DE4439357C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einseitenschweißen von Stumpfnähten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einseitenschweißen von Stumpfnähten von nebeneinanderliegenden Blechplatten.

In der DE-OS 23 25 059 ist ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterpulverschweißen von Stumpfnähten von neben­ einanderliegenden Blechplatten beschrieben, bei dem mit einem oder mehreren Schweißlichtbogen, die entlang einem vorgegebenen Weg in Schweißrichtung bewegt werden, geschweißt wird. Die Blechplatten sind dabei mit einem Luftspalt für die Schweißnaht über einer Schweißbadsicherung fixiert. Neben der Schweißbadsi­ cherung ist für die Ausbildung der Naht die vorgesehene Naht­ geometrie entscheidend. In Abhängigkeit von der Blechdicke wer­ den bestimmte Nahtformen bzw. Nahtgeometrien festgelegt. Beson­ dere Bedeutung kommt dabei der Spaltbreite zu, die innerhalb einer geringen Toleranz über die gesamte Schweißnahtlänge zu garantieren ist. In Abhängigkeit der Blechdicken kann die Spalt­ breite ein Maß von 0 bis 4 mm aufweisen. Zusätzlich zur vorgege­ benen Spaltbreite ist eine enge Toleranz einzuhalten. Diese Problematik ist bereits beim Auslegen der einzelnen Blechplatten zu beachten. Die Spaltbreite ist über die gesamte Länge der Schweißnaht, auch während des Schweißprozeßes, zu garantieren, d. h. die Dehnungen bzw. Schrumpfungen des zu verschweißenden Materials sind weitgehendst zu kompensieren.

Bisher ist es üblich, den erforderlichen Luftspalt durch das Aufbringen hoher Druckkräfte auf die zu verschweißenden Blech­ platten und mit Heftraupen, die mittels Hand geschweißt werden, zu gewährleisten. Dazu werden die einzelnen zu verschweißenden Blechplatten auf einem Vorbereitungsplatz ausgelegt und unter Verwendung verschiedener Vorrichtungen gegeneinander ausgerich­ tet. Zur Gewährleistung des erforderlichen Luftspaltes bereits beim Heftprozeß werden anschließend die benachbarten Blechplat­ ten durch Magnete oder mechanische Hilfsmittel, wie z. B. Knag­ gen, festgesetzt. Danach erfolgt das Heftschweißen per Hand. Nach Beendigung dieses Arbeitsganges wird das aus mindestens zwei Blechplatten bestehende Paneel in die Schweißstation zum Einseitenschweißen transportiert.

Zum Andrücken und Fixieren von miteinander zu verschweißenden plattenförmigen Werkstücken sind in der DE 42 42 102 A1 und der EP 0 622 152 A1 von oben und/oder von unten wirkende Andrückme­ chanismen die autonom oder zusammen vertikal verstellbar sind, beschrieben.

Es sind auch Schweißstationen bekannt, bei denen die vorgenann­ ten Arbeitsgänge so wie beschrieben in dieser mit durchgeführt werden. Als Schweißstation findet ein feststehendes Schweißpor­ tal Anwendung, das quer zur Fließrichtung der Paneele angeordnet ist und im wesentlichen aus einem höhenverfahrbaren Unterträger, mit einer Reihe von paarweise angeordneten Pratzen, die von unten mit der Blechplatte in Wirkungsverbindung stehen, sowie einem Oberträger, mit einer Reihe von paarweise angeordneten Druckstempeln zur Erzeugung eines Anpreßdruckes von oben auf die Blechplatte, besteht.

Bei diesem bekannten Verfahren haben sich insbesondere die zum Heftschweißen erforderlichen Arbeitsgänge als sehr zeitaufwendig und damit als nachteilig herausgestellt. Die beschriebene Schweißstation weist außerdem eine Reihe von weiteren Nachteilen auf. So bilden der Unterträger und die von unten in Wirkverbin­ dung mit den Blechplatten stehenden Pratzen im wesentlichen eine starre Einheit. Damit ist eine gleichmäßige Druckkraftverteilung nicht gewährleistet. Beim Schweißen von kurzen Blechen müssen im Bereich der unwirksamen Druckstempel Distanzbleche zwischen Druckstempel und unteren Pratzen manuell ausgelegt werden. An­ sonsten werden die Druckstempel und Pratzen beschädigt. Außerdem sind auftretende Winkelschrumpfungen im Schweißnahtbereich nicht sicher beherrschbar. Es machen sich Richtarbeiten in einem nach­ folgenden Arbeitsgang erforderlich. Das Verschweißen unter­ schiedlicher Blechplattendicken ist nur durch den Einsatz von zusätzlichen Distanzblechen möglich.

Die Anordnung und Steuerung der oberen Druckstempel in anderen bekannten Schweißportalen läßt nur eine gleichmäßige Druckbela­ stung zu. Damit wird unabhängig vom jeweiligen erforderlichen Druckbedarf immer der installierte Höchstdruck erzeugt.

Aus der JP 62-183 966 A ist es bekannt, vor dem Einseiten­ schweißen die miteinander zu verschweißenden Blechplatten mit­ tels eines definierten Anpreßdruckes in einer der zu erwartenden Winkelschrumpfung entsprechenden Stellung zu fixieren, wobei diese Fixierung während des gesamten Schweißprozesses aufrech­ terhalten bleibt und wobei der Anpreßdruck während des Schweiß­ prozesses entlang der Schweißnaht und des noch nicht geschweiß­ ten Teiles erforderlichenfalls veränderbar ist. Dieses Verfahren wird bisher nur beim TIG-Automatikschweißen für dünne Bleche angewandt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einseitenschwei­ ßen von Stumpfnähten und eine Vorrichtung zum Einseitenschweißen von Stumpfnähten zu schaffen, bei dem bei Einhaltung des gefor­ derten Luftspaltes der Schweißnaht ein manuelles Heftschweißen entfällt.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Einseitenschweißen von Stumpfnähten von nebeneinanderliegenden Blechplatten, wobei diese mit einem vorgegebenen Luftspalt für die Schweißnaht in einer Schweißstation über einer Schweißbadsicherung fixiert sind und das Einseitenschweißen mittels UP-Technik durchgeführt wird, dadurch gelöst, daß vor dem UP-Schweißen die miteinander zuver­ schweißenden Blechplatten mittels eines definierten Anpreßdruc­ kes in einer der zu erwartenden Winkelschrumpfung entsprechenden Stellung fixiert werden und diese Fixierung während des gesamten Schweißprozesses aufrechterhalten bleibt, wobei der Anpreßdruck während des Schweißprozesses entlang der Schweißnaht und des noch nicht geschweißten Teiles erforderlichenfalls veränderbar ist und das UP-Einseitenschweißen der Stumpfnaht mit einer, durch einen in einem wählbaren Abstand vor dem UP-Schweißwagen separat angetriebenen MIG/MAG-Schweißwagen, teilautomatisch eingebrachten Heftnaht erfolgt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, in Form eines quer zur Fließrichtung der Blechplatte angeordneten feststehen­ den Schweißportals, das im wesentlichen aus zwei gegenüberliegen­ den Stützen besteht, zwischen denen ein Oberträger mit der Schweißtechnik und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Anpreß­ druckes von oben auf die zu verschweißenden Blechplatten sowie ein höhenverfahrbarer Unterträger mit Einrichtungen, die von unten mit den Blechplatten in Wirkungsverbindung stehen und den Anpreßdruck in das Fundament des Schweißportales einleiten, angeordnet sind, wird gemäß der Erfindung derart ausgestaltet, daß der Oberträger längs geteilt und zwischen den beiden Teilen des Oberträgers der in Längsrichtung verfahrbare UP-Schweißwagen und ein in Schweißrichtung in einem wählbaren Abstand vor dem UP-Schweißwagen separat angetriebener MIG/MAG-Schweißwagen an­ geordnet sind und daß an jedem Teil des Oberträgers eine An­ drückmechanik zur Erzeugung des Anpreßdruckes vorhanden ist und daß der Unterträger in Längsrichtung geteilt ist, wobei beide Teile des Unterträgers quer zur Trägermittellinie formschlüssig miteinander verbunden sind und auf jedem Teil des Unterträgers in Längsrichtung eine Vielzahl von paarweise hintereinander angeordneter vertikal verstellbarer Pratzen vorhanden sind.

Es ist erfindungsgemäß, daß die Andrückmechanik aus einer Reihe hintereinander angeordneter und vertikal wirkender hydraulischer Arbeitszylinder besteht, die über separat bedienbare Hebelge­ stänge Kipphebel betätigen an denen paarweise federnd gelagerte Druckstempel angeordnet sind.

Ein erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß die Teile des Unterträgers in einem begrenztem Maß vertikal gegeneinander verschiebbar sind.

Zweckmäßigerweise ist jeder Unterträgerteil auf einem im Fun­ dament angeordneten Hubzylinder gelagert.

Es ist weiter erfindungsgemäß, daß jede Pratzenreihe einen sepa­ raten Antrieb besitzt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet eine Reihe von Vorteilen. So erfolgt im Schweißportal ein automatisches zeitsynchrones Hef­ ten. Die Anpreßkräfte der Druckstempel sind partiell einstellbar und gewährleisten damit den geforderten Schweißspalt während des gesamten Schweißprozesses. Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch das automatische Einstellen der einzelnen Pratzenreihen auftre­ tende Winkelschrumpfungen kompensiert werden können. Mit dieser Anordnung ist es außerdem möglich verschiedene Blechstärken ohne zusätzliche Distanzbleche zu verarbeiten.

Durch die paarweise federnd gelagerten Druckstempel, die über separat bedienbare Kipphebel betätigt werden, wird einmal eine gleichmäßige Verteilung der Andrückkräfte erreicht und zum ande­ ren ist eine günstige räumliche Anordnung im Schweißportal gege­ ben.

Es ist allgemein zu bemerken, daß mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Verbesserung des Transportes der Blechplatten bzw. der Paneele und der Fixierung derselben im Portal auch bei un­ terschiedlichen Blechstärken erreicht wird und eine Voreinstel­ lung des Winkels für die zu erwartende Winkelschrumpfung beim Schweißprozeß möglich ist.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht der Schweißstation,

Fig. 2 eine Drauf sicht nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Andrückmechanik.

In den Zeichnungen ist eine Schweißstation zum Einseitenschwei­ ßen von Stumpfnähten von Paneelen dargestellt, die aus einem feststehenden Schweißportal, welches quer zu einer Fließrichtung 6 der einzelnen Blechplatten bzw. des Paneels angeordnet ist, gebildet wird. Das Schweißportal besteht im wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden Ständern 1, die durch einen längs ge­ teilten Oberträger 2, 2' miteinander starr verbunden sind sowie einem unterhalb einer Transportebene 7 angeordneten vertikal verstellbaren Unterträger 3, 3', der in Längsrichtung geteilt ausgeführt und im unteren Bereich der Ständer 1 gelagert ist.

Die Teile des Oberträgers 2, 2' sind kastenförmig ausgebildet. Zwischen den beiden Teilen ist die Schweißtechnik in Form eines längs des Portals verfahrbaren UP-Schweißwagens 4 und eines gleichfalls verfahrbaren MIG/MAG-Schweißwagens 5 angeordnet. Die Anordnung des MIG/MAG-Schweißwagens 5 erfolgt in Schweißrichtung gesehen vor dem UP-Schweißwagen 4.

An jedem Oberträger 2, 2' ist seitlich eine Andrückmechanik 10 befestigt. Diese Andrückmechanik 10 besteht aus einer Reihe hintereinander angeordneter und vertikal wirkender hydraulischer Arbeitszylinder 14, die mit ihren Kolbenstangen am Ende von Hebeln 13 eingreifen. Diese Hebel 13 sind winklig zur Längsachse des Schweißportals angeordnet und in einem Lager 16 gelagert. Am entgegengesetzten Ende des Angriffspunktes der Kolbenstange des Arbeitszylinders 14 ist eine drehbare Lagerung 15 für einen Kipphebel 12 vorgesehen. An beiden Seiten des Kipphebels 12 ist je ein Druckstempel 11 angeordnet, der federnd in einem Gehäuse gelagert ist. Damit wird erreicht, daß auf der gesamten Schweiß­ nahtlänge eine gleichmäßige Belastung auf den Blechplatten er­ zeugt und ein gleichzeitiges Andrücken erzielt wird. Es ist vorteilhaft, wenn über einen Hebel 13 mehrere Kipphebel 12 betä­ tigt werden. In Fig. 1 sind es beispielsweise vier Kipphebel 12. Eine nicht näher dargestellte Steuerung, die gleichfalls im Oberträger 2, 2' installiert ist, bewirkt, daß alle Hebel 13 separat bedienbar sind. Durch diesen separaten Antrieb wird die Wirkung der einzelnen Druckstempel 11 auch bei Durchbiegungen des Oberträgers 2, 2' nicht negativ beeinflußt. Desweiteren werden Druckspitzen vermieden. Außerdem stehen mehrere Drücke zur Verfügung, mit denen wahlweise die einzelnen Arbeitszylinder 14 beaufschlagt werden können. Damit ist es möglich den Druck dort zu erhöhen wo gerade geschweißt wird oder wo Dehnungen bzw. Schrumpfungen in der Schweißnaht bzw. Schweißfuge auftreten.

Der Unterträger 3, 3' ist geteilt ausgeführt. Damit die beiden Trägerteile bei auftretenden Belastungen nicht auseinandertrif­ ten können, sind sie quer zur Trägermittellinie formschlüssig miteinander verbunden. Jeder Unterträger 3, 3' ist auf einem Hubzylinder 9 gelagert, der auf einem Fundament 8 befestigt ist. Diese getrennte Lagerung ermöglicht einen separaten Antrieb des jeweiligen Unterträgers 3, 3'. Auf dem Unterträger 3 und 3' sind eine Vielzahl von paarweise hintereinanderangeordneter Pratzen 17, 17' vorgesehen, wobei mit 17' die Pratzen bezeichnet sind, die an der Einlaufseite des Portals auf dem Unterträger 3' an­ geordnet sind. Ihre Anzahl und ihrer Anordnung auf dem Unter­ träger 3, 3' richtet sich nach der Anzahl und Anordnung der Druckstempel 11 mit denen sie über die zu verschweißenden Blech­ platten in Wirkungsverbindung stehen. Jede Pratzenreihe besitzt einen separaten Antrieb zur vertikalen Verstellung um einen Blechdickenversatz an der Paneelunterseite kompensieren zu kön­ nen.

Durch den separaten Antrieb der beiden Teile des Unterträgers 3, 3' im Zusammenwirken mit den Pratzen 17, 17' ist eine Vorein­ stellung der zu erwartenden Winkelschrumpfung des Paneels beim Schweißen möglich. Weiterhin ist damit die Bearbeitung von un­ terschiedlichen Blechstärken, ohne Verwendung zusätzlicher Di­ stanzbleche, beherrschbar.

Zwischen den beiden inneren Pratzenreihen ist eine an sich be­ kannte Schweißbadsicherung 20 angeordnet.

Eine nicht näher dargestellte Sensorsteuerung ermittelt die Breite der zur Schweißung vorgesehenen Blechplatten und bewirkt, daß nur die mit den Blechplatten in Wirkungsverbindung kommenden Druckstempel 11 mit einem Preßdruck beaufschlagt werden, während die anderen Druckstempel 11 bis zur Berührung mit den zugeord­ neten Pratzen 17, 17' ausgefahren werden.

Zur Ausrüstung der Schweißstation gehört weiterhin eine Aus­ richteinheit 19, die zwischen den Transportrollen angeordnet ist. In Ruhestellung ist sie unterhalb der Transportebene 7 positioniert, während sie zum Ausrichten der Blechplatte bzw. des Paneels vertikal und horizontal in Arbeitsstellung bewegt wird.

Das Verschweißen der Blechplatten in der Schweißstation wird wie folgt vorgenommen:
Der Unterträger 3, 3' befindet sich in einer Ausgangsstellung, die sich unterhalb der Transportebene 7 befindet. Die Blechplat­ ten werden von der vorherigen Arbeitsstation, z. B. dem Blech­ plattenzuschnitt, über geeignete Transportvorrichtungen, hier einem Rollengang 18, in die Schweißstation eingefahren. Die erste Blechplatte überfährt dabei die Schweißbadsicherung 20 soweit, daß die Ausrichteinheit 19 über Mitte Schweißbadsiche­ rung 20 positioniert werden kann. Jetzt wird die erste Blech­ platte entgegen der Fließrichtung 6 gegen die Ausrichteinheit 19 bewegt und dort positioniert. Danach wird der Unterträger 3 von unten gegen die erste Blechplatte gefahren. Die Bewegung des Un­ terträgers 3 wird gestoppt, wenn die auf dem Unterträger 3 an­ geordneten Pratzen 17 mit der ersten Blechplatte in Berührung kommen. Ist dies erfolgt, wird die Andrückmechanik 10 des Ober­ trägers 2 ausgelöst und mit Hilfe der an den Kipphebeln 12 an­ geordneten Druckstempel 11 die erste Blechplatte in ihrer Schweißstellung fixiert. Die Ausrichteinheit 19 wird wieder in Ausgangsstellung gebracht. Zur Markierung des erforderlichen Luftspaltes für die Schweißnaht werden jetzt Distanzbleche ver­ tikal gegen die fixierte erste Blechplatte gesetzt. Diese Mar­ kierung kann auch mittels einer Kombination bekannter elektroni­ scher oder anderer Meßeinrichtungen und Steuereinrichtungen erfolgen.

Entsprechend der zu erwartenden Winkelschrumpfung der Blechplat­ ten beim Schweißen werden die an der Einlaufseite des Portals auf dem Unterträger 3' angeordneten Pratzen 17' tiefer einge­ stellt als die übrigen. Danach wird die zweite Blechplatte gegen diese Distanzbleche gefahren und fixiert, indem der Unterträger 3' mit den voreingestellten Pratzen 17, 17' von unten gegen die zweite Blechplatte bewegt wird und am Oberträger 2' die Andrück­ mechanik 10 die zugeordneten Kipphebel 12 auslöst und in Wirk­ verbindung mit der Blechoberfläche bringt.

Werden unterschiedliche Blechdicken miteinander verschweißt, so werden die entsprechenden Pratzen 17 bzw. 17' an der Einlaufsei­ te des Portals entsprechend der Blechdicke nach oben bzw. unten verfahren.

Sind beide Blechplatten fixiert werden die eingelegten Distanz­ bleche im Bereich der Schweißbadsicherung 20 entfernt und das Schweißen der Stumpfnaht kann an einem Ende begonnen werden. Dabei erfolgt das Einseitenschweißen mittels automatischen Heft­ schweißen.

Der Schweißprozeß beginnt über einem Endkraterblech. Das Schwei­ ßen wird mit UP-Technik durchgeführt. In einem wählbaren Abstand fährt vor dem UP-Schweißgerät ein MIG/MAG-Schweißgerät, welches in einem vorher festgelegtem Abstand Heftraupen bzw. eine durch­ laufende Heftnaht verschweißt. Die Steuerung des Prozeßes ist so gewählt, daß das nachlaufende UP-Schweißgerät kontinuierlich die Stumpfnaht schweißen kann.

Nach Abschluß des Schweißprozesses werden die Druckstempel 11 gelöst und in Ausgangsstellung bewegt. Der Unterträger 3, 3' wird vertikal abgesenkt, so daß das geschweißte Paneel mit der Schweißnaht weiter transportiert werden kann. Das Paneel verläßt die Schweißstation oder eine weitere Blechplatte wird an das Paneel angefügt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Einseitenschweißen von Stumpfnähten von ne­ beneinanderliegenden Blechplatten, wobei diese mit einem vorgegebenen Luftspalt für die Schweißnaht in einer Schweißstation über einer Schweißbadsicherung fixiert sind und das Einseitenschweißen mittels UP-Technik durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem UP-Schweißen die miteinander zu verschweißenden Blechplatten mittels eines definierten Anpreßdruckes in einer der zu erwartenden Win­ kelschrumpfung entsprechenden Stellung fixiert werden und diese Fixierung während des gesamten Schweißprozesses auf­ rechterhalten bleibt, wobei der Anpreßdruck während des Schweißprozesses entlang der Schweißnaht und des noch nicht geschweißten Teiles erforderlichenfalls veränderbar ist und das UP-Einseitenschweißen der Stumpfnaht mit einer, durch einen in einem wählbaren Abstand vor dem UP-Schweißwagen separat angetriebenen MIG/MAG-Schweißwagen, teilautomatisch eingebrachten Heftnaht erfolgt.

2. Vorrichtung zum Einseitenschweißen von Stumpfnähten neben­ einanderliegender Blechplatten, in Form eines quer zur Fließrichtung der Blechplatte angeordneten feststehenden Schweißportals, das im wesentlichen aus zwei gegenüberlie­ genden Stützen besteht, zwischen denen ein Oberträger mit der Schweißtechnik und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Anpreßdruckes von oben auf die zu verschweißenden Blechplatten sowie ein höhenverfahrbarer Unterträger mit Einrichtungen, die von unten mit den Blechplatten in Wir­ kungsverbindung stehen und den Anpreßdruck in das Fundament des Schweißportals einleiten, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberträger (2; 2') längs geteilt und zwischen den beiden Teilen des Oberträgers (2; 2') ein in Längsrichtung verfahrbarer UP-Schweißwagen (4) und ein in Schweißrichtung in einem wählbaren Abstand vor dem UP- Schweißwagen (4) separat angetriebener MIG/MAG-Schweißwagen (5) angeordnet sind und daß an jedem Teil des Oberträgers (2; 2') eine Andrückmechanik (10) zur Erzeugung des Anpreßdruckes vorhanden ist und daß der Unterträger (3; 3') in Längsrichtung geteilt ist, wobei beide Teile des Unterträ­ gers (3; 3') quer zur Trägermittellinie formschlüssig mit­ einander verbunden sind und auf jedem Teil des Unterträgers (3; 3') in Längsrichtung eine Vielzahl von paarweise hinter­ einander angeordneter vertikal verstellbarer Pratzen (17, 17') vorhanden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückmechanik (10) aus einer Reihe hintereinander an­ geordneter und vertikal wirkender hydraulischer Arbeits­ zylinder (14) besteht, die über separat bedienbare Hebelge­ stänge Kipphebel (12) betätigen an denen paarweise federnd gelagerte Druckstempel (11) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Unterträgers (3; 3') in einem begrenztem Maß vertikal gegeneinander verschiebbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Unterträgerteil auf einem im Fundament (8) angeord­ neten Hubzylinder (9) gelagert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pratzenreihe einen separaten Antrieb besitzt.