantenflächen in der Querschnittsebene
im wesentlichen parallel zueinander.
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Entsprechend verlaufen bei überlappungsschweißungen gemäß F i g. 9
die sich gegenüberliegenden, zu verschweißenden überlappungsflächen in der Ebene
eines Querschnittes kurz vor Erreichen des Schweißpunktes im wesentlichen parallel
zueinander. Da die Streifenkanten in beiden Fällen konvergieren, sind die Streifenflächen
in Richtung der Streifenbewegung natürlich nicht parallel. Der Ausdruck »sich gegenüberliegende
Kantenflächen«, der in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, soll
demgemäß Flächen der in den Zeichnungen gezeigten Art bedeuten, wobei die Flächen
entweder in Richtung der Streifendicke oder von den Kanten in Richtung der Streifenbreite
verlaufen, und wobei die Flächen im wesentlichen parallel zu einer Querschnittsebene
verlaufen, die senkrecht auf der Richtung der Streifenbewegung steht. Vorzugsweise
haben diese Flächen in dieser Ebene eine Abmessung, die mindestens der Streifendicke
gleich ist.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten
zu und soll demgemäß nicht auf die beschriebenen Ausführungen beschränkt sein.