DE60113394T2

DE60113394T2 - Schleifkontakt-Rollenkopf für eine elektrische Widerstandsschweissmaschine

Info

Publication number: DE60113394T2
Application number: DE60113394T
Authority: DE
Inventors: Vittorio Sgrignuoli
Original assignee: CEVOLANI SpA SAN LAZZARO DI; Cevolani Spa San Lazzaro Di Savena
Current assignee: CEVOLANI SpA SAN LAZZARO DI; Cevolani Spa San Lazzaro Di Savena
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: JP2003048075A; US20020195430A1; DE60113394D1; EP1270133B1; EP1270133A1; US6812427B2; MXPA02006100A; ES2248271T3; ATE304422T1; BR0202335A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Widerstandsschweissmaschinen und bezieht sich auf einen Rollenkopf zum Herstellen von Nahtschweissungen an Metallplatten, insbesondere dünnen Metallplatten, welche, ausgehend von einem anfänglichen flachen Zustand, zunächst auf solche Weise gebogen werden, dass ihre beiden Enden Kante an Kante oder leicht überlappt angeordnet sind und dann miteinander verbunden werden, um rohrförmige Elemente oder Rohre herzustellen, die für einen grossen Bereich von unterschiedlichen Verwendungszwecken vorgesehen sind. Die hauptsächliche Verwendung von solchen rohrförmigen Elementen hat man bei der Herstellung von Dosen für Lebensmittel.
Ein Schweisskopf dieses Typs (insbesondere einer, der den Schweissabschnitt bildet, welcher im Inneren des zu schweissenden rohrförmigen Elementes positioniert ist) enthält im wesentlichen zwei voneinander getrennte Bestandteile. Einer der Bestandteile ist eine zylindrische Welle, die feststehend und starr an einem Trägerarm montiert ist und als Statorteil der Gruppe wirkt. Der andere ist ein ringförmiger Bestandteil, der koaxial an dem Statorteil montiert ist und an dem zu verbindenden Teil abrollt, wobei er als Rollelektrode (Rotorteil) wirkt. Wenn elektrischer Strom durch diesen geleitet wird, arbeitet er zusammen mit einer passrechten, sich drehenden Schweissscheibe, die ausserhalb des nahtzuschweissenden Dosenkörpers angeordnet ist.
Das Leiten von elektrischem Strom durch den Kopf, zwischen dem feststehenden Stator und dem beweglichen Rotor, erfolgt durch eine elektrisch leitende Vorrichtung, die zwischen diesen beiden Teilen angeordnet und elektrisch an diese angeschlossen ist.
In der Vergangenheit verwendete, elektrisch leitende Vorrichtungen dieser Art (s. zum Beispiel US-Patent 4,188,523) nutzten die leitenden Eigenschaften eines Fluids in flüssigem Zustand: zum Beispiel Quecksilber oder eutektische Mischungen von anderen chemischen Substanzen.
Bei leitenden Vorrichtungen neuerer Auslegung wird der elektrische Strom zwischen dem Stator und dem Rotor durch einen mechanischen Schleifkontakt geleitet.
Ein Schweisskopf von diesem Typ, offengelegt in der Veröffentlichung EP 0459 091 und hergestellt nach dem Oberbegriff des beiliegenden Anspruchs 1, enthält im wesentlichen: einen Stator; eine den Rotor bildende ringförmige Elektrode, die drehbar an dem Stator montiert und koaxial zu diesem ist; eine Vorrichtung zum Leiten von Elektrizität durch einen Schleifkontakt, der zwischen dem Stator und dem Rotor positioniert ist und in axialer Richtung durch eine elastische Kraft gegen wenigstens einen derselben gedrückt wird; sowie Leitungen, durch welche ein Kühlmittel in den Stator, in den Rotor und in die Schleifkontakt-Leitvorrichtung fliesst.
Ebenfalls ist aus dem Dokument JP 10029074 eine rollenförmige Elektrodenvorrichtung bekannt, welche zwei Erregerplatten enthält, um zu bewirken, dass elektrischer Strom von einer Erregerwelle zu einer Rollenelektrode fliesst. Ein elektrischer Kontakt der Erregerplatte ist zu einer Gleitfläche geformt, um einen Schleifkontakt mit den Erregerflächen der Erregerwelle zu haben. Die Erregerplatte ist geformt durch das Walzen mehrer leitfähiger Bleche. Ein Biegeteil, im Querschnitt von Kreisbogenform, ist in jede Platte eingeformt, um eine elastische Verformung zu haben, wenn ein mittlerer Teil in radialer Richtung eine Schubkraft aufnimmt. Köpfe dieser Art haben sich als voll zufriedenstellend für praktische Zwecke erwiesen. Sie bedürfen jedoch noch erheblicher Verbesserungen, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden.
Demgemäss hat die Erfindung als ersten Zweck, einen Schweisskopf vorzusehen, welche höhere Stromstärken zum Austausch zwischen Stator und Rotor erlaubt als bei den Schweissköpfen nach dem Stand der Technik, ohne die Abmessung des Schweisskopfes zu vergrössern, verglichen mit den Schweissköpfen derselben Art nach dem Stand der Technik.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist eine wirkungsvollere Abgabe von Hitze, welche, kombiniert mit dem höheren Stromstärke zum Schweissen, sei es die Schweissleistung wie auch die Lebensdauer des Schweisskopfes nach der Erfindung erhöht, und zwar mit offensichtlichen wirtschaftlichen Vorteilen.
Ein anderer Zweck der Erfindung ist, einen Schweisskopf vorzusehen, bei welchem der elektrische Strom zwischen dem Stator und dem Rotor ohne Unterbrechungen durchläuft, auch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten und bei Vorhandensein von starken Vibrationen und/oder stellenweisen Ungleichmässigkeiten in den zu schweissenden Materialien. Ein noch anderer Zweck der Erfindung ist, einen Schweisskopf von einfacherer Konstruktion als die Köpfe der bekannten Technik vorzusehen, und der leichter und schneller zusammenzubauen und zu warten ist.
Nach der Erfindung werden diese und weitere Zwecke erreicht durch einen Rollenkopf für eine Widerstands-Nahtschweissmaschine nach einem oder mehreren der beiliegenden Ansprüche.
Die technischen Eigenschaften der Erfindung, in Übereinstimmung mit den oben erwähnten Zwecken, sind in den beiliegenden Ansprüchen festgelegt, und die Vorteile gehen deutlicher aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung hervor, und zwar unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, welche vorgezogene Ausführungen der Erfin dung zeigen, ohne den Zweck des erfinderischen Konzeptes einzugrenzen, und in welchen:
1 einen axialen Querschnitt eines Schweisskopfes nach der Erfindung zeigt;
2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-II aus 1;
3 und 4 sind schematische Darstellungen von nicht nach der Erfindung hergestellten Schweissköpfen.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ist mit 1 in seiner Gesamtheit ein Rollenkopf für eine Widerstandsschweissmaschine bezeichnet, insbesondere verwendet zum Nahtschweissen von rohrförmigen Elementen oder Rohren, die durch Biegen einer dünnen, ursprünglich ebenen Metallplatte in eine zylindrische Form hergestellt sind, wobei die beiden Endkanten Kante an Kante oder überlappt miteinander verbunden werden.
Der Kopf 1 enthält im wesentlichen: einen Stator, insgesamt mit 2 bezeichnet; einen Rotor, insgesamt mit 3 bezeichnet; eine elektrische Leitvorrichtung 4, positioniert zwischen dem Stator und dem Rotor; und ein System von Leitungen 5a, 5b, 6, 7, um es einem Kühlmittel zu ermöglichen, durch den Kopf 1 zu fliessen.
Der Stator 2 ist als eine geradlinige Welle ausgeführt, bestehend aus zwei getrennten hohlen Elementen 15, welche koaxial zueinander angeordnet sind. Die Elemente 15 sind geradlinig eins von dem anderen fortlaufend angeordnet und starr, jedoch lösbar miteinander verbunden, und zwar durch eine Schraubverbindung 24, enthaltend einen Bolzen 16, der in axialer Position aufgenommen ist.
Jedes der beiden Elemente 15 hat einen ersten Flansch 17 in Form einer radialen Scheibe, hergestellt in einem einzigen Stück mit dem Element 15.
An seiner Mittellinie, an der Verbindung zwischen den beiden Elementen 15 der Welle, ist der Stator 2 mit einem ringförmigen Bund 19 versehen. Der aus elektrisch leitfähigem Material hergestellte Bund ist durch eine axiale Kraft an der Welle befestigt, welche durch die Elemente 15 gegeneinander ausgeübt wird, wenn der Bolzen 16 festgezogen ist.
Der Rotor 3 enthält eine Elektrode in der Form eines Ringes 21, aufgezogen auf ein Paar von zweiten, parallelen Flanschen 20, die durch Wälzlager 18 von den ersten Flanschen 17 der Elemente 15 der Welle getragen sind: der Ring 21 ist daher koaxial mit dem Stator 2 und auf diesem drehbar.
Die Welle des Stators 2, die zweiten Flanschen 20 und der Ring 21 beschreiben innerhalb des Kopfes 1 eine wasserdichte Kammer 22, abgedichtet durch Lippendichtungen 23, die zwischen der Welle des Stators 2 und den zweiten Flanschen 20 des Rotors 3 angeordnet sind. Die wasserdichte Kammer 22 steht mit dem Aussenbereich des Kopfes 1 durch die vorgenannten Leitungen in Verbindung, von welchen einige 5a, 5b radial und andere 6 axial verlaufen, und welche durch die beiden Elemente 15 der Welle des Stators 2 gehen.
Die elektrische Leitvorrichtung 4 mit Schleifkontakt ist zwischen koaxialen, zylindrischen, einander zugewandten Oberflächen 9, 10 des Stators 2 und des Rotors 3 angeordnet und enthält im wesentlichen (2) eine Anzahl von elastisch nachgebenden Elementen 8, vorzugsweise in Form eines Spiralbogens, die um eine gemeinsame Achse 11 angeordnet sind und einen oder mehrere flexible Sektoren bilden, welche die Elektrizität zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 des Kopfes 1 leiten.
Die elastisch nachgebenden Elemente 8 sind in Längsrichtung voneinander getrennt. Ihre freien Enden 12a sind in schleifendem Kontakt mit der äusseren Oberfläche 10 des Stators 2 angeordnet; während die entgegengesetzten Enden 12b gemeinsam an einem einzigen, umlaufenden rohrförmigen Element 14 zusammengefasst sind, welches vorzugsweise in einem Stück mit dem Rotor 3 selbst ist.
Die elastisch nachgebenden Elemente 8 sind überstehend an dem rohrförmigen Element 14 montiert und sind an ihren freien Enden 12a viel dicker als sie es in ihren mittleren Abschnitten sind. Ausserdem sind die freien Enden 12a der Elemente 8 des Rotors 3 auf solche Weise geformt, dass sie einen zylindrischen Oberflächenabschnitt 13 aufweisen, dazu bestimmt, mit einem passrechten zylindrischen Abschnitt 13' der gegenüberliegenden Fläche des Stators 2 in Kontakt zu kommen.
Dank der Elastizität des Materials, aus welchem die elastisch nachgebenden Elemente 8 hergestellt sind (vorzugsweise eine spezielle Kupferlegierung), deren Spiralform und deren ausgedehnter Länge zwischen den Enden 12a, 12b, sind die elastisch nachgebenden Elemente 8 ausgesprochen flexibel, und ihre freien Enden 12a befinden sich in ständigem elastischen Kontakt mit dem Stator 2.
Das Ergebnis ist eine besonders vorteilhafte Art des Kontaktes. Tatsächlich sorgt die hohe Flexibilität der elastisch nachgebenden Elemente 8 für einen Kontakt, der in Bezug auf die Stabilität der elektrischen Leitfähigkeit ausgesprochen konstant ist, obwohl er nur eine geringe Druckkraft erfordert. Da ausserdem die Druckkraft über verhältnismässig grosse Schleifflächen verteilt ist, ist der Verschleiss an diesen Schleifflächen, zurückzuführen auf den durch die Druckkraft erzeugten spezifischen Druck, ebenfalls sehr niedrig, was bedeutet, dass die Lebensdauer der Leitvorrichtung 4 demgemäss verlängert wird.
Der Kontakt ermöglicht es dem Strom, kontinuierlich an den beweglichen Rotor 3 geleitet zu werden, auch bei Vorhandensein von mechanischen Vibrationen oder Verformungen des Kopfes 1 durch Einwirkungen von aussen, wie zum Beispiel plötzliche Veränderungen der Betriebsbelastungen und/oder Ungleichmässigkeiten in den zu verschweissenden Materialien.
Ausserdem – wie deutlich in 2 gezeigt ist – sind Leitungen 7 vorhanden, die zwischen aneinandergrenzenden nachgebenden Elementen 8 verlaufen, jede eingegrenzt durch ein Paar von seitlichen Oberflächen der elastisch nachgebenden Elemente 8.
Das durch die wasserdichte Kammer 22 gehende Kühlmittel fliesst durch die Leitungen 7 in einer Richtung parallel zu der Drehachse 11 des Rotors 3. Der grosse Oberflächenbereich der elastisch nachgebenden Elemente, welcher mit dem Kühlmittel in Kontakt kommt, erzeugt einen sehr intensiven Wärmeaustausch, welcher wirkungsvoll den Kopf 1 kühlt. Die oben beschriebenen nachgebenden Elemente 8 bilden eine erste Ausführung von elastischen Sektoren mit radialer Wirkung – die auch einer gewundenen Bahn um die Achse 11 folgen, um im wesentlichen eine Form wie ein Kreisbogen oder ein Spiralbogen zu bilden – und sind dazu bestimmt, Strom zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 zu leiten. Diese muss jedoch als eine vorgezogene Ausführung berücksichtigt werden, die nicht das erfinderische Konzept beschränkt. Betrachtet man 3, die einen nicht nach der Erfindung hergestellten Schweisskopf zeigt, kann leicht festgestellt werden, dass die Stromleitung zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 gleichwertig durch elastische Sektoren erhalten werden kann, deren nachgebende Elemente 8 die Form einer Sinuskurve haben (in diesem Falle mit gebogenen Zweigen), die sich entlang einer radialen Linie 30 und/oder einer Linie erstreckt, die von der Mitte aus bis zum Umlauf des Kopfes 1 einer gewundenen Bahn folgt und gleichzeitig auch um die Achse 11 verläuft. 4 zeigt eine Seitenansicht eines anderen, nicht nach der Erfindung hergestellten Schweisskopfes, bei welchem die nachgebenden Elemente 8 des Rotors wieder die Form einer Sinuskurve haben, aber mit parallel zueinander verlaufenden Zweigen. Bei dieser Ausführung sorgt die grössere Abmessung des freien Endes 12a dafür, das sich im Kontakt mit dem Stator befindet, für einen guten Kontakt mit dem Stator selbst, wobei gleichzeitig eine längere Lebensdauer des Rotors gewährleistet ist.
Betreffend die Verfahren zur Herstellung der nachgebenden Elemente 8, ist es besonders vorteilhaft und daher vorzuziehen, diese insgesamt durch elektroerosive Bearbeitung aus einem einzigen rohrförmigen Element 14 herzustellen. Ausserdem kann das rohrförmige Element 14 integrierender Teil entweder des Rotors 3 oder des Stators 2 sein.
Die beschriebene Erfindung kann offensichtlich für industrielle Zwecke verwendet werden.

Claims

Rollenkopf für eine Widerstands-Nahtschweissmaschine, enthaltend: – einen Stator (2); – eine den Rotor (3) bildende Ringelektrode, die drehbar an dem Stator (2) und koaxial zu diesem montiert ist; – eine Vorrichtung (4) zum Leiten von Elektrizität durch einen Schleifkontakt, positioniert zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) und in radialer Richtung durch eine elastische Kraft gegen wenigstens einen von diesen gedrückt; und – Leitungen (5a, 5b, 6, 7), durch welche ein Kühlmittel in den Stator (2), in den Rotor (3) und in die Leitvorrichtung (4) fliesst; wobei die Leitvorrichtung (4) für den Schleifkontakt wenigstens ein elastisch nachgebendes Element (8) enthält, das einen radialen Sektor bildet, positioniert zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) und dazu bestimmt, ständig im Kontakt mit dem Stator (2) und dem Rotor (3) zu bleiben, so dass elektrischer Strom von einem zum anderen geleitet wird; wobei der Kopf dadurch gekennzeichnet ist, dass das genannte wenigstens eine elastisch nachgebende Element (8) in einer Ebene lotrecht zu der Drehachse (11) eine längliche Form aufweist, die sich von dem Stator (2) zu dem Rotor (3) entlang einer sich um die Achse (11) windenden Bahn erstreckt.
Kopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch nachgebende Element (8) wenigstens wie ein Spiralbogen geformt ist.
Kopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch nachgebende Element (8) wenigstens wie ein Kreisbogen geformt ist.
Kopf nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch nachgebende Element (8) zwischen koaxialen, einander zugewandten Oberflächen (9, 10) des Rotors (3) und des Stators (2) positioniert ist.
Kopf nach den Patentansprüchen von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch nachgebende Element (8) sich entlang seiner Längsausdehnung in seiner Dicke verändert.
Kopf nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch nachgebende Element (8) fest mit Rotor (3) verbunden ist und sich mit der äusseren Oberfläche (10) des Stators (2) im Kontakt befindet.
Kopf nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch nachgebende Element (8) fest mit dem Stator (2) verbunden ist und sich mit der inneren Oberfläche (9) des Rotors (3) im Kontakt befindet.
Kopf nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Anzahl von elastisch nachgebenden Elementen (8) enthält, positioniert zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) und rund um eine gemeinsame Achse (11) verteilt.
Kopf nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch nachgebende Element (8) ein geformtes Ende (12a) mit einem zylindrischen Oberflächenabschnitt (13) hat, wobei das Ende (12a) dazu bestimmt ist, mit einem passrechten gegenüberliegenden zylindrischen Oberflächenabschnitt (13') des Rotors (3) in Kontakt zu kommen.
Kopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch nachgebenden Elemente (8) an einem einzigen Element (14) montiert sind und von diesem hervorstehen.
Kopf nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das einzige Element (14) integrierender Teil des Rotors (3) ist.
Kopf nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das einzige Element (14) integrierender Teil des Stators (2) ist.
Kopf nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Leitungen (7) zwischen angrenzenden elastisch nachgebenden Elementen (8) verlaufen und jeweils durch ein Paar von seitlichen Oberflächen der elastisch nachgebenden Elemente (8) eingegrenzt werden.
Kopf nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (7) von einem Kühlmittel durchlaufen werden können, und zwar in einer Richtung parallel zu der Drehachse (11) des Rotors (3).