DE2606235A1

DE2606235A1 - Cold pressure welding of metal wire or strip - using two pairs of clamps located on flexible mountings

Info

Publication number: DE2606235A1
Application number: DE19762606235
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Phil Katzschner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-02-13
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1977-08-18

Abstract

Device for cold press butt welding of wore or strip by one or more upsetting operations. The two workpieces are each held in a pair of clamps, and the ends of each pair facing each other have recesses into which the upset material can flow. The improvement is that each pair of clamps is mounted on two stiff metal sheets, the width of the sheets being at 90 degrees to the direction of travel of the workpieces. The top ends of the sheets are welded to the clamps, whereas the bottom ends of the sheets are welded to the machine bed. Each clamp is fitted with a U-shaped arm carrying a hydraulic cylinder with a piston actuating the upper half of each pair of clamps. Used e.g. for the cold pressure welding of Al or Cu, e.g. for electric cables.

Description

Vorrichtung zum stumpfen Kaltpreßschweißen von Drähten oder BändernDevice for butt cold pressure welding of wires or strips

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum stumpfen Kaltpreßschweißen von Drähten oder Bändern durch ein oder mehrmaliges Stauchen , bestehend aus zwei Pauren gegenüberstehender Spannbacken, die zur Aufnahme des zu schweißenden Gutes entsprechende Ausnehmungen in den sich zugewendten Flächen jedes Saures aufweisen, und die an den Stirnflä.-chen Schneiden bildende, das beim Stauchen ausfließende Material aufnehmende Einkerbungen besitzen, einer Führung für die Spannbacken, einem schwenkbaren Mittenanschlag, sowie einer Einrichtung zur Ubertragung der hohen Spann- und Stauchkräfte.The invention relates to a device for butt cold pressure welding of wires or bands by upsetting one or more times, consisting of two Pauren opposing clamping jaws, which are used to hold the material to be welded have corresponding recesses in the facing surfaces of each acid, and the cutting edge at the end faces, the one flowing out during upsetting Have material receiving notches, a guide for the jaws, a pivotable center stop, as well as a device for transmitting the high clamping and upsetting forces.

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 beim Ziehen von Drähten vorteilhaft, weil damit endlos gefertigt werden kann.In the most diverse areas of technology it is for maintenance a continuous manufacturing process necessary, wire or tape ends fixed to connect with each other. Must these connection points have approximately the same properties as have the remaining material, the ends must be welded. For example this is advantageous when pulling wires because they can be used to manufacture endless can.

Einige Materialien, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, besitzen Fließeigenschaften, die ein Schweißen ohne Wärmezufuhr er möglichen.Some materials, such as aluminum or copper, possess Flow properties that allow welding without the need for heat.

Beim stumpfen Kaltpreßschweißen von Drähten oder Bändern ist es bekannt, die Enden der miteinander zu verbindenden Werkstücke zwischon zwei Paaren von Spannbacken so einzuklemmen, da2 die Enden etwa um Materialdicke über die Stirnfläche der Spannbackenpaare hinausragen und anschließend die beiden Spanneinheiten unter so hohem Druck gegeneinander zu pressen, daß es zu einem Fließen des Materials in den Werkstücken kommt (US-PS 3 093 108), Durch das geringe Überstehen der Draht- oder Backenenden wird speziell bei dünnen Werkstücken ein seitliches Auswandern dieser Werkstücke verhindert. Der bei einem einzigen Stauchvorgang erzielte Materialfluß reicht dabei nicht aus, um eine sichere Schweißung zu erzielen.When butt cold pressure welding of wires or strips, it is known the ends of the workpieces to be connected between two pairs of clamping jaws To be clamped in such a way that the ends are about the thickness of the material above the end face of the pairs of clamping jaws protrude and then the two clamping units against each other under such high pressure to press so that it becomes a flowing of the Materials in the workpieces comes (US-PS 3,093,108), due to the small protrusion of the wire or jaw ends Especially with thin workpieces, these workpieces will migrate to the side prevented. The material flow achieved in a single upsetting process is sufficient not enough to achieve a secure weld.

Der Stauchvorgang muß daher mehrmals wiederholt werden (US-PS 3 093 108). Um das bei diesem wiederholten Stauchen seitlich eusfließende Material aufnehmen und abtrennen zu können, sind bekannterweise die Spannbacken mit Schneiden bildenden Ausnehmungen versehen.The upsetting process must therefore be repeated several times (US Pat. No. 3,093 108). In order to absorb the material flowing out laterally during this repeated upsetting and to be able to separate, are known to form the clamping jaws with cutting edges Provided recesses.

Die Schwcißbacken jeder SpPnneinheit besitzen in den sichzugewandten Flächen den zu schweißenden Werkstücken entsprechende Ausnch mungen.The Schwcißbacken each SpPnneinheit have in the facing Surfaces corresponding to the workpieces to be welded.

Zum wiederholten Stauchen müssen die Spannbacken geöffnet werden und in die Ausgangsstellung zurtickkellren. Um dabei besonders bei den ersten Stauchungen ein Aufreißen der Schweißstellen zu verh inderen, sind hinter den beiden. @panneinheiten Rücklaufsperren angeordnet ((tB--PS 1 C85 t26). Diese Rücklaufaperren arbeiten antisynchron zu den eigentlichen Spanneinheiten.For repeated upsetting, the clamping jaws must be opened and back to the starting position. To do this, especially with the first compressions to prevent the welds from tearing open are behind the two. @ clamping units Backstops arranged ((tB - PS 1 C85 t26). These backstops work antisynchronously to the actual clamping units.

Die erforderlichen Spann- und Stauchkräfte können separat erzeugt werden. Dazu sind bereits separate hydraulisch angetriebene Kolben und gegebenenfalls zusätzliche Hebel vorgeschlagen.The required clamping and upsetting forces can be generated separately will. For this purpose there are already separate hydraulically driven pistons and possibly suggested additional levers.

Die bisher bekannten Vorrichtungen eignen sich hauptsächlich zum Kaltpreßschweißen von Drähten qder Stangen und in geringerem Maße auch zum Schweißen von Werkstücken rechteciigcn Querschnittes, bei dem das Seitenverhältnis nicht allzu groß ist. Weiterhin handelt es sich stets um an der Oberfläche blanke Materialien, die sich renativ gut einspannen lassen.The previously known devices are mainly suitable for cold pressure welding of wires q of the bars and, to a lesser extent, for welding workpieces rectangular cross-section in which the aspect ratio is not too large. Farther It is always materials that are bare on the surface and that are renativ let it rest well.

Bei der Herstellung von Schlichtenmantelkabeln wird die Kabelseele direktevon einem längs einlaufen den Aluminiumband umgeben. Dieses Band ist beidseitig mit einem Polyäthylenkopelymerisat beschichtet.The cable core is used in the manufacture of plain sheathed cables directly surrounded by an aluminum strip running in lengthways. This tape is double-sided coated with a polyethylene copolymer.

Zur Erzielung eines kontinuierlichen Kabelfertigungsprozesses ist es erforderlich, das Ende eines Aluminiumbandes an den Anfang des nachfolgenden anzuschweißen. Die Schweißstelle muß dabei mit möglicht großer Näherung die gleichen Eigenschaften wie das übrige Band besitzen. Die vervrendeten Aluminiumbänder haben dabei nur eine Dicke von 0,2 mm bei einer Breite von mehreren Zentimetern. Die Beschichtung auf jeder Seite ist etwa 50 z dick.To achieve a continuous cable production process is it required the end of an aluminum tape to the beginning of the subsequent one to be welded on. The welding point must be possible greater Approximately have the same properties as the rest of the band. The wasted ones Aluminum strips are only 0.2 mm thick with a width of several Centimeters. The coating on each side is about 50z thick.

Es ist bereits eine Einrichtung vorgeschlagen, mit der derartige kunststoffbeschichtete Metallbänder mit diesem extremen Breiten-Dicken-Verhältnis von 250 : 1 und sogar noch mehr einwandfrei geschweißt werden können. Trotz der notwendigen hohen Spann- und Stauchkräfte muß für derartige Kaltpreßschweißungen sichergestellt sein, daß der Höhenversatz nach dem Schweißen der Bänder über die ganze Bandbreite nicht mehr als 0,01 mm beträgt. Diese Toleranzanforderungen erfordern exakte Führungen für die Spanneinheiten. Es sind bereits spieleinstellbare Kugelführungen, die auf mehreren Säulen verschiebbar sind, sowie Schwalbenschwanzführungen vorgeschlagen worden.A device has already been proposed with which such plastic-coated Metal strips with this extreme width-to-thickness ratio of 250: 1 and even can be welded even more flawlessly. Despite the necessary high tension and upsetting forces must be ensured for such cold pressure welds that the height offset after welding the bands over the whole band width no longer than 0.01 mm. These tolerance requirements require precise guides for the clamping units. There are already play-adjustable ball guides on several Columns are slidable, as well as dovetail guides have been proposed.

Es ist bei derartigen Führungen notwendig, die Präzision der gleitenden Teile durch große Genauigkeit bei der Verarbeitung und durch entsprechend schwere Konstruktionen und Halterungen zu erzielen. Da der notwendige Stauchhub der Spanneiriheiten bei dem Kaltpreßschweißen derartiger dünner Bänder theoretisch je Spanneirilleit nur 0,2 mm ist und auch praktisch unter Berücksichtigung eines gewissen Spieles und der zusätzlichen Einführung eines Mittenanschlages nicht größer als 0,4 bis 0,5 mm sein muß, ist diese Führung in gleitenden Teilen eine enorm aufwendige, viel Platz beanspruchende und teuere Angelegenheit.It is necessary with such guides, the precision of the sliding Parts due to great accuracy in processing and correspondingly heavy To achieve constructions and supports. Since the necessary compression stroke of the span units in the cold pressure welding of such thin strips theoretically per spanirilleit is only 0.2 mm and is also practical, taking into account a certain amount of play and the additional introduction of a center stop no greater than 0.4 to Must be 0.5 mm, this guide in sliding parts is an enormously complex, much Space-consuming and expensive business.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache, Kosten sparende Führung für die Spanneinheiten anzugeben, durch deren Einsatz auch ein-oder beidseitig kunststoffbeschichtete Metallbänder mit extrem großem Breiten-Di ckenverhältnf s ohne Höhenversatz sicher geschweißt werden können.The object of the invention is to provide a simple, cost-saving guide to be specified for the clamping units, through their use also plastic-coated on one or both sides Metal strips with extremely large width-to-thickness ratios are safe without any height offset can be welded.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Führung ftlr jedes Spannbackenpaar aus zwei steifen, mit ihren Flächenormalen parallel zur Banddurchlaufrichtung liegenden Metallbändern besteht, die an einem Ende fest in der Vorrichtung verankert sind, z.B.According to the invention, this object is achieved in that the guide For each pair of clamping jaws, two rigid ones, with their surface normals parallel to the Consists of metal strips lying in the direction of travel, which are firmly in at one end anchored to the device, e.g.

durch Schweißen, und am anderen Ende fest mit einer Spannbacke verbunden sind, z.B. ebenfalls durch Schweißen, und daß an dieser Spannbacke seitlich ein starrer, etwa halbkreis- oder U-förmiger Bügel befestigt ist, der an seinem anderen Ende einen hydraulisch angetriebenen Kolben zur Ubertragung der Spannkräfte sowie die andere Spannbacke trägt.by welding, and firmly connected to a clamping jaw at the other end are, e.g. also by welding, and that on the side of this clamping jaw rigid, approximately semicircular or U-shaped bracket is attached to its other End of a hydraulically driven piston to transfer the clamping forces as well the other jaw carries.

Es wird also vorgeschlagen, die Spannbacken mittels einer Doppelmembranführung zu lagern. Hierbei besteht diese Doppelmembran aus jeweils zwei steifen Metallbändern, die an einem Ende in der Vorrichtung und am anderen Ende mit einer Spannbacke verschweißt sind.It is therefore proposed to use a double membrane guide for the clamping jaws to store. This double membrane consists of two rigid metal strips each, which is welded at one end in the device and at the other end with a clamping jaw are.

In ihrer Ebene sind diese Metallbänder oder -platten so steif, daß sie praktisch nicht ausweichen können. Senkrecht zur Ebene, also parallel zur Banddurchlaufrichtung und damit auch zur Stauchrichtung, kann mit diesen Platten oder Bändern durch elastische Biegung ohne weiteres ein Hub von 0,5 mm erzielt werden. Die auf diese Weise erzielte Führung jeder Spannbacke, die mit diesem Metallbänderpaar fest verbunden ist, ist praktisch spielfrei, somit von höchster Präzision, einfach herzustellen und damit kostengünstig. Als weiteren großen Vorteil liefert diese Doppelmembranführung außerdem gleichzeitig die notwendige Rückstellkraft durch die Federung der Bänder, sie erspart also weitere ansonsten notwendige Konstruktionselemente.In their plane, these metal strips or plates are so stiff that they can practically not evade. Perpendicular to the plane, i.e. parallel to the direction of belt travel and thus also to the direction of compression, can be made with these plates or tapes by elastic Bending can easily be achieved a stroke of 0.5 mm. Which scored in this way Management of each clamping jaw, which is firmly connected to this pair of metal bands, is practically free of play, thus of the highest precision, easy to manufacture and thus inexpensive. This double membrane guide also provides a further major advantage at the same time the necessary restoring force through the suspension of the belts, which saves them so other otherwise necessary construction elements.

Durch den seitlichen Bügel, an dem der Spannzylinder und die andere Spannbacke befestigt sind, wird erreicht, daß die Bänder nach dem Schweißen durch Zurückfahren der gesamten Vorrichtung aus dieser herausgenommen werden können, ohne die eigentliche Arbeitslinie zu verlassen.Through the side bracket on which the clamping cylinder and the other Clamping jaw are attached, it is achieved that the bands through after welding Retraction of the entire device can be removed from this without to leave the actual working line.

In einem Ausführungsbeispiel wird der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Dabei zeigen die beiden Figuren 1 und 2 die Vorrichtung in Vorder- und in Seitenansicht.In one embodiment, the basic structure of the invention Device explained. The two FIGS. 1 and 2 show the device in FIG Front and side views.

In der Figur 1 ist die Vorrichtung 1 zum stumpfen Kaltpreßschweißen in Vorderansicht dargestellt, wobei der besseren Übersicht halber auf erfindungsunwesentliche Merkmale verzichtet wurde. Die Vorrichtung 1 besitzt ein Fundament 2. Auf diesem Fundament 2 stehen zwei aus steifen Metallbändern 6 bestehende Doppelmembranführungen 3, die an ihrer Unterseite mit dem Fundament 2 verschweißt sind. Am oberen Ende sind die beiden Bänder 6 jeder Doppelmembranfuhrung 3 an eine Spannbacke 4 angeschweißt. Der Abstand der Spannbacken 4, oder genauer gesagt der Abstand der auswechselbaren Einsätze 5 in diesen Spannbacken 4 beträgt etwa 0,5 mm . Wie in der Figur 1 dargestellt, ragen die Einsätze 5 etwas über die eigentlichen Spannbacken 4 hinaus, so daß bei unterschiedlichen Materialstärken durch diese über die Spannbacken 4 hinausragende Länge der eigentliche Stauchabstand variiert werden kann. Die steifen Metallbänder 6 für die Doppelmembranführung 3 müssen aus einem federelastischen Material beispielsweise Federstahl, bestehen und so dick sein, daß sie trotz der großen Stauchdrücke, die bespielsweise zum Stauchen von beschichteten Metallbändern in der Größenordnung 1000 N/mm2 liegen können und der hohen Spannkräfte, die je nach Bandbreite bis zu 70 KN betragen können, in ihrer Ebene nicht ausweichen. Die Höhe der Doppelmembranführungen 3, d.h. der Abstand zwischen Fundament 2 und unterer Spannbacke 4, muß so gewählt werden, daß durch elastische Biegung der Doppelmembranführung 3 der zum Stauchen notwendige Hub ohne große zusätzliche Kräfte erzielt werden kann. Mit jeder unteren Spannbacke 4 ist seitlich, in der Darstellung der Figur 1 an der Rückseite ein etwa U-förmiger starrer Bügel 8 fest verbunden, der an seinem oberen Schenkel den Spannzylinder 9 sowie die jeweils obere Spannbacke 10 trägt. In der Figur 1 ist die linke Spanneinheit, die ein Spiegelbild der rechten ist, nur teilweise dargestellt. Die beiden Pfeile 11, 12 geben die Bewegungsrichtung der Doppelmembranführungen 3 und damit der Spanneinheiten, also die Hubrichtung wieder, während der Pfeil 15 die Bewegungsrichtung des Spannzylinders 9 angibt. Das zu schweißende Band 14 reicht um etwa Materialstärke über die Einsätze 5 in den Spannbacken hinaus. Die Stauchzylinder sind ebenso wenig wie die Rücklaufsperren oder der ein- und ausschwenkbare Mittenanschlag dargestellt.In the figure 1, the device 1 is for butt cold pressure welding Shown in a front view, for the sake of clarity on what are not essential to the invention Features was waived. The device 1 has a foundation 2. On this foundation 2 are two double membrane guides made of rigid metal strips 6 3, which are welded to the foundation 2 on their underside. At the upper end the two bands 6 of each double membrane guide 3 are welded to a clamping jaw 4. The distance between the clamping jaws 4, or more precisely the distance between the interchangeable ones Inserts 5 in these jaws 4 is about 0.5 mm. As shown in Figure 1, the inserts 5 protrude slightly beyond the actual clamping jaws 4, so that at different material thicknesses due to these protruding beyond the clamping jaws 4 Length of the actual compression distance can be varied. The stiff metal straps 6 for the double membrane guide 3 must be made of a resilient material, for example Spring steel, and be so thick that they can be used in spite of the large compression pressures that for example for upsetting coated metal strips in the order of magnitude 1000 N / mm2 and the high clamping forces, which, depending on the bandwidth, can be up to 70 KN, do not evade in their plane. The height of the double membrane guides 3, i.e. the distance between the foundation 2 and the lower clamping jaw 4, must be selected in this way be that by elastic bending of the double membrane guide 3 of the for upsetting necessary stroke can be achieved without large additional forces. With every lower one Clamping jaw 4 is on the side, in the illustration of Figure 1 on the back approximately U-shaped rigid bracket 8 firmly connected to the clamping cylinder on its upper leg 9 as well as the respective upper clamping jaw 10 carries. In the figure 1 is the left clamping unit, which is a mirror image of the right, only partially shown. The two arrows 11, 12 indicate the direction of movement of the double membrane guides 3 and thus of the clamping units, so the stroke direction again, while the arrow 15 the direction of movement of the clamping cylinder 9 indicates. The band 14 to be welded extends about the thickness of the material over the inserts 5 into the jaws. The upsetting cylinders are just as little as the backstops or the center stop that can be pivoted in and out is shown.

Ebenso ist es denkbar, vor dem Einlegen der Bänder die beiden Spanneinheiten durch ein zusätzliches Federglied etwas auseinanderzudrücken, um ein Einschwenken eines Mittenanschlages zu erleichtern.It is also conceivable to remove the two tensioning units before inserting the straps to be pushed apart a little by an additional spring link in order to pivot a center stop to facilitate.

Wird dann nach dem Einlegen und Spannen der Mittenanschlag entfernt und die Federkraft rückgängig gemacht, so bewegen sich die beiden Spanneinheiten bereits soweit aufeinander zu, daß sich die Bänder nahezu berühren.The center stop is then removed after inserting and tensioning and the spring force is reversed, the two clamping units move already so far towards each other that the ligaments almost touch.

In der Figur 2 ist die gleiche Vorrichtung 1 in Seitenansicht dargestellt. Zu sehen ist wiederum das Fundament 2, eine Doppelmembranführung 3, die untere und obere Spannbacke 4, 10 einer Spanneinheit mit den beiden Einsätzen 5 sowie ein zu schweißendes Band 14.In the figure 2, the same device 1 is shown in side view. The foundation 2, a double membrane guide 3, the lower and the lower one can again be seen upper clamping jaw 4, 10 of a clamping unit with the two inserts 5 and a too welding tape 14.

In dieser Seitenansicht ist deutlich der fest mit der unteren Spannbacke 4 verbundene U-förmige Bügel 8 zu sehen, an dessen oberen Schenkel der Spannzylinder 9 und an diesem die obere Spannbacke 10 befestigt sind. Die Pfeilrichtung 13 gibt wieder die Bewegungsrichtung des Spannzylinders 9 an. Die Form der Einsätze 5 in den Spannbacken 4, 10 garantiert eine gute Führung des zu schweißenden Materials.In this side view, the one firmly attached to the lower jaw is clearly visible 4 connected U-shaped bracket 8 can be seen, on the upper leg of the clamping cylinder 9 and on this the upper clamping jaw 10 are attached. The direction of arrow 13 gives the direction of movement of the clamping cylinder 9 again. The shape of the inserts 5 in the clamping jaws 4, 10 guarantees good guidance of the material to be welded.

Um die Doppelmembranführungen 3 von dem Gewicht der auf ihnen ruhenden Spannbacken 4, 10, Bügel 8 und Spannzylinder 9 zu befreien, ist es ebenfalls möglich, die gesamte Vorrichtung 1 praktisch auf dem Kopf stehend zu betreiben; d.h. die Doppelmembranführungen 3 sind an einem starren, ausreichend massiven oberen Teil des Gehäuses angeschweißt; dann hängt an ihnen die obere Spannbacke und durch den in diesem Falle an dieser seitlich befestigten Bügel die untere Spannbacke mit einem Spannzylinder. An der eigentlichen Funktion der Vorrichtung ändert sich dadurch nichts. Da der Stauchhub nur durch elastische Biegung der Doppelmembranführungen 3 zustande kommt, ist keine zusätzliche Rückstellkra£t für die Führung notwendig. Durch Entspannen der Stauchzylinder gehen die Spanneinheiten auf ihren Führungen selbständig in die Ausgangslage zurück.To the double membrane guides 3 from the weight of the resting on them To free clamping jaws 4, 10, bracket 8 and clamping cylinder 9, it is also possible to operate the entire device 1 practically upside down; i.e. the Double membrane guides 3 are on a rigid, sufficiently massive upper part welded to the housing; then the upper jaw hangs on them and through the In this case, the lower jaw with a bracket attached to this side Clamping cylinder. This changes the actual function of the device nothing. Since the compression stroke only occurs through elastic bending of the double membrane guides 3 comes about, no additional restoring force is necessary for the guide. By releasing the compression cylinder, the clamping units go on their guides independently return to the starting position.

Gegebenenfalls erweist sich ein Dämpfungsglied als vorteilhaft, um bei diesem Zurückfedern ein Durchschwingen der Spanneinheiten zu verhindern.If necessary, an attenuator proves to be advantageous in order to to prevent the clamping units from swinging through during this springing back.

2 Figuren 1 Patentanspruch L e e r s e i t e2 Figures 1 claim L e r s e i t e

Claims

Device for butt cold pressure welding of wires or bands by compressing one or more times, consisting of two pairs opposing clamping jaws that correspond to the reception of the material to be welded Have recesses in the facing surfaces of each pair, and the on cutting edges forming the end faces, absorbing the material flowing out during upsetting Have notches, a guide for the pairs of clamping jaws, a pivotable one Center stop as well as a device for transmitting the high clamping and upsetting forces, characterized in that the guide for each pair of clamping jaws (4, 10) consists of two stiff, with their surface normals lying parallel to the direction of belt travel Metal bands (6) are made, which are firmly anchored at one end to the device (1) are, e.g. by welding, and are firmly connected to a clamping jaw (4) at the other end are e.g.

also by welding, and that on this clamping jaw (4) laterally a rigid, approximately semicircular or U-shaped bracket (8) is attached to his at the other end a hydraulically driven piston (9) for transmitting the clamping forces as well as the other jaw (io) carries.