DE2530411C3 - Vorrichtung zum stumpfen Kaltprelischweißen von Drähten oder Bändern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum stumpfen Kaltpreßschweißen von Drähten oder Bändern durch ein- oder mehrmaliges Stauchen, bestehend aus zwei Paaren sich gegenüberstehender Spannbacken, die zur Aufnahme des zu schweißenden Gutes entsprechende Ausnehmungen in den sich zugewandten Flächen jeden Paares aufweisen und die an den Stirnflächen Schneiden bildende, das beim Stauchen ausfließende Material aufnehmende Einkerbungen besitzen, einer Führung, durch die die Spannbackenpaare trotz vor nacheinander wirkender Spann- und Stauchkräfte fluchtend gegeneinander verschiebbar sind sowie einem ein- und ausführbaren Mittenanschlag für die beiden zu schweißenden Teile.

In den unterschiedlichsten Bereichen der Technik ist es zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Fertigungsprozesses notwendig. Draht- oder Bandenden fest miteinander zu verbinden. Müssen diese Verbindungsstellen annähernd gleiche Eigenschaften wie das übrige Material aufweisen, so müssen die Enden geschweißt werden. Beispielsweise ist das zum Ziehen von Drähten vorteilhaft, weil damit endlos gefertigt werden kann.

Einige Materialien wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer besitzen Fließeigenschaften, die ein Schweißen ohne Wärmezufuhr ermöglichen.

Beim stumpfen Kaltpreßschweißen von Drähten oder Bändern ist es bekannt, die Enden der miteinander zu verbindenden Werkstücke zwischen zwei Paaren von Spannbacken so einzuklemmen, daß die Enden etwa um Materialstärke über die Stirnflächen der Spannbackenpaare hinausragen und anschließend die beiden Spanneinheiten unter so hohem Druck gegeneinander zu pressen, daß es zu einem Fließen des Materials in den Werkstückenden kommt (US-PS 30 93 018). Um bei diesem Stauchprozeß ein seitliches Auswandern der Werkstückenden, speziell bei dünnen Werkstücken, zu verhindern, dürfen die Enden nur um etwa Materialstärke aus den Spanneinheiten herausragen. Der bei einem einzigen Stauchvorgang erzielte Materialfluß reicht dabei nicht aus, um eine sichere Schweißung zu erzielen. Der Stauchvorgang muß daher mehrmals wiederholt werden (US-PS 30 93 018). Um das bei diesem wiederholten Stauchen seitlich ausfließende Material aufnehmen zu können, sind bekannterweise die Spannbacken mit schneidenbildenden Ausnehmungen versehen (US-PS 30 93 018).

Vor dem ersten Stauchvorgang müssen die Werkstükke senkrecht zur Stauchrichtung abgeschnitten werden. Das kann von Hand mit einer extra Vorrichtung geschehen, oder aber auch nach dem Einspannen der Werkstücke in die Spanneinheiten durch ein zwischen den Spanr.eip.heiten entlanggleitendes Messer.

Verunreinigungen an den Stirnflächen der zu schweißenden Werkstücke erschweren die Kaltpreßschweißung, machen sie aber nicht unmöglich. Es sind nur eine größere Anzahl von Stauchungen notwendig, damit zunächst die Verunreinigung seitlich ausfließen

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npvoi dann reines Material miteinander in kann, d^cv"'
Rprührung kommt.

Die Schweißbacken jeder Spanneinheit besitzen in sich zugewendeten Flächen den zu schweißenden Werkstücken entsprechende Ausnehmungen, die bei- 5

• isweise bei Drähten aus einer halbkreisförmigen lift mit etwa dem gleichen Durchmesser wie der zu hweißende Draht gebildet werden. Um ein seitliches A «weichen der Spanneinheiten beim Stauchen zu «erhindern, sind Führungen vorgesehen. Zum wiederholten Stauchen müssen die Spannbacken öffnet werden und in die Ausgangsstellung zurückifhren Um dabei besonders bei den ersten Stauchun-η ein Aufreißen der Schweißstelle zu verhindern, sind l^e .pr den beiden Spanneinheiten Rücklaufsperren 15 „geordnet (GB-PS 10 85 726). Diese Rücklaufsperren Arbeiten antisynchron zu den eigentlichen Spannbacken. Die erforderlichen Spann- und Stauchkräfte können arat erzeugt werden. Es ist aber ebenfalls möglich, ^Sflfi. Hie Spannkraft bei Anwendung des erforderlichen 20 Suchdruckes erzeugt wird (DT-PS 10 84 122, GB-PS 85 726) Erreicht wird das dadurch, daß die Snanneinheiten außen konisch oder keilförmig ausgebildet sind und die an diesen Flächen angreifenden Arme

Übertragung der Stauchkraft mit entsprechend 25 ibeeschrägten Flächen versehen sind. Je nach der Schräge der Flächen teilt sich daher die in Stauchnchtune wirkende Hebelkraft auf in eine in Stauchrichtung wirkende und in eine senkrecht dazu, also in Snannrichtung wirkende Komponente. Bei entspre- 30 chender Form dieser Flächen kann man erreichen, daß zunächst nur die Komponente zum Spannen wirksam wird und die Komponente in Stauchrichtung erst dann, wenn die Spannbacken geschlossen sind.

Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen Plenen sich hauptsächlich zum Kaltpreßschweißen von niähten oder Stangen, also Rundmaterial und in geringem Maß auch zum Schweißen von Werkstücken rechteckigen Querschnittes, bei dem das Seitenverhältnis nicht allzu groß ist.

Weiterhin handelt es sich dabei stets um oberflächliche blanke Materialien, die sich rleativ gut einspannen

Re?der Hersiellung von Schichtenmantelkabeln wird Hie Kabelseele direkt von einem längseinlaufenden Aluminiumband umgeben. Dieses Band ist beidseitig oder einseitig mit einem Polyäthylen oder einem Polväthylencopolymerisat beschichtet. In einem anschließenden Arbeitsgang wird in einem Extruder ein Mantel aus einem thermoplastischen Kunststoff auf gebracht der direkt mit der Beschichtung auf dem Aluminiumband verschweißt wird. Zur Erzielung eines kontinuierlichen Fertigungsprozesses ist es hierbei erforderlich, das Ende eines Aluminiumbandes an den Anfang des nachfolgenden anzuschweißen, da anderenfalls das nachfolgende Band von neuem in die Anlage eingebracht werden muß. Die Schweißstelle muß dabei die gleichen Eigenschaften wie das übrige Band besitzen. So muß die elektrische Leitfähigkeit über die Schweißstelle hinaus fortgesetzt sein, damit das Band seine abschirmende Wirkung beibehält.

Eine Beschädigung der Kunststoffbeschichtung darf ^b-i nirht auftreten, da sonst bei dem anschließenden Äufextrudieren des Kunststoffmantels an dieser Meue keine Verschweißung zwischen Kunststoffbeschichtung und Kunststoffmantel auftreten würde Eine solche StAHIdIe könnte zu einer schnelleren Alterung und zu einer frühzeitigeren Beschädigung des Kabelmantels führen. Die verwendeten Aluminiumbänder haben dabei nur eine Dicke von 0,2 mm bei einer Breite von mehreren Zentimetern. Die Beschichtung auf jeder Seite ist etwa 50 μπι dick.

Ähnliches gilt beispielsweise auch für Leitungen zum Übertragen hochfrequenter Signale wie beispielsweise Antennenleitungen. Hierbei wird der äußere Leiter durch ein zu einem Rohr geformtes längseinlaufendes Aluminium- oder Kupferband gebildet. Dieses Band ist einseitig auf der Außenseite kunststoffbeschichtet, um bei einer anschließenden Aufextrusion eines Kunststoffmantels durch Verschweißen mit diesem für eine lückenlose Umhüllung zu sorgen. Auch hier wird von einer Nahtstelle zwischen zwei Bändern wieder gefordert, daß die Materialeigenschaften denen des übrigen Bandes entsprechen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum stumpfen Kaltpreßschweißen von Drähten oder Bändern anzugeben, mit der insbesondere auch ein- oder beidseitig kunststoffbeschichtete Metallbänder mit extrem großem Breiten-Dickenverhältnis ohne Höhenversatz sicher und ohne Beschädigung der Kunststoffbeschichtung geschweißt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Spannen von Drähten oder insbesondere von blanken, ein- oder auch beidseitig kunststoffbeschichteten Metallbändern die beiden Spanneinheiten seitlich in der Nähe der Schweißgutebene keilförmige Erhebungen aufweisen und auf mehreren Führungen verschiebbar angeordnet sind, wobei diese Führungen gleichzeitig zur seitlichen Versteifung der gesamten Vorrichtung dienen, daß zwei separate hydraulisch angetriebene Kolben und gegebenenfalls zusätzliche Hebel zur Übertragung extrem hoher Spannkräfte von bis zu 7OkN vorgesehen sind, daß ein weiterer nydraulisch angetriebener Kolben mit einer U-förmigen Gabel verbunden ist, deren Schenkel sich gleitend seitlich abstützen und an ihren oberen Innenseiten angeschrägte Flächen haben, die auf den Gegenschrägen darstellenden keilförmigen Erhebungen an den Spanneinheiten laufen, daß sich Federelemente zwischen den beiden Spanneinheiten befinden und gegebenenfalls auch zwischen den Spannbacken jeder einzelnen Spanneinheiten und daß sich links neben der linken sowie rechts neben der rechten Spinneinheit je eine antisynchron zur Schließbewegung der Spanneinheiten arbeitende Bandrücklaufsperre befindet.

Mit dieser Vorrichtung ist es erstmals möglich, kunststoffbeschichtete Metallbänder mit einem Breiten-Dickenverhältnis von 250:1 und sogar noch mehr einwandfrei zu schweißen. Bisher wurde ein solches Vorhaben für undurchführbar gehalten. Da die Kunststoffbeschichtung beim Spannen der Bänder nicht beschädigt werden soll, müssen glatte Spannbacken ' verwendet werden. Auf der anderen Seite muß aber verhindert werden, daß beim Stauchen, wofür beispielsweise für Aluminiumbänder Stauchdrücke von in der Größenordnung 1000 N/mm² notwendig sind, das Metallband innerhalb der Kunststoffbeschichtung zurückgeschoben wird. Dazu sind extrem hohe Spannkräfte notwendig. Die Spannkräfte betragen je nach Bandbreite ca. 10-70 kN.

Für diese extremen Spann- und Stauchkräfte, die sich um eine Größenordnung unterscheiden können, ist es nicht möglich, eine einzige Kraft über schiefe Ebenen in Komponenten für das Spannen und Komponenten für das Stauchen aufzuteilen. Es ist notwendig, separate Kräfte zum Spannen und zum Stauchen einzusetzen.

Die Spannkräfte werden über zwei hydraulisch betätigte Kolben und gegebenenfalls zusätzliche Hebel auf die Spannbacken aufgebracht. Das hat zusätzlich den Vorteil, daß nach dem Einlegen jedes einzelnen Bandes dieses sogleich gespannt werden kann. Weiterhin können damit auch unterschiedliche Spannkräfte für beide Spanneinheiten eingestellt werden, wenn z. B. verschiedenartige Materialien verschweißt werden sollen.

Für die Stauchbewegung wird von einem einzigen hydraulisch angetriebenen Kolben über eine U-förmige Gabel und schiefe Ebenen die Stauchkraft gleichmäßig synchron auf beide Spanneinheiten übertragen. Dadurch wird ein gleichmäßiges Fließen des Materials beider Enden beim Stauchprozeß gewährleistet. Die Anzahl der erforderlichen Stauchbewegung wird so eingestellt, daß eine dem Grundwerkstoff entsprechende Festigkeit in der Schweißzone eintritt. Auch hier kommt es trotz der hohen Genauigkeitsanforderungen nicht so sehr darauf an, wie die Bandenden vorbehandelt worden sind. Verschmutzte Stirnflächen oder leicht schräg geschnittene Bandenden verhindern einen einwandfreien Schweißvorgang nicht. Sie machen es nur erforderlich, die Anzahl der Stauchbewegungen zu erhöhen.

Durch auswechselbare Einsätze in den Spannbacken können diese beliebigen Werkstückformen angepaßt werden. Der separat einstellbare Spann- und Stauchdruck erleichtert die Optimierung für die jeweiligen Werkstücke. Selbstverständlich kann diese Vorrichtung, die in der Lage ist, so extrem dünne und breite zu zusätzlich noch kunststoff- oder auch anderweitig beschichtete Bänder zu schweißen, auch für Werkstücke mit einfacheren Formen eingesetzt werden. So ist es natürlich möglich, mit der gleichen Vorrichtung Drähte, Stangen oder auch Rechteckprofilc zu schweißen.

Trotz dieser hohen Spann- und Stauchkräfte muß sichergestellt sein, daß der Höhenversatz nach dem Schweißen von Bändern über die ganze Bandbreite nicht mehr als 0,01 mm beträgt. Diese extremen Toleranzanforderungen werden dadurch befriedigt, daß als Führungen für die Spanneinheiten drei Säulen vorgesehen sind, auf denen die Spanneinheiten mittels spieleinstellbarer Kugelführungen verschiebbar sind. Es ist weiterhin möglich, daß an Stelle der Säulen und Kugelführungen Schwalbenschwanzführungen vorgesehen sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich daraus, daß die Spannbacken, vorzugsweise nur die oberen jeder Spanneinheit, zum Band hin und in Bandrichtung U-förmig ausgebildet sind mit einer vorderen und einer hinterer. Auflagefläche. Wie bereits erwähnt, ist speziell für kunststoffbeschichtete Bänder eine extrem große Spannkraft notwendig, um ein Zurückweichen des Metallbandes innerhalb der Kunststoffbeschichtung beim eigentlichen Stauchen zu verhindern. Weiterhin dürfen aber die Auflageflächen der Spannbacken nicht zu klein sein, damit sie sich nicht in den Kunststoff eindrücken. Der auftretende Druck darf also nicht zu groß werden, sonst kann es geschehen, daß die Kunststoffbeschichtung an den Auflageflächen der Spannbacken kleben bleibt. All diese Bedingungen führen zu einer optimal ausgelegten Spannkraft und einer optimal ausgelegten Auflagefläche. Die zur Erzeugung der notwendigen hohen Spannkräfte erforderlichen hydraulischen Zylinder haben in der Regel einen größeren Durchmesser als die notwendige Auflagefläche. Um trotzdem die Spannkraft symmetrisch aufbringen zu können, sind die Spannbacken in der oben beschriebenen Weise ausgebildet. Die gesamte Länge dieser U-förmigen Spannbacken mit der vorderen und hinteren Auflagefläche ist damit größer als der Durchmesser des hydraulischen Zylinders. Die Spannkraft kann somit in der Mitte der Spannbacke praktisch zwischen den beiden Auflageflächen angreifen.

Die gemäß der Erfindung verwendeten Spannbacken werden vorzugsweise so ausgebildet, daß die Auflageflächen senkrecht zur Bandrichtung gekehlt sind. Damit wird erreicht, daß die Spannbacken das Band an den Kanten härter fassen als in der Mitte. Dadurch wird an den Bandkanten eine einwandfreie Schweißung sicherij gestellt. Denkt man sich ein solches Band in schmale Streifen unterteilt, so hat ein Randstreifen nur nach einer Seite hin einen Nachbarstreifen, während ein Streifen in der Mitte des Bandes auf beiden Seiten von Nachbarstreifen begrenzt wird. Die Eigensteifigkeit in ,ο Bandebene in der Mitte des Bandes ist damit von sich aus schon größer, so daß hier das Spannen und Festhalten einfacher ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich daraus, daß jeder oberen Spannbacke und/oder 2j Spanneinheit und/oder jeder oberen Bandrücklaufsperre Anschläge zugeordnet sind. Speziell beim Schweißen extrem dünner Bänder ist nur ein ganz kleiner Stauchhub, der in der Größenordnung der Materialdikke liegt, notwendig. Auch zum Nachgreifen brauchen J₀ sich die Spannbacken nur geringfügig zu öffnen. Im Gegensatz dazu sind aber zum Einlegen der Bänder und auch nach der Schweißung zum Herausnehmen größere Abstände notwendig. Durch diese Anschläge, beispielsweise in der Form von ein- und ausfahrbaren mechanischen Schiebern, können die Arbeitshübe der eigentlichen Stauch- und Spannbewegungen gegenüber dem Öffnungsweg in der Einlegestellung begrenzt werden. Es ergibt sich dadurch ein schnellerer Verfahrensablauf beim Schweißen. Andererseits sind für die vielen notwendigen Stauch- und Spannbewegungen zum Aufrechterhalten der hohen Toleranzanforderungen kleine Wege günstiger. Es ergibt sich nicht so viel Reibung und Abnutzung der Führungen.

In Weiterbildung der Erfindung sind den Kolben zum Spannen, Stauchen und Festhalten in ihren Endstellungen Schalter zugeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um berührlos arbeitende Endschalter handeln, die die jeweilige Endstellung der Spann- oder Stauchkolben anzeigen. Jeder Bewegungsvorgang löst damit, wenn er seinen Endpunkt erreicht hat, einen Schaltimpuls aus. Mittels einer Folgesteuerung kann damit der gesamte Programmablauf einer Schweißung geregelt werden.

Ein wesentliches Ziel, das mit dieser Vorrichtung zum Kaltpreßschweißen erreicht werden sollte, ist die Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Fertigungsbetriebes, wie beispielsweise die kontinuierliche Fertigung längswasserdichter Schichtenmantelkabel. Längseinlau fende beidseitig beschichtete Aluminiumbänder werder um die Kabelseele zu einem Rohr geformt unc anschließend mit einer Kunststoffhülle umgeben. Durcl einen Bandspeicher hat man einen begrenzten Zeitraun zur Verfügung, in dem man das Ende eines Bandes mi dem Anfang des nächsten zusammenschweißen kann Bei solchen direkt in einer Fertigungslinie verwendete! Kaltpreßschweißvorrichtungen ist es unbedingt not wendig, daß jede Schweißung mit absoluter Sicherhei gelingt, denn eine Wiederholung des Schweißvorgange ist aus zeitlichen Gründen nicht möglich. Ein

Überwachung der einzelnen Arbeitsschritte durch Endschalter und zusätzliche Kontroll- und Sicherheitsmaßnahmen, die vor einer falschen Bedienung und aber auch vor Verletzung des Bedienungspersonals schützen soll, sind dabei notwendig.

An einem Ausführungsbeispiel sei die Erfindung nun näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 in Vorderansicht und teilweise im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die speziell zum Schweißen extrem dünner, beschichteter Metallbänder vorgesehen ist,

F i g. 2 in Seitenansicht einen vergrößerten Ausschnitt dieser Vorrichtung, in dem speziell die Spanneinrichtung dargestellt ist,

F i g. 3 und 4 einen Spannbackeneinsatz für die oberen ,₅ Spannbacken in Vorder- und Seitenansicht,

F i g. 5 und 6 das gleiche für die unteren Spannbacken.

Die F i g. 7 bis 10 zeigen in schematischer Darstellung den Funktionsablauf eines Zyklus der Schweißung.

In F i g. 1 ist die Kaltpreßschweißvorrichtung 1 dargestellt. Sie besteht aus einem Rahmen 2 in Schweißkonstruktion, der nach seiner Fertigstellung spannungsfrei geglüht wurde. Dieser Rahmen 2 nimmt alle mechanischen, pneumatischen, hydraulischen und einen Teil der elektrischen Bauteile auf. Zwischen den _2J beiden Seitenwänden 3 sind drei Führungssäulen 12 zur Aufnahme der linken und rechten Spanneinheit 10 angebracht. Diese Führungssäulen 12 dienen gleichzeitig als Versteifung des Rahmens 2. Sie sind in ihrer Länge so abgestimmt, daß sie nach dem Anziehen der stirnseitigen Flanschplatten ein seitliches Durchbiegen des Rahmens 2 beim eigentlichen Kaltpreßschweißen verhindern.

Die beiden Spanneinheiten 10 sind durch spieleinstellbare Kugelführungen 13 auf den drei Führungssäulen 12 angeordnet. Jede Spanneinheit 10 besteht aus einer oberen und einer unteren Spannbacke i4, 15. Zum Spannen kann die obere Spannbacke 14 abgesenkt werden. In die Spannbacken 14,15 sind auswechselbare Einsätze 50,51 eingeschraubt. Diese Einsätze 50,51 sind in den F i g. 3 bis 6 dargestellt und werden später näher beschrieben. Zwischen den beiden Spanneinheiten 10 sind Druckfedern t6 angeordnet.

Rechts neben der rechten sowie links neben der linken Spanneinheit 10 ist je eine Bandrücklaufsperre 30 vorgesehen. In der F i g. 1 ist nur die linke Bandrücklaufsperre 30 sichtbar. Diese Bandrücklaufsperren 30 bestehen ebenso wie die Spanneinheiten 10 aus einer oberen und einer unteren Spannbacke 31, 32, wobei wiederum die obere Spannbacke 31 der Bandrücklaufsperre 30 zum Spannen absenkbar ausgebildet ist. Mit der oberen Spannbacke 31 der Bandrücklaufsperre 30 ist ein Metallfähnchen 33 verbunden, dessen Weg an drei berührungslos arbeitenden Endschaltern 34 vorbeiführt.

Um einen synchronen Stauchhub der beiden Spanneinheiten 10 beim Schweißen zu gewährleisten, werden diese Spanneinheiten lü zentral gegeneinander bewegt. Dazu dient ein hydraulisch betätigter Kolben 40. der in der Mitte einer U-förmigen Gabel 41 angreift. Die ₍₎₀ beiden Schenkel 42 dieser U-förmigen Gabel 41 gleiten in einer an den Seitenwänden 3 der Vorrichtung angebrachten Stützschiene 43. Dadurch wird ein seitliches Ausweichen der Schenkel 42 verhindert. Die beiden Schenkel 42 sind an ihren oberen Innenseiten mit _bfl je einer abgeschrägten Fläche 44 versehen, die ihrerseits auf die Gegenschräge 45 an jeder Spanneinheit 10 drückt. Da die Spanneinheiten durch die Führungssäulen 12 in der Höhenposition fixiert sind, führt die Hubbewegung der Gabel 41 über die Schrägen 44, 45 zwangsläufig zu einer Stauchbewegung der Spanneinheiten 10. Das öffnen der Spanneinheiten 10 erfolgt durch die Druckfedern 16, die zwischen den Spanneinheiten 10 angebracht sind. Mit dem hydraulisch betätigten Kolben 40 wird gleichzeitig wiederum ein Metallfähnchen 46 bewegt, das an drei berührungslos arbeitenden Schaltern 47 vorbeiläuft und somit die Endstellungen dieses Kolbens 40 anzeigt.

Die F i g. 2 zeigt in Seitenansicht einen Ausschnitt der Kaltpreßschweißvorrichtung 1, im wesentlichen eine Spanneinheit 10. Zu sehen ist wiederum der Rahmen 2, die Spanneinheit 10 mit den drei Führungssäulen 12 sowie ein Teil des hydraulisch betätigten Kolbens 40 für die Stauchbewegung. Der Rahmen 2 ist unterhalb der Spanneinheit 10 etwas nach hinten versetzt. Innerhalb der Spanneinheit 10 befindet sich die festsitzende untere Spannbacke 15 und die vertikal verschiebbare obere Spannbacke 14 mit ihren jeweils auswechselbaren Einsätzen 50, 51. Über einen weiteren hydraulisch betätigten Kolben 17 und einen Hebel 18 wird die Spannkraft auf die obere Spannbacke 14 übertragen. Über einen mechanisch betätigten Schieber 19 kann der Hebelweg begrenzt werden.

Gestrichelt ist ein Mittenanschlag 20 eingezeichnet, der sich zwischen den beiden Spanneinheiten 10 befindet und das Einlegen des zu schweißenden Gutes erleichtern soll. Über einen Hebel 21 kann dieser Mittenanschlag 20 hinein- oder heratisgeschwenkt werden.

In den F i g. 3 und 4 ist der Einsatz 50 für die obere Spannbacke 14 und in den Fig. 5 und 6 der entsprechende Einsatz 51 für die untere Spannbacke 15 in Vorder- und Seitenansicht dargestellt. Wie gesagt, handelt es sich dabei um auswechselbare Einsätze 50,51. die der Form des jeweils zu schweißenden Gutes angepaßt sind. In diesem speziellen Fall sind die Einsätze 50, 51 zur Aufnahme von Metallbändern mit extremem Breiten-Dickenverhältnis vorgesehen. Um dabei die Bedingung zu erfüllen, den Höhenversatz über die gesamte Bandbreite nicht größer als 0,01 mm werden zu lassen, müssen diese Einsätze 50, 51 mit extremen Toleranzen gefertigt werden. Die Gegenflächen für diese Einsätze innerhalb der Spannbacken 14 15 sind, um diese Genauigkeit überhaupt zu erreichen im montierten Zustand eingeschliffen worden. Nach dem Anschrauben der Einsätze 50, 51 wird durcr mehrfaches Spannen bei einer Probeschweißung die korrekte Lage der Einsätze erreicht. Wie man au: F i g. 5 ersieht, ist der untere Einsatz 51 mit eine Vertiefung 52 versehen, die zur Aufnahme des zi schweißenden Metallbandes dient. Die Breite de Vertiefung entspricht der Breite des zu schweißende) Metallbandes. Die F i g. 3 zeigt den entsprechende] Einsatz 50 für die obere Spannbacke 14. Dieser Eiηsat

50 zeigt eine Erhebung 53, die mit nur geringem Spiel i die Vertiefung 52 des entsprechenden Einsatzes 51 lü die untere Spannbacke 15 eingreift. Wie aus den F i g. und 6 hervorgeht, handelt es sich bei den Einsätzen 5(

51 um in Bandrichtung langgestreckte Körper. Um di hohen Spannkräfte zu erzeugen, sind im Durchmesst entsprechend große hydraulische Zylinder notwendii und zwar für jede Spanneinheit 10 ein Zylinder. Ui trotzdem die Spannkraft in der Mitte der Spannbacke 14 einwirken zu lassen, sind diese und damit auch di Einsätze 50, 51 in die Spannbacken 14, 15 : Bandrichtung so langgestreckt. Um trotz dieser große

Spannbacken 14, 15 und Spannbackeneinsätze 50, 50 den notwendigen Spanndruck zu erhalten, ist der oberere Einsatz 50 senkrecht zur Bandrichtung in der Mitte mit einer breiten, flachen Nut 54 versehen. Dadurch entstehen nur im vorderen und hinteren Bereich des Einsatzes 50 eine schmale Auflagefläche 55, 56, die bei entsprechender Spannkraft einen hohen Spanndruck erzeugen. Der dazugehörende Einsatz 51 für die untere Spannbacke 15 ist in diesem Fall planparallel. An der Schweißseite sind die beiden Einsätze 50, 51 mit schneidenbildenden Ausnehmungen 57 versehen, die einmal dazu dienen, das beim Stauchen sich aus der Bandebene herausquetschende Material aufzunehmen, und zum anderen dazu, den Schweißgrad leichter entfernen zu können. Durch die Schneidenform wird der Schweißgrad jeweils schon nahezu abgeklemmt.

Selbstverständlich können die Einsätze 50, 51 für die Spannbacken 14, 15 auch noch so geformt sein, daß sie das Band an den Kanten härter fassen als in der Mitte, um vor allem die an den Kanten erforderliche einwandfreie Schweißung sicherzustellen. Dazu müßten die Auflageflächen 55 der Einsätze 50 senkrecht zur Bandrichtung leicht gekehlt sein. Die Kehlung müßte so gering sein, daß der Höhenunterschied zwischen Mitte und Kante der Einsätze nur einige Mikrometer beträgt.

In den Fig. 7 bis 10 ist in schematischer Darstellung jeweils die Kaltpreßschweißvorrichtung 1 in einem anderen. Zustand eines Stauchzyklus dargestellt. In jeder dieser Figuren sind die beiden Spanneinheiten 10 mit den oberen 14 und unteren Spannbacken 15 und den zwischen den Spanneinheiten befindlichen Federn 16 zu sehen, weiterhin auch die Bandrücklaufsperren 30 rechts und links von den Spanneinheiten 10 sowie der ausschwenkbare Mittenanschlag 20. Außerdem ist auch die ü-förmige Gabel 41 mit den schrägen Flächen 44 am oberen Ende ihrer Schenkel 42 und dem Kolben 40 zur Übertragung der Stauchkraft zu sehen. Die eingezeichneten Pfeile geben die jeweilige Bewegungsrichtung der entsprechenden Teile wieder.

Funktionsablauf

In den soeben beschriebenen Fig. 1 bis 10 ist eine Kaltpreßschweißvorrichtung 1 dargestellt, die hauptsächlich zum Schweißen beidseitig kunststoffbeschichteter Airminiumbänder vorgesehen ist.

Derartige Bänder werden, wie bereits in der Beschreibungseinleitung angedeutet, für die Herstellung von Schichtenmantelnachrichtenkabeln verwendet. Es handelt sich dabei um Aluminiumbänder mit einer Dicke von 0,2 mm, auf die beidseitig eine 50 μηι dicke Kunststoffschicht aufgebracht worden ist. Diese Bänder werden längseinlaufend zu einem Rohr mit überlappenden Bandkanten um eine mit einer wasserabweisenden Substanz gefüllte Kabelseele geformt. An der Überlappungsnaht der Bandkanten stößt durch die beidseitige Beschichtung Kunststoff auf Kunststoff, der direkt verschweißt werden kann oder der bei der anschließenden Mantelextrusion durch die auftretende Erhitzung verschweißt. Die gesamte Fertigungslinie eines derartigen Kabels sieht somit folgedermaßen aus:

Eine fertig verseilte Seele eines Nachrichtenkabels wird in einer Füllkammer mit einer wasserabweisenden Substanz, beispielsweise Petrolat, unter Druck gefüllt, anschließend mit einem ebenfalls mit der wasserabweisenden Substanz getränkten Papierband umsponnen. Um diese Kabelseele wird dann durch das längseinlaufende beschichtete Aluminiumband ein Rohr geformt, das an seiner Nahtstelle verschweißt wird. Direkt anschließend läuft diese mit dem Aluminiumrohr umgebene Kabelseele durch einen Extruder, in dem ein Kunststoffmantel, beispielsweise aus Polyäthylen, aufextrudiert wird. Nach einer angemessen langen Kühlstrekke kann das somit fertige Nachrichtenkabel aufgetrommelt werden. Die zur Formung des Rohres dienenden beschichteten Aluminiumbänder haben nur eine begrenzte Länge. Um ein kontinuierliches Arbeiten der

ίο gesamten Fertigungslinie aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, das Ende eines solchen Aluminiumbandes mit dem Anfang eines neuen direkt zu verbinden. Dabei muß die Verbindungsstelle genau die gleichen Eigenschaften besitzen wie das übrige Band. Da dieses Schirmband oft auf Nullpotential gelegt wird, muß also der elektrische Kontakt der Verbindungsstelle sichergestellt sein. Die das Band umgebende beidseitige Beschichtung darf nach Möglichkeit nicht beschädigt worden sein, da sonst keine einwandfreie Verbindung mit dem anschließenden aufextrudierten Kunststoffmantel erfolgen kann. Es ist also daran gedacht, die hier beschriebene Kaltpreßschweißvorrichtung 1 zusammen mit einem Bandspeicher direkt in der Fertigungslinie einzusetzen.

Die Kaltpreßschweißvorrichtung 1 steht, daher auf einem Sockelrahmen. Durch vier Rollen kann sie gegenüber dem Sockelrahmen um ca. 150 mm nach hinten aus der Fertigungslinie gefahren werden. Wie aus der Fig.2 ersichtlich war, ist der Rahmen 2 der Kaltpreßschweißvorrichtung 1 unterhalb der Spanneinheiten 10 etwas nach hinten versetzt. Diese Höhe entspricht der Durchlaufhöhe des Bandes in der Fertigungslinie. Zum Schweißen können das Bandende und der Bandanfang des nächsten Bandes in der Höhe aus der Linie herausgehoben werden. Eine seitliche Verschiebung des Bandes während des normalen Betriebs oder während der Schweißung ist nicht zweckmäßig. Die Vorrichtung 1 steht während des Schweißvorganges in der vorderen Position, d. h. in der Flucht der Fertigungslinie. Da nach der Fertigstellung der Schweißung das Band zum Herausnehmen nicht aus der Flucht der Linie ausgelenkt werden kann, wird nach dem Anheben des Bandes in den geöffneten Spannbakken 14, 15 die Maschine hydraulisch nach hinten

gefahren, das Band auf die Durchlaufhöhe der Linie abgesenkt und danach die Maschine wieder nach vorn gefahren. Das Band läuft dann wieder vor der deshalb zurückgesetzten Frontplatte.

Eine ganz wesentliche Forderung, die die Kaltpreß-

schweißvorrichtung 1 erfüllen muß, ist die Sicherheit jeder Schweißung, d. h. jede Schweißung muß gelingen. Der Bandspeicher in der Fertigungslinie kann nicht beliebig groß gemacht werden, so daß die Zeit für eine Schweißung begrenzt ist. Eine mißglückte Schweißung

kann nicht wiederholt werden, ohne die gesamte Fertigungslinie zum Stillstand zu bringen.

Geschweißt werden soll beispielsweise ein kunststoffbeschichtetes Metallband von 50 mm Breite. Dazu wird die Kaltpreßschweißvorrichtung 1 zunächst mit den für

diese Bandbreite entsprechenden Einsätzen 50, 51 ausgerüstet. Die beiden zu schweißenden Bandenden werden in einer Zusatzeinrichtung, beispielsweise einer Schlagschere, wie man sie zum Beschneiden von Fotopapier oder ähnlichem verwendet, rechtwinklig zur

⁶S Bandrichtung beschnitten. Die Kaltpreßschweißvorrichtung 1 steht in der Fertigungslinie, die Spannbacken 14, 15 der beiden Spanneinheiten 10 sind geöffnet, ebenso die BandrücklaufsDerren 30. Der Mittenanschlag

20 befindet sich zwischen den beiden Spanneinheiten 10. Zunächst werden durch gleichzeitige Betätigung zweier Schalter — jeder Schalter muß dabei mit einer Hand betätigt werden — die beiden oberen Spannbacken 14 langsam auf Einlegesteliung abgesenkt. Diese Stellung ist erreicht, wenn die Erhebung 53 des oberen Einsatzes 50, wie er in F i g. 3 dargestellt ist, gerade die Vertiefung 52 im unteren Einsatz 51, wie F i g. 5 ihn zeigt, erreicht, so daß von vorn gesehen kein Spalt mehr zwischen den beiden Einsätzen 50, 51 besteht. Damit wird selbst bei unsachgemäßer Bedienung der Vorrichtung eine Verletzungsgefahr für das Bedienungspersonal ausgeschlossen. Anschließend werden seitlich, also in Bandrichtung, die geschnittenen Bandenden eingefädelt und bis an den Mittenanschlag 20 vorgeschoben, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Die Bandenden können dabei einzeln und nacheinander eingelegt werden. Durch Beiätigen eines weiteren Schalters für jede Spanneinheit 10 können die Spannbacken 14 jeder Spanneinheit 10 einzeln in Spannstelking gebracht werden. Dabei sind für die hier vorgeschlagene Bandbreite von 50 mm Spannkräfte von ca. 50 Kilo-Newton notwendig. Das Spannen und das anschließende Herausfahren des Mittenanschlages ist schematisch in F i g. 8 dargestellt. Die in Vorversuchen experimentell ermittelte Anzahl der Stauchhübe für eine einwandfreie Schweißung wird eingestellt. Durch das Herunterklappen einer Schutzmaske über die beiden Spanneinheiten 10 wird ein Kontakt ausgelöst, der den eigentlichen, automatisch ablaufenden Mehrfachschweißvorgang einleitet. Durch Hinauffahren der U-förmigen Gabel 41, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. werden die beiden Spanneinheiten 10 aufeinander zu bewegt. Da die Bandenden nur um Bandstärke, also etwa 0,2 mm, aus den Spannbacken 14, 15 herausragen, ist auch der Stauchweg nur so klein. Nach der ersten Stauchung ist noch keine feste Verbindung zwischen den beiden Bandenden zu erwarten, insbesondere nicht, wenn die Bandenden vielleicht etwas schräg abgeschnitten oder auf ihren Stirnflächen leicht verschmutzt waren. Beim öffnen und Zurückgleiten der Spannein- ^₀ heiten 10 könnte die erste Verbindung daher wieder aufreißen. Um das zu verhindern, sind die Bandrücklaufsperren 30 vorgesehen. Beim öffnen der Spannbacken 14, 15 nach dem ersten Stauchvorgang schließen sich gleichzeitig die Bandrücklaufsperren 30 und fixieren somit das zu schweißende Band in seiner neuen Lage. Erst dann senkt sich die U förmige Gabel 41 zur Übertragung der Stauchkraft ab, und die Federn 16 zwischen den Spanneinheiten 10 drücken diese auseinander. Dieser Vorgang ist schematisch in der Fig. 10 dargestellt. Danach wiederholt sich der Vorgang des Spannens und Stauchens so oft, wie durch die Vorwahl der Hubzahl programmiert worden ist. Zum Schluß öffnen sich Bandrücklaufsperren 30 und Spannbacken 10; das Band kann in den Spannbacken 14, 15 etwas angehoben werden, und durch Schalterbetätigung fährt die gesamte Kaltpreßschweißvorrichtung 1 nach hinten aus der Linie heraus, das Band wird abgesenkt und die Kaltpreßschweißvorrichtung 1 wieder nach vorn gefahren. Das fertig geschweißte Band läuft dann wieder in der Linie weiter.

Zum Herausnehmen des Bandes müssen die Spannbacken 14, 15 und auch die Rücklaufsperren 30 wesentlich weiter geöffnet werden als nur zum Nachgreifen beim eigentlichen Stauchprozeß. Ebenso müssen die Spanneinheiten 10 weiter auseinandergefahren werden zum Einlegen der Bänder, wenn der Mittenanschlag 20 sich dazwischen befindet. Für einen schnellen Verfahrensablauf während des mehrmaligen Stauchens ist es aber sinnvoll, die Stauch- und Spannwege möglichst zu begrenzen. Dah< r sind mechanische Schieber 19 vorgesehen, die die Wege sowohl der Spannbacken 10 als auch der Rücklaufsperren 30 als auch des Stauchkolbens 40 entsprechend begrenzen. Die in der F i g. 1 beschriebenen Fähnchen 33, 46, die mit den Kolben 40 oder den Spannbacken 31 verbunden sind und denen berührungslos arbeitende Schalter 34, 47 zugeordnet sind, zeigen den jeweiligen Stand der Spannbacken 31 usw. an. Dabei interessieren im wesentlichen drei Stellungen, einmal die geschlossene, dann die während des mehrmaligen Stauchens teilweise geöffnete und als dritte die ganz geöffnete Stellung zum Herausnehmen des Bandes. Durch eine Folgesteuerung der einzelnen Programmschritte wird ein sicherer Verfahrensablauf gewährleistet.

In diesem speziellen Anwendungsbeispiel steigert die Kalipreßschweißvorrichtung 1 die Wirtschaftlichkeit der gesamten Fertigungslinie für längswasserdichte Schichtenmanielkabel durch die Möglichkeit eines kontinuierlichen Arbeitsprozesses. Zum anderen entfall· auch der sonst recht erhebliche Teil von nicht mehl verwendbaren Bandresten. Es ist sogar möglich vorhandene oder durch andere Um;tände auftretendi Bandreste ohne großen Kostenautwand wieder zi einem vollwertigen Band zusammenzuschweißen.

Hierzu 3 HIaU /eichiumucn

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum stumpfen Kaltpreßschweißen von Drähten oder Bändern durch ein- oder mehrmaliges Stauchen, bestehend aus zwei Paaren sich gegenüberstehender Spannbacken, die zur Aufnahme des zu schweißenden Gutes entsprechende Ausnehmungen in den sich zugewandten Flächen jeden Paares aufweisen und die an den Stirnflächen Schneiden bildende, das beim Stauchen ausfließende Material aufnehmende Einkerbungen besitzen, einer Führung, durch die die Spannbacken trotz hoher nacheinander wirkender Spann- und Stauchkräfte fluchtend gegeneinander verschiebbar sind, sowie einem ein- und ausführbaren Mittenanschlag für die beiden zu schweißenden Teile, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spannen von Drähten oder insbesondere von blanken, ein- oder beidseitig kunststoffbeschichteten Metallbändern die beiden Spanneinheiten (10) seitlich in der Nähe der Schweißgutebene keilförmige Erhebungen (45) aufweisen und auf mehreren Führungen (12) verschiebbar angeordnet sind, wobei die Führungen (12) gleichzeitig zur seitlichen Versteifung der gesamten Vorrichtung (1) dienen, daß zwei separate hydraulisch angetriebene Kolben (17) und gegebenenfalls zusätzliche Hebel (18) zur Übertragung extrem hoher Spannkräfte von bis zu 7OkN vorgesehen sind, daß ein weiterer hydraulisch angetriebener Kolben (40) mit einer U-förmigen Gabel (41) verbunden ist, deren Schenkel (42) sich gleitend seitlich abstützen und an ihren oberen Innenseiten angeschrägte Flächen (44) haben, die auf den Gegenschrägen darstellenden keilförmigen Erhebungen (45) an den Spanneinheiten (10) laufen, daß sich Federelemente (16) zwischen den beiden Spanneinheiten (10) befinden und gegebenenfalls auch zwischen den Spannbacken (14, 15) jeder einzelnen Spanneinheit (10) und daß sich links neben der linken sowie rechts neben der rechten Spanneinheit (10) je eine antisynchron zur Schließbewegung der Spanneinheiten (10) arbeitende Bandrücklaufsperre (30) befindet.

2. Vorrichtung zum Kaltpreßschweißen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungen (12) für die Spanneinheiten drei Säulen vorgesehen sind, auf denen die Spanneinheiten (10) mittels spieleinstellbarer Kugelführungen (13) verschiebbar sind.

3. Vorrichtung zum Kaltpreßschweißen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen für die Soanneinheiten (10) aus mehreren Schwalbenschwanzführungen bestehen.

4. Vorrichtung zum Kaltpreßschweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (14), vorzugsweise nur die oberen jeder Spanneinheit (10), zum Band hin und in Bandrichtung U-förmig ausgebildet sind mit einer vorderen und einer hinteren Auflagefläche (55,56).

5. Vorrichtung zum Kaltpreßschweißen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen (55, 56) senkrecht zur Banunchiung gekehlt sind.

6. Vorrichtung zum Kaltpreßschweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder oberen Spannbacke (14) und/oder jeder Spanneinheit (10) und/oder jeder oberen

Bandrücklaufsperre (30) Anschläge (19) zugeordnet

sind.

7. Vorrichtung zum Kaltpreßschweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Kolben zum Spannen (17), Stauchen (40) und Festhalten in ihren Endstellungen Schalter (34, 47) zugeordnet sind.