DE2845927C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Serienproduktion von Behältern, wobei Endstücke in der Form von Deckeln oder Böden mit Behältergehäusen mit Hilfe eines stationären Hoch­ frequenzgenerators induktionsverschweißt werden, während der­ artige Gehäuse und Endstücke jeweils von getrennten Träger­ werkzeugen fixiert entlang eines Transportweges transportiert werden, wobei die Trägerwerkzeuge mit Schweißwerkzeugen ver­ sehen sind und zusätzlich die Schweißposition der Behälter­ elemente aufrechterhalten, während der Transport entlang des Transportweges fortgesetzt wird, bis im Schweißbereich eine vorgegebene Temperatur erreicht ist, die niedriger als die Schweißtemperatur ist, und schließlich die Behälter vom Trä­ gerwerkzeug abgenommen werden.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung für die Serienherstellung von Behältern, mit einem stationären Hochfrequenzgenerator, einer drehbaren Tischvorrichtung, Trä­ gerelementen und Schweißwerkzeugen, wobei die Schweißwerkzeu­ ge und die Trägerelemente entlang des Umfanges in untereinan­ der gleichen Abständen an der Tischvorrichtung angeordnet sind und mit Mitteln zum Zuführen der elektrischen Energie zu den Schweißwerkzeugen.

Das mit den vorstehend erwähnten Merkmalen versehene Verfah­ ren und auch die vorstehend erläuterte Vorrichtung sind aus der GB-PS 9 63 589 bekannt. Hierbei werden die Schweißwerkzeu­ ge jeweils für die einzelnen Stationen nacheinander mit Kon­ takten verbunden, die zwischendurch unterbrochen sind. Mit entscheidendem Nachteil muß vor jedem Wechsel von einer zur nächsten Station das Stromversorgungsgerät jeweils ausge­ schaltet werden, oder zumindest müssen die Kontakte span­ nungsfrei gemacht werden. Anderenfalls zieht man nämlich zwi­ schen den sich lösenden Kontakten und den Schweißwerkzeugen einen Lichtbogen, der zur Zerstörung oder Beschädigung der Kontakte und auch der Schweißwerkzeuge führt. Das An- und Ausschalten eines Stromversorgungsgerätes ist jedoch aufwen­ dig und lästig, und auch die Kontakte können nicht ohne wei­ teres, d. h. ohne Ausschalten des Versorgungsgerätes, span­ nungsfrei gemacht werden, da dann im Inneren des Gerätes die gleichen Probleme entstehen wie beim Lösen der Kontakte von den Schweißwerkzeugen. Derartige Schaltprobleme sind umso größer, je höher die Wechselstromfrequenz ist und stellen da­ her insbesondere beim Induktionsschweißen, d. h. mit sehr ho­ hen Frequenzen, ein schwieriges Problem dar.

Ferner ist aus der US-PS 29 03 041 eine halbautomatische Schweißmaschine zum Verbinden von Teilen miteinander bekannt. Zwar wird elektrische Energie bei dieser bekannten Vorrich­ tung über zwei kreisförmig angebrachte Leitungen neben einer Drehtischvorrichtung zugeführt, es sind aber sechs Gruppen von jeweils drei Induktionsheizspulen zusammengefaßt, und die Energie wird beim Übergang von einer zur nächsten Gruppe je­ weils abgeschaltet. Es werden Kontakte während des Betriebes in vorbestimmtem Takt geöffnet und wieder geschlossen, so daß sich die gleichen Probleme ergeben wie bei der vorgenannten Vorrichtung nach der britischen Patentschrift.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen Umschaltprobleme bei der Wechselstromversorgung von Schweißwerkzeugen an verschiedenen Arbeitsstationen nacheinander vermieden werden.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsge­ mäß dadurch gelöst, daß die für die Induktionsverschweißung erforderliche elektrische Energie den Schweißwerkzeugen kon­ tinuierlich zugeführt wird. Nachträglich erscheint diese Maß­ nahme logisch für die Vermeidung von Schaltproblemen. Der Stand der Technik hat aber diese Maßnahme nirgends angeregt, so daß erstmals durch die Erfindung die Umschaltprobleme bei der Wechselstromversorgung von Schweißwerkzeugen vermieden werden können.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn erfindungsgemäß die elektrische Energie gleichzeitig einer Gruppe von parallel geschalteten Schweißwerkzeugen zugeführt wird. Dies ist eine Parallelschaltung im Gegensatz zu der Reihenschaltung nach der vorgenannten US-PS 29 03 041. Außerdem unterscheiden sich die beiden Verfahren durch das wesentliche Merkmal der konti­ nuierlichen Zuführung der elektrischen Energie zu den Schweiß­ werkzeugen. Dies erfolgt im Falle des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens nämlich trotz der Gruppenversorgung. Diese Maßnahme erlaubt die Verbesserung der Maschinenleistung, weil der zur Verfügung stehende Raum an der Maschine dadurch besser ge­ nutzt werden kann.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mittel zum Zuführen der elektrischen Energie aus mindestens zwei Stromschienen, welche an der Tischvorrichtung angebracht sind, und aus stationär angeord­ neten Umschaltelementen bestehen, welche mit den Stromschie­ nen in Kontakt bringbar sind. Insbesondere bei kreisförmiger Anordnung der zwei Stromschienen an einer kreisförmigen, drehbaren Tischvorrichtung wird es durch die erfindungsgemä­ ßen Zuführmittel möglich, die bisherigen Umschaltprobleme zu vermeiden und eine kontinuierliche Stromzufuhr zu gewährlei­ sten.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Trägerelemente und/oder Schweißwerkzeuge axial beweglich angeordnet sind. Der Bewegungsweg der herzustellenden Behälter kann dann bei­ spielsweise längs einer Kreisbahn erfolgen, wobei die Strom­ schienen ebenfalls auf einer Kreisbahn in konstantem Abstand jeweils von den Schweißwerkzeugen verlaufen, und die Behälter können durch die axial beweglichen Werkzeuge in die richtige Position geführt, dort gehalten, mit einem Boden oder Deckel versehen, verschweißt und danach wieder geöffnet werden.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn die Stromschienen getrennt sind und in radialer Richtung be­ nachbart zu den Schweißwerkzeugen angeordnet sind und wenn die stationären Umschaltelemente in radialer Richtung außer­ halb der Stromschienen angeordnet sind. Dies ist die vorste­ hend schon angedeutete Ausführungsform, bei welcher im Falle der Kreisbewegung der Abstand zwischen den Schweißwerkzeugen und den Stromschienen konstant gehalten werden kann und den­ noch Umschaltungen möglich sind, weil die Stromschienen bei­ spielsweise elektrisch voneinander getrennt sind. Die gesamte Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann sehr kompakt aufgebaut werden, wenn die stationären Umschaltelemente ra­ dial von außen angesetzt werden.

Vorteilhaft ist es erfindungsgemäß auch, wenn die Stromschie­ nen axial übereinander an der Tischvorrichtung angeordnet sind und wenn die Umschaltelemente Kohlebürsten aufweisen. Für den einen elektrischen Pol kann dann eine beispielsweise kreisförmig angeordnete Stromschiene und für den anderen Pol axial darunter eine andere, in gleicher Weise angeordnete Stromschiene verwendet werden, an welche Kohlebürsten ange­ legt bzw. in elektrische Berührung gebracht werden können, so daß allein durch Isolierbereiche geschaltet werden kann, ohne daß mechanische Schalter bewegt werden müssen.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen kann man Maschinen mit hohen Durchsatzgeschwindigkeiten bauen. Auf den Tischvorrich­ tungen können verschiedene Arbeiten durchgeführt werden, ins­ besondere Schweißen und Kühlen. Schweiß- und Kühlperioden können mit der hier beschriebenen Vorrichtung ohne Umschalt­ probleme abwechseln, wobei die Kühlperiode eine niedrigere Temperatur am Schweißbereich und damit eine Vergleichmäßigung von Temperaturdifferenzen in der Schweißzone vorgeben. Es werden mit Vorteil Bedingungen ausgeschaltet, durch welche Deformationen oder Schrumpfungen auftreten können, wenn bei­ spielsweise Temperaturen zu hoch steigen oder zu scharf abge­ kühlt werden. Erfindungsgemäß läßt sich ein Temperaturprofil recht genau einstellen.

Dadurch, daß nach der Lehre der Erfindung immer eine Gruppe von Schweißwerkzeugen mit dem Hochfrequenzgenerator in Ver­ bindung steht, ergeben sich keine Schwierigkeiten mehr beim Abtrennen eines Paares von Schweißwerkzeugen von der elektri­ schen Verbindung zum Hochfrequenzgenerator, da die entspre­ chenden Ströme dann bereits durch andere Kontakte zu anderen Schweißwerkzeugen fließen. Es werden mit Vorteil keine Licht­ bögen gezogen, und die Kontaktbereiche bleiben sauber und un­ beschädigt, so daß der gesamte Transport- und Schweißvorgang kontinuierlich und automatisch ohne die Nachteile der bekann­ ten Geräte ablaufen kann.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschrei­ bung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Draufsicht eines Teilschnittes einer drehbaren Tisch­ vorrichtung, die einen Teil der Schweißvorrichtung bil­ det,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 schematisch eine mögliche Maschinenzelle, bei welcher die Maßnahmen anwendbar sind,

Fig. 5, 6 und 7 analoge Darstellungen wie die Fig. 1 bis 3 unter Veranschaulichung einer modifizierten ande­ ren Ausführungsform.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 10 im allgemeinen einen drehbaren Tisch, der um eine Welle 11 drehbar sein kann.

Der Tisch 10 weist eine kreisförmige obere Platte 10′ und eine Anzahl von radial sich erstreckenden Verstärkungsplatten 12 auf. Um den Umfang der Platte 10′ verläuft eine vertikale Rippe 13, und die Platten 12 sind an dieser Rippe angebracht. In gleichem Abstand längs ihres Umfangs haltert die Platte 10 eine Anzahl von Kolben/Zylindervorrichtungen 14. Der vertikal bewegbare Kolben 15 in jeder der Vorrichtungen ist mit einem Induktionsschweißwerkzeug 16 verbunden.

Dieses Werkzeug ist zum Schweißen "des oberen Endes" 17 auf einem hülsenförmigen Gehäuse 18 vorgesehen, welches Teil eines Behälters bildet, der mit "einem Boden" versehen ist. In an sich bekannter Weise hat das Werkzeug 16 eine Rohrschlei­ fe 19, die sich um das obere Ende der Hülse 18 herum erstreckt. Diese Schleife bzw. dieser Ring steht elektrisch in Verbin­ dung mit einem Paar Kupferschienen 20, 21 die sich um den Umfang des Tisches 10 herum erstrecken.

Aus Fig. 1 sieht man, daß die Schienen 20, 21 mit gleichmä­ ßigem Abstand verteilt angeordnet sind. Die Längen gleichen Abstandes sind voneinander in Bereichen 21′ von Verbindungs­ enden isoliert. Zwischen den Bereichen 21′ ist jedes Schienen­ paarsegment 20, 21 einzeln in Höhenrichtung durch die betreffen­ den Kolben/Zylindervorrichtungen 14 rückstellbar bzw. einregel­ bar. Diese Bewegung wird durch (nicht gezeigte) Führungen ge­ steuert.

Bei der dargestellten Ausführungsform haltert ein stationärer Querverteiler 22 drei Kohlebürstenpaare 23. Jede Bürste ist in einem Arm 34 montiert. Die Kohlen 23′, 23′′ (Fig. 2 und 6) werden über Schienen 24, 25 und Verbindungsplatten 26, 27 versorgt. Die Versorgung erfolgt aus einer (nicht dargestell­ ten) Hochfrequenzquelle.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie ein einzelnes Werkzeug 16 von der Kolben-/Zylindervorrichtung 14 und der Platte 10′ gestützt ist. Jede Vorrichtung 14 ist vollständig unabhängig von den übri­ gen Vorrichtungen 14 manövrierbar. Hierdurch werden das Werkzeug 16 und das Schienenpaarsegment 20, 21, welches da­ zugehört, bezüglich der Packung 17, 18 angehoben oder abgesenkt, welche von einer Halterung 28′ gestützt wird, die eine feste Position in Höhenrichtung hat.

In Fig. 4 ist schematisch eine Verpackungszeile gezeigt, wo das Schweißprinzip und die Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen sein können. Der Block 28 ist eine Auspackstation, wo einzelne Packungen ausgepackt und weiter in die Zeile zur nächsten Station 29 transportiert werden. In einem ersten Bereich dieser Station 29 werden die Böden der einzelnen Pac­ kungen entfernt. Danach werden die einzelnen Packungen ge­ waschen und weiter zu einer Füllstation 30 geführt. Danach kehren die Packungen zu der Bodenhandhabungsstation 29 zurück, wo nun die zuvor entfernten Böden montiert werden. Danach sind die einzelnen Packungen fertig, um einer Siegelstation 31 zugeführt zu werden. Diese Station 31 ist vorzugsweise dort, wo die Anordnung gemäß den Fig. 1-3 oder 5-7 eingeschlossen ist. Nachdem die Packungen in der Station 31 versiegelt worden sind, sind sie fertig, um z. B. in Retor­ ten destilliert zu werden. Eine solche Behandlung ist not­ wendig, falls die tatsächliche Packung als Konservenpackung oder Konservierungspackung verwendet werden sollte.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird die Betriebsart der dort ge­ zeigten Vorrichtung kurz beschrieben. Der Tisch 10 dreht in Richtung des Pfeiles 33 mit einer konstanten Geschwindigkeit. In einer nicht dargestellten Eingabestation werden Packungen 18, 17 jeweils in ein Werkzeug 16 eingeführt. Wenn ein Werk­ zeug 16 und der dazugehörige Schienenpaarabschnitt während seiner Drehung im Betrieb das erste Kohlebürstenpaar 23 er­ reicht, ist die Packung 17, 18 bereits in diesem Werkzeug an­ geordnet worden, wobei das Gehäuse 18 und der Deckel/Boden 17 mittels des Kolbenstangenendes 15′ relativ zueinander in einer festen Position gehalten sind. Sobald das Vorderende des Schienenpaar­ abschnittes 20, 21 das erste Kohlebürstenpaar 23 erreicht, wird die elektrische Verbindung mit dem Hochfrequenzgenerator ge­ schlossen, und die Zufuhr elektrischer Energie zu dem richti­ gen Werkzeug beginnt. Bei der gezeigten Anordnung wird die Energiezufuhr gleichzeitig in jedem Augenblick zu drei Werk­ zeugen ausgeführt, da der Abstand zwischen den drei Kohle­ bürstenpaaren zum Abstand der Schienenpaare 20, 21 gleich ge­ macht worden ist. Selbstverständlich kann man aber auch jeden anderen Abstand verwenden.

In Fig. 1 wird das Schweißen über das Schienenteil 20′′ bald beendet sein. Sobald das letzte Kohlebürstenpaar in der Drehrichtung von dem hinteren Übergangsbereich 21′ des Schienenteils 20′′ vorbeigeführt ist, wird die Energie­ versorgung zu dem Schienenteil 20′′ und damit auch zu dem zu diesem Schienenteil gehörenden Werkzeug 16 unterbrochen. In der kreisförmigen Drehbahn des Werkzeuges folgt nun ein Kühlabstand, wo die Temperatur auf ein bestimmtes unteres Niveau abgesenkt wird, während gleichzeitig die Temperatur in verschiedenen Schichten der geschweißten Teile vergleich­ mäßigt wird, z. B. in der dickeren Kunststoffschicht des Bodens 17. Dies erfolgt insbesondere, da der Boden 17 über eine solche Schicht hinaus auch eine dünne Aluminiumfolien­ schicht aufweisen kann. Wie eingangs erwähnt, ist die Haupt­ aufgabe dieses Kühlens die Verhinderung von Deformation/Schrump­ fung, insbesondere wenn der Boden/Deckel 17 einen Umfangsflansch hat. Während der gesamten Kühlphase wird das Werkzeug 16 in einer mittels des Kolbenstangenendes 15′ abgesenkten Stellung gehalten. Die Teile 17, 18 werden deshalb während der gesam­ ten Kühlphase für ein Einstellen relativ zueinander festgehal­ ten. Sobald die notwendige Kühlung erhalten worden ist, kann die Anhebebewegung des Kolbenstangenendes und des Werk­ zeuges 16 begonnen werden. Vorzugsweise erfolgt diese Anhebe­ bewegung nacheinander den ganzen Weg hoch bis zu einer (nicht dargestellten) Entleerungsstation für die Einzelteile, die jetzt fertige Packungen sind. Nach dieser Entleerungsstation folgt die zuvor erwähnte Versorgestation (die auch nicht ge­ zeigt ist) in der Drehrichtung.

Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung ist in den Fig. 5-7 gezeigt. Der Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungs­ form und der vorhergehenden besteht in der Anordnung für das Festlegen der zu verschweißenden Teile zum Einstellen. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 5-7 erhält man dies durch axial, einzeln oder gruppenweise vertikal bewegbare Armplat­ ten. Das Prinzip dürfte klar aus den Fig. 5 bis 7 unter Bezugnahme auf die vorherige Beschreibung in Verbindung mit der Ausführungsform nach den Fig. 1-3 hervorgehen. Eine Beschreibung der letztgenannten Ausführungsform wird daher im einzelnen nicht vorgenommen.

Als Alternative zu dem Energieversorgungsprinzip wird nach den Fig. 1-7 auch ein Verfahren und eine Anordnung vorge­ schlagen, wo eine induktive Übertragungstechnik benutzt wird. Im breitesten Sinne schließt dieses ein, daß die Energie für die Schweißwerkzeuge induktiv dadurch erhalten wird, daß die Ausgangsspule eines Hochfrequenzgenerators, die noch induktiv mit der Zuführspule gekoppelt ist, mit den Schweißwerkzeugen drehen gelassen wird und daß die Energieversorgung zu den einzelnen Werkzeugen in Beziehung zu Drehposition-Abfühlschal­ tern gesteuert wird.

Vorzugsweise ist die Ausgangsspule zentral um die Drehachse der Schweißwerkzeuge herum angeordnet, und für jedes Werkzeug ist ein Schalter angeordnet, der über einen bestimmten Dreh­ winkel geschlossen bzw. geöffnet ist, wobei der Schalter in dem Schaltkreis des betreffenden Schweißwerkzeuges angeord­ net ist.

Vorzugsweise kann der Schalter durch eine Kohlenscheibe oder dergleichen gesteuert werden, die in der Drehbahn des Schal­ ters angeordnet ist, oder die Steuerung kann durch ein die­ sen Schalter beeinflussenden Körper erfolgen. Die Schalter können vorzugsweise auf die Stellung empfindliche Quecksil­ berschalter sein.

Claims (6)

1. Verfahren für die Serienproduktion von Behältern (17, 18), wobei Endstücke (17) in der Form von Deckeln oder Böden mit Behältergehäusen (18) mit Hilfe eines stationären Hochfrequenzgenerators (60) induktionsverschweißt werden, während derartige Gehäuse (18) und Endstücke (17) jeweils von getrennten Trägerwerkzeugen (15′, 16, 28′) fixiert entlang eines Transportweges transportiert werden, wobei die Trägerwerkzeuge (15′, 16, 28′) mit Schweißwerkzeugen (16) versehen sind und zusätzlich die Schweißposition der Behälterelemente (18) aufrecht erhalten, während der Transport entlang des Transportweges fortgesetzt wird, bis im Schweißbereich eine vorgegebene Temperatur erreicht ist, die niedriger als die Schweißtemperatur ist, und schließlich die Behälter (18) vom Trägerwerkzeug (15′, 16, 28′) abgenommen werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die für die Induktionsverschweißung erforderliche elektrische Energie den Schweißwerkzeugen (16) kontinuierlich zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie gleichzeitig einer Gruppe von parallel­ geschalteten Schweißwerkzeugen (16) zugeführt wird.

3. Vorrichtung für die Serienherstellung von Behältern (18), mit einem stationären Hochfrequenzgenerator (60), einer drehbaren Tischvorrichtung (10), Trägerelementen (15′) und Schweißwerkzeugen (16), wobei die Schweißwerkzeuge (16) und die Trägerelemente (15′) entlang des Umfangs in unter­ einander gleichen Abständen an der Tischvorrichtung (10) angeordnet sind und mit Mitteln (20, 21) zum Zuführen der elektrischen Energie zu den Schweißwerkzeugen (16), da­ durch gekennzeichnet, daß die Mittel (20, 21) zum Zuführen der elektrischen Energie aus minde­ stens zwei Stromschienen, welche an der Tischvorrichtung (10) angebracht sind, und aus stationär angeordneten Um­ schaltelementen (20-23) bestehen, welche mit den Strom­ schienen (20, 21) in Kontakt bringbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente (15′, 16, 28′) und/oder Schweißwerkzeu­ ge (16) axial beweglich angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stromschienen (20, 21) getrennt sind und in radialer Richtung benachbart zu den Schweißwerkzeu­ gen (16) angeordnet sind und daß die stationären Umschalt­ elemente (22, 23) in radialer Richtung außerhalb der Stromschienen (20, 21) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stromschienen (20, 21) axial über­ einander an der Tischvorrichtung (10) angeordnet sind und daß die Umschaltelemente Kohlebürsten (23) aufweisen.