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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen geschweißter
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Hohlprofile Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen geschweißter
gerader Hohlprofile mit gleichbleibendem Querschnitt aus rechteckigen metallischen
Zuschnitten und einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Besondere Bedeutung erlangt das Verfahren der eingangs genannten Art
-bei der Dosenherstellung, um dort das früher überwiegend angewandte Löten der Dosenrümpfe
zu ersetzen. So ist aus aerosol report 15(1976)7/8, S. 197-209 ein Verfahren zum
Schweißen von Dosenrümpfen bekannt, bei dem rechteckige Zuschnitte zunächst rundgebogen
und dann die überlappten Seiten der gebogenen Zarge zwischen einer äußeren und einer
inneren Schweißrolle hindurchgeführt werden, wobei zwischen der Zarge und den Schweißrollen
jeweils eine Flachdrahtelektrode benötigt wird.
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Bei diesem bekannten Verfahren ergibt sich an der Innenseite der geschweißten
Dosenzarge eine Kante, die nachträglich mit einem Überzug versehen werden muß, um
sie gegen das spätere Füllgut abzudecken. Außerdem stellt die erforderliche Flachdrahtelektrode
aus Kupfer ein aufwendiges Betriebsmittel dar. Ein entscheidender Nachteil einer
zur Durchführung des bekannten Verfahrens geeigneten Vorrichtung ergibt sich zudem
durch die Verwendung der inneren Schweißrolle, durch die die Verkleinerung des Durchmessers
der Hohlprofile stark begrenzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
anzugeben, mit denen ein Verschweissen der Längsnaht eines geraden Hohlprofils auch
mit sehr kleinem Querschnitt und ohne Zwischenelektrode möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zuschnitt
an seinen Längsseiten in der gleichen Richtung im wesentlichen senkrecht zur Ebene
des Zuschnitts abgekantet wird, danach entgegengesetzt zur Abkantrichtung derart
zu einer Zarge gebogen wird, daß die abgekanteten Längsseiten aneinanderstoßen,
und schließlich die durch die Abkantenden gebildete Stoßnaht der Zarge gleichmäßig
über einem Strahler hoher Leistungsdichte bewegt und verschweißt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen
beschrieben. So erlaubt z.B. die Maßnahme nach Anspruch 3, das Schweißvolumen und
damit die Schweißleistung bei sonst gleichen Abmessungen des Hohlquerschnitts kleiner
zu bemessen.
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Zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere zur Herstellung von
Dosenzargen, bietet sich die Ausrüstung eines bekannten Zargenautomaten für Dosen
an, bestehend u.a. aus einer Abkanteinrichtung, einer Biegeeinrichtung mit einem
Biegedorn und zwei beweglichen Biegebacken und einer Transporteinrichtung. Zur Lösung
der gestellten Aufgabe ist die Vorrichtung nach der Erfindung darüberhinaus mit
einem - in Transportrichtung der Zuschnitte bzw. der Zargen gesehen - hinter der
Biegeeinrichtung mit einem auf die Führung der Zargen gerichteten Strahler hoher
Leistungsdichte ausgerüstet. Vorteilhafterweise ist der Strahler als Laserkopf ausgebildet.
Es sind aber auch andere Strahler, wie z.B. ein Elektronenstrahlkopf für das erfindungsgemäße
Verfahren geeignet.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin,
daß an der Innenseite eine Kantenbildung an der Naht vermieden wird. Die Verwendung
eines Strahlers ermöglicht eine berührungsfreie Energiezufuhr von außen an die vor
dem Schweißen vorgeformte Stoßnaht. Dadurch ist praktisch keine Begrenzung des Innendurchmessers
der Hohlprofile gegeben. Durch die hohe Leistungsdichte des Strahlers ergeben sich
außerdem eine kleine Wärmeeinflußzone und ein geringer Verzug.
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Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung
zum Herstellen von Dosenzargen aus Blechzuschnitten in prinzipieller Darstellung
Fig. la eine ebensolche Vorrichtung zusätzlich mit senkrechten und waagerechten
Fräswerkzeugen Fig. 2a das abgekantete Ende eines Zuschnitts Fig. 2b die aneinanderstoßenden
Abkantenden einer vollständig gebogenen Dosenzarge Fig. 2c dieselbe Stelle wie in
Fig. 2b nach erfolgter Schweißung Fig. 3a das Abkantende eines Zuschnitts nach spanabhebender
Bearbeitung Fig. 3b die aneinanderstoßenden, bearbeiteten Abkantenden nach Fig.
3a einer vollständig gebogenen Dosenzarge
Fig. 3c dieselbe Stelle
wie in Fig. 3b nach erfolgter Schweißung Fig. 4 einen elliptischen Hohlquerschnitt
Fig. 4a einen rechteckigen Hohlquerschnitt Fig. 5 die Abkantstation während des
Transports eines Zuschnitts Fig. 5a die Abkantstation am Ende des Abkantvorgangs
Fig. 6a die Biegestation nach dem Einfahren eines abgekanteten geraden Zuschnitts
Fig. 6b die Biegestation während des Biegens einer Zarge Fig. 7 die Vorschubschienen
innerhalb des Biegedorns Fig. 8 die Vorschubschienen mit einer gefederten Klinke
in auszugsweiser Darstellung Fig. 9 den Bereich der Zargenführung hinter der Biegestation
Fig. 10 ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter Laserkopf auf einer Verstellvorrichtung
in einem teilweisen Längsschnitt.
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Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Herstellen von Dosenrümpfen
weist im wesentlichen eine Eingabeeinrichtung-1 zum Vereinzeln der Zuschnitte 2,
eine Abkanteinrichtung 3, eine Biegeeinrichtung 4 und einen Laserkopf 5 auf.
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Die Abkanteinrichtung 3 weist im wesentlichen (vgl. Fig.
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5 und 5a) ein festes Gegenwerkzeug 6, einen Niederhalter 7 und ein
Abkantwerkzeug 8 auf. Der Niederhalter 7 ist durch einen Antriebsmechanismus, der
in der Zeichnung nur durch eine Übertragungsstange 9 angedeutet ist, in einem geringen
Maße auf- und abbewegbar, wobei der Niederhalter 7 in seiner Stellung mit dem kleinsten
Abstand zum Gegenwerkzeug 6 fähig ist, durch Federwirkung einen Blechzuschnitt 2
an das Gegenwerkzeug 6 zu drücken (Fig. 5a).
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Das Gegenwerkzeug 6 und der Niederhalter 7 weisen je eine Ausnehmung
10 bzw. 11 auf.
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Das Abkantwerkzeug 8 ist durch einen Antriebsmechanismus auf- und
abbewegbar, von dem ebenfalls in der Zeichnung# lediglich eine Übertragungsstange
12 angedeutet ist. Das Abkantwerkzeug 8 weist - in Richtung des Blechzuschnitts
2 gesehen - zu dem Gegenwerkzeug einen Abstand a von im wesentlichen einer Blechdicke
auf#.
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Die Biegeeinrichtung 4 weist einen Biegedorn 13 und zwei um eine feste
Achse 14 drehbare Schwingen 15 mit je einer Biegebacke 16 auf. Die Biegebacken 16
werden durch einen Antriebsmechanismus, von dem in den Fig. 6a und 6b die Übertragungsstangen
17 angedeutet sind, jeweils aus der in Fig. 6a dargestellten Lage über dem abgekanteten,
geraden Zuschnitt 2'bis in die Lage, in der sie den Biegedorn
13
vollständig umschließen, hin und zurück bewegt.
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Zwischen dem Biegedorn 13 und der Achse 14 befindet sich eine Führungsschiene
18, die durch die Kraft von Federn 19 in Richtung auf den Biegedorn 13 gedrückt
wird. Zweckmäßigerweise weist die Führungsschiene 18 eine (nicht dargestellte) Einlaufschräge
auf.
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Von der Eingabeeinrichtung 1 bis zur Biegeeinrichtung 4 sind unmittelbar
unter der Transportebene E zwei durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus
hin und herbewegbare Vorschubschienen 20 angeordnet. Wie aus Fig.
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7 hervorgeht, weisen die Vorschubschienen einen seitlichen Abstand
voneinander auf, um eine sichere Führung der Zuschnitte zu erreichen. Die Vorschubschienen
20 sind mit sogenannten Klinken 21 bestückt, die durch jeweils eine Feder 22 nach
oben gedrückt werden. In Transportrichtung weisen sie eine senkrechte Stirnwand
23 auf, während sie von der Stirnwand 23 entgegen der Transportrichtung eine bis
unter die Transportebene E reichende Schräge 24 aufweisen. Über die Transportebene
E befinden sich - analog den Führungsschienen 18 - eine oder mehrere (nicht gesondert
dargestellte) Führungsschienen, die durch Federkraft nach unten gedrückt werden
und die ein unkontrolliertes Flattern und ein Abheben der Zuschnitte 2 bzw. 2' verhindern,
insbesondere wenn sich die Vorschubschienen 20 beim Leer- oder Rückwärtshub unter
den Zuschnitten zurückbewegen.
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Im Bereich der Biegeeinrichtung 4 sind die Transportschienen 20 im
Biegedorn 13 geführt. Ihre Oberfläche ist der Mantelfläche des Biegedorns 13 angepaßt.
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Die Transportschienen 20 weisen eine derartige Länge auf, daß die
vorderste Klinke am Ende des Vorwärtshubes bis in den Bereich mindestens einer Mitnehmerkette
reicht.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Mitnehmerketten 25 vorgesehen,
um die bereits gebogene aber noch nicht geschweißte Zarge 2" gleichmäßig zu erfassen
und damit möglichst störungsfrei zu transportieren.
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Der Biegedorn 13 erstreckt sich im wesentlichen bis zum Laserkopf
5, so daß für die Zargen 2" eine innere Führung vorhanden ist. Der Biegedorn 13
weist unmittelbar über dem Laserkopf 5 eine Ausnehmung 26 auf. Als äußere Führung
für die Zargen 2 n sind Führungen 27 vorgesehen, die unmittelbar hinter dem Bereich
der Biegebacken 16 beginnen. Um die Abkantenden 28 über dem Laserkopf 5 genau zu
positionieren, ist unmittelbar vor dem Laserkopf 5 ein Paar Führungsrollen 29 angeordnet.
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Der Laserkopf 5 enthält eine mit einer Stromquelle 32 verbundene elektromagnetische
Strahlungsquelle 33, die sich in einer Brennachse eines elliptischen Spiegels 34
befindet. In der anderen Brennachse des elliptischen Spiegels befindet sich ein
Laserstab 35, der die von der Lichtquelle 33 ausgehenden Strahlen 36 in ein Bündel
parallel ausgerichteter Strahlen 36' umlenkt, die durch ein Linsensystem 37 zu einem
Brennfleck 38 fokussiert werden. Die Lage des Werkstückes relativ zum Laserkopf
5 ist#zweckniäßigerweise so anzuordnen, daß sich die zu schweißende Stelle bzw.
Naht im Brennfleck 38 befindet.
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Da die Lage der zu schweißenden Stelle durch die Lage des Biegedorns
13 festliegt, ist der Laserkopf 5 auf einer Verstelleinrichtung 39 angeordnet. Die
Verstelleinrichtung befindet sich auf dem Maschinengestell 40.
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Sie besitzt einen durch Verstellzylinder 41 an Führungen 42 heb- und
senkbaren Hauptschlitten 43, auf dem ein durch Verstellzylinder 44 waagerecht bewegbarer
Hilfsschlitten 45 geführt ist. Der auf dem Hilfsschli: ten 45 angeordnete Laserkopf
5 ist somit in seiner Lage in allen Hauptrichtungen einstellbar.
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Zur Führung von Schutzgas ist der Laserkopf 5 mit einem Anschlußstutzen
46 versehen.
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Bei einer Weiterentwicklung des beschriebenen Ausführungsbeispiels
sind zwischen der Abkanteinrichtung 3 und der Biegeeinrichtung 4 je zwei senkrechte
und waagerechte Fräswerkzeuge 30 bzw. 31 angeordnet. Die senkrechten Fräswerkzeuge
30 sind, bezogen auf die Transportebene E in ihrer Höhe einstellbar, während der.Abstand
der beiden waagerechten Fräswerkzeuge 31 untereinander eingestellt werden kann.
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Im folgenden wird eine bevorzugte Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben.
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Die Zuschnitte 2 werden zweckmäßigerweise in gestapelten Paketen in
die Eingabeeinrichtung 1 eingegeben, dort in üblicher Weise vereinzelt und durch
die Klinken 21 der Vorschubschiene 20 der Abkanteinrichtung 3 taktweise zugeführt.
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In der Abkanteinrichtung 3 werden die Zuschnitte 2 aus ihrer in Fig.
2a strichpunktiert dargestellten ursprünglichen, ebenen Form (vgl. auch Fig. 5)
in die mit ausgezogenen Linien dargestellte abgekantete Form überführt.
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Dazu wird bei jedem Takt zunächst der Niederhalter 7 in Richtung auf
das Gegenwerkzeug 6 gedrückt und der Zuschnitt 2 dadurch festgehalten. Anschließend
wird das Abkantwerkzeug 8 betätigt, d.h. nach oben bewegt, wodurch das waagerecht
über das Gegenwerkzeug 6 hinausragende Ende des Zuschnitts 2 um das Gegenwerkzeug
gebogen - abgekantet - wird (vgl. Fig. 5a). Danach wird das Abkantwerkzeug 8 und
dann der Niederhalter 7 zurückbewegt, so daß der nun abgekantete Zuschnitt 2' mit
den Abkantenden 28 von der Vorschubschiene 20 in die Biegeeinrichtung 4 weiterbewegt
werden kann.
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In der Biegeeinrichtung 4 werden die abgekanteten Zuschnitte 2' durch
die Biegebacken 16 in entgegengesetzter Richtung zu den Abkantenden 28 um den Biegedorn
13 gebogen, so daß die Abkantenden 28 der Zuschnitte 2' aneinanderstoßen. In den
Fig. 2b und 3b sind die Zuschnitte als kreisrund gebogene Zargen 2" dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht auf kreisrunde Hohlquerschnitte
beschränkt. Es können vielmehr beliebige Hohlquerschnitte hergestellt werden; in
den Fig. 4 und 4a sind beispielsweise ein elliptischer und ein quadratischer Querschnitt
mit noch nicht geschweißter Stoßnaht dargestellt.
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Nach dem Biegen werden die Zargen 2" erneut von den Vorschubschienen
20 erfaßt und in Richtung auf den Laserkopf 5 auf dem Biegedorn 13 verschoben. Um
der Gefahr des Auffederns der gebogenen Zarge 2" zu begegnen, sind die äußeren Führungen
27 mit (nicht dargestellten) Einlaufschrägen versehen. Außerdem sollen die Führungsrollen
29 die Abkantenden 28 zusammendrücken. Den Weitertransport der Zargen 2" übernehmen
die Mitnehmerketten 25, die sie mit gleichmäßiger Geschwindigkeit über den Laserkopf
5 bewegen.
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Durch Absorbtion der vom Laserstrahl übertragen#Energie werden beide
den Stoß bildenden Abkantenden 28 der Zarge 2" gleichmäßig bis zur Schmelztemperatur
des Metalls erwärmt, so daß sich eine vollkommen symmetrische Schweißzone ergibt.
Bei einer Blechdicke s der Zarge 2" von.0,2 mm und einer Abkanthöhe ha von 0,4 mm
ergibt sich ein Querschnitt S der Schweißzone von etwa 0;13mm², Mit Hilfe der beschriebenen
senkrechten Fräswerkzeuge 30 werden die Abkantenden 28 der Zarge 2" von ihrer in
Fig. 3a mit strichpunktierten Linien dargestellten ursprünglichen Form mit der Höhe
ha auf die mit durchgezogenen Linien dargestellte Form der Abkantenden mit der Höhe
h' reduziert und außerdem mit Hilfe der waagea rechten Fräswerkzeuge 31 mn der ursptünglichen
Blechdicke s auf das Maß s' reduziert. Mit dieser Maßnahme wird der Querschnitt
S der Schweißzone sehr gering gehalten. Bei einer Blechstärke s = 0,2 mm, einer
reduzierten Abkanthöhe von h' = 0,3 mm ergibt sich ein Quer-Schweißzone von nur
0,06 mm . Außerdem wird durch diese Maßnahme die Lagegenauigkeit der Stoßnaht und
damit die Reproduzierbarkeit wesentlich verbessert.