WO2018197634A1 - Verfahren zum schweissen von blechzargen und eine widerstands-rollennahtschweissmaschine - Google Patents

Verfahren zum schweissen von blechzargen und eine widerstands-rollennahtschweissmaschine Download PDF

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    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18—Sheet panels

Definitions

  • the invention relates to a method for welding sheet metal frames according to the preamble of patent claim 1 and a resistance roller seam welding machine according to the preamble of claim 7. Resistance roller seam welding machines, short
  • Roll seam welding machines can weld up to 1000 cans per minute. This means a high
  • Transport speed of the welded metal frames of about 100 m / min. the necessary temperature can be achieved in order to be able to optimally weld the two slightly overlapping edge regions together. But this also means that through the
  • Welding roller pair and subsequently made with a second pair of welding rollers are detected and, based on the detected values, the welding pressure, i. the
  • Sweat arm is located, ever a correspondingly high
  • Welding pressure can be applied.
  • a division of the welding of the edge areas to two Welding machines are not technically feasible, except in a case in which a sheet metal frame after the other one in a single welding station and is pushed out again.
  • An object of the present invention is to increase the quality of the weld of Blechzargen despite high welding speed. This object is achieved by a method according to the features of patent claim 1 and a resistance roller seam welding machine according to the features of
  • Heating zone in front of the welding rollers are the
  • Edge areas guided by suitable guide elements such as Z- or S-rails mutually exactly positioned and can therefore following the heating zone exactly overlapping and contacting between the
  • Welding rollers are routed. Furthermore, the guide elements allow the welding arm to be in front of it
  • Welding rollers where the current through the overlap area has to FeH, which leads to an increase in resistance. It can therefore with a single welding transformer, a different heat generation between the Heat zone and the welding zone are applied, so that the edge areas are therefore only heated and not welded before entering the welding rollers and then by increasing the temperature due to higher resistance between the welding rollers
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • Heating zone in front of the welding rollers heating zone formed by two current-carrying
  • FIG. 3 shows a section along line A-A in Fig. 1,
  • FIG. 4 shows a section along line DD in FIG. 1
  • Figure 5 is a section along line BB in Fig. 1 and
  • FIG. 6 shows a section along line C-C in FIG. 1.
  • Figure 1 which represents the prior art, comprises a welding device 1, a power source 3 with a first power supply 5 to the schematically illustrated welding arm 23 within the designated with reference numeral 7 sheet metal frames.
  • a second power supply 9 feeds the outer first welding roller 11 of the first welding station and further the second welding roller 13 of the second welding station.
  • the two welding rollers 11 and 13 are above the arranged inside the sheet metal frames 7 first inner welding roller 15 and the second inner welding roller 17.
  • Reference numeral 19 diabolo rollers of a guide cage are referred to, which are arranged in a circle around the sheet metal frames 7 and lead them.
  • the sheet-metal frames 7 guided from left to right are welded for the first time, and with the second welding roller 13 and the second inner welding roller 17 a second welding or welding of the first welded seam takes place.
  • the welded at the first pair of welding rollers 11, 15 edges of the sheet metal blank 7 already produce a completely closed can body. This can be on the
  • a welding arm 23 is attached via a guide rail 25 and is supported by the guide rail 25.
  • the welding arm 23 may for example have a round or rectangular cross-section and extends from a Einrundstation not shown to the
  • the just rounded sheet metal frame 7 is visible on the far left.
  • the sheet-metal frame 7 or its edge regions 7 ⁇ and 7 "are spaced apart from one another and in this first region between the section line AA and the section line BB they are replaced by a welding arm 23 connected and above with the machine frame 21 also connected first guide rail 25 in a spaced position out (see Fig. 2 and Fig. 6). By the first guide rail 25, therefore, the welding arm 23 is supported.
  • the sheet metal frames 7 are guided from left to right until the two edge portions 7 ⁇ and 7 "get to a pair of heating rollers 27,29 and in the region of the section DD are clamped by the heating rollers 27, 29.
  • the edge regions 7 ⁇ and 7 are heated to a temperature ⁇ by the current conducted through the two heating rollers 27, 29.
  • the temperature ⁇ may be 200 ° C or more.
  • the temperature ⁇ is far below the
  • the welding arm 23 is suspended on the machine frame, since the second guide rail is connected to both the welding arm and with the machine frame 21 (Fig. 4).
  • the additional suspension of the welding arm 23 at the heating zone, the outer welding roller 13 can with the necessary welding pressure to the inner welding roller 17 and on the overlapping to be welded edge regions 7 ⁇ and pressed 7 ", as has long been in
  • the optimum welding temperature 2 is perfectly achieved by a perfect edge guide, overlap and contact force of the resistance of the current.

Abstract

Das Verfahren zum Schweissen von sich überlappenden Kantenbereichen (7',7") von Blechzargen (7) zeichnet sich dadurch aus, dass vor der Verschweissung der Kantenbereiche (7',7") letztere auf eine weit unter der Schweisstemperatur liegende Temperatur T1 um z.B. 200° Celsius erwärmt, um erst danach zusammengeführt und verschweisst zu werden. Es wird damit erreicht, dass das Gefüge des Blechs angelassen wird und folglich eine zu hohe Erhärtung der Schweissnaht mit nachfolgenden Problemen bei der Weiterverarbeitung vermieden werden kann. Die Vorrichtung, um dieses Verfahren durchzuführen, umfasst ein zwischen der Rundstation und der Schweissstation angeordnete Heizzone, um die Kantenbereiche (7',7") zu erwärmen.

Description

Can Man AG, Mülisacker 221, CH-5705 Hallwil
Verfahren zum Schweissen von Blechzargen und eine
Widerstands-Ro11ennahtschweissmaschine Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schweissen von Blechzargen gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Widerstands-Rollennahtschweissmaschine gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 7. Widerstands-Rollennahtschweissmaschinen, kurz
Rollennahtschweissmaschinen, finden Einsatz bei der
Herstellung von Dosen für die Konservenindustrie und für technische Produkte. Dabei werden zwei sich überlappende Kantenbereiche eines gerundeten Blechzuschnitts durch zwei Elektrodenrollen, zwischen denen ein Strom fliesst und unter Druck verschweisst . Moderne
Rollennahtschweissmaschinen können bis 1000 Dosen pro Minute schweissen. Dies bedeutet, dass ein hoher
Schweissstrom zugefügt werden muss, um bei einer
Transportgeschwindigkeit der zu schweissenden Blechzargen von gegen 100 m/Min. die notwendige Temperatur erreicht werden kann, um die beiden sich geringfügig überlappenden Kantenbereiche optimal miteinander verschweissen zu können. Dies bedeutet aber auch, dass durch die
kurzfristig sehr hohe Temperatur eine Verhärtung der Kantenbereiche an der Schweissnaht erfolgt und folglich bei der Weiterverarbeitung der geschweissten Blechzargen, z.B. durch eine Bördelung zum Aufsetzen eines Bodens und eines Deckels, an der Schweissnaht Risse entstehen können, die unerwünscht sind und die zu Leckagen des gefüllten Gebindes führen können.
Aus der EP 2 916 988 ist ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Rollennahtschweissen von Behälterzargen bekannt geworden, bei welchem die aufgeführten Nachteile behoben werden sollen. In dieser Schrift wird das
Verschweissen der Kantenbereiche der Blechzuschnitte durch zweimaliges Schweissen, nämlich mit einem ersten
Schweissrollenpaar und darauf folgend mit einem zweiten Schweissrollenpaar vorgenommen. Während des Schweissens werden verschiedene Schweissparameter erfasst und aufgrund der erfassten Werte wird der Schweissdruck, d.h. die
Kraft, mit welchem die Schweissrollen in der zweiten
Schweissstation gegeneinandergepresst werden, eingestellt. Aus metallurgischer Sicht ist nicht erkennbar, weshalb die Qualität der Schweissnaht durch ein zweimaliges Schweissen erhöht werden soll. Zudem ist die praktische Anwendung des Verfahrens fraglich, da beim zweiten Schweissrollenpaar, welches sich nach dem ersten Schweissrollenpaar am
Schweissarm befindet, überhaupt ein entsprechend hoher
Schweissdruck aufgebracht werden kann. Eine Aufteilung der Verschweissung der Kantenbereiche auf zwei Schweissmaschinen ist technisch nicht realisierbar, ausser in einem Fall, in welchem eine Blechzarge nach der andern einzeln in eine zweite Schweissstation ein- und wieder ausgeschoben wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Qualität der Schweissnaht von Blechzargen trotz hoher Schweissgeschwindigkeit zu erhöhen. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Widerstands- Rollennahtschweissmaschine gemäss den Merkmalen des
Patentanspruchs 7. Durch die Erwärmung der Kantenbereiche der Blechzargen vor dem Verschweissen derselben auf eine Temperatur ΤΊ, die unterhalb der für das Schweissen notwendigen Temperatur T2 liegt, ermöglicht einerseits das Anlassen, das heisst eine gewisse Erweichung des Gefüges von durch die Walzvorgänge bei der Herstellung sehr harten Bleches zu erreichen und im Weiteren beim Erwärmen bei Weissblech einen Zinnfluss zu bewirken, so dass das flüssige Zinn bei
Rollennahtschweissmaschinen mit einem Schweissdraht grösstenteils vom Kantenbereich weggeführt werden kann. Dies ermöglicht eine optimalere Verschweissung und
Erzeugung einer perfekten Schweissnaht zwischen den
Schweissrollen, die auf die Erwärmungszone folgen. Im Weiteren treten die Kantenbereiche bereits auf ΤΊ erwärmt zwischen die Schweissrollen und können dort mit bedeutend weniger Energie, das heisst einem geringeren
Schweissstrom, auf Schweisstemperatur 2 gebracht und anschliessend verschweisst werden. Im Bereich der
Erwärmungszone vor den Schweissrollen sind die
Kantenbereiche durch geeignete Führungselemente wie Z- oder S-Schienen gegenseitig exakt positioniert geführt und können folglich im Anschluss an die Heizzone exakt überlappend und sich kontaktierend zwischen die
Schweissrollen geleitet werden. Im Weiteren ermöglichen die Führungselemente, dass der Schweissarm kurz vor
Eintritt der Blechzargen in die Schweissrollen noch getragen werden kann und folglich im Wesentlichen ohne Durchbiegung des Schweissarms exakt die gewünschten Kräfte auf die Schweissrollen aufgebracht werden können. Werden die Kantenbereiche nicht überlappend, sondern sich
gegenseitig berührend oder im geringen Abstand durch die Wärmezone hindurchgeführt, wird ebenfalls eine Erwärmung durch Rollen, die von einem Strom durchflössen werden, erzeugt. So ergibt sich automatisch ein geringerer
Widerstand, wenn nur ein Blech jeweils vom Strom
durchflössen wird als bei den nachfolgenden
Schweissrollen, wo der Strom durch den Überlappungsbereich zu fHessen hat, was zu einer Widerstandserhöhung führt. Es kann folglich mit einem einzigen Schweisstransformator eine unterschiedliche Wärmeerzeugung zwischen der Wärmezone und der Schweisszone aufgebracht werden, so dass die Kantenbereiche vor dem Eintritt in die Schweissrollen folglich nur erwärmt und nicht verschweisst werden und anschliessend durch Erhöhung der Temperatur infolge höheren Widerstand zwischen den Schweissrollen die
Verschweissung der beiden Kantenbereiche ausgeführt wird.
Im Weiteren ist es erfindungsgemäss möglich, im
Erwärmungsbereich den Strom von der Stromquelle bzw. vom Trafo über die obere Rolle in den Schweissarm einzuleiten und dadurch die Impedanz bzw. das Fenster zu verkleinern, was zu einem geringeren Stromverbrauch führt als bei der aus der EP 2 916 988 bekannten Ausführung. Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer
Rollennahtschweissmaschine gemäss Stand der
Technik EP 2 918 988,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer
Rollennahtschweissmaschine mit einer
Heizzone vor den Schweissrollen, Heizzone gebildet aus zwei stromdurchflossenen
Rollenpaaren,
Figur 3 einen Schnitt längs Linie A-A in Fig. 1,
Figur 4 einen Schnitt längs Linie D-D in Fig. 1, Figur 5 einen Schnitt längs Linie B-B in Fig. 1 und
Figur 6 einen Schnitt längs Linie C-C in Fig. 1.
Figur 1, welche den Stand der Technik darstellt, umfasst eine Schweissvorrichtung 1, eine Stromquelle 3 mit einer ersten Stromzuführung 5 zum schematisch dargestellten Schweissarm 23 innerhalb von den mit Bezugszeichen 7 bezeichneten Blechzargen. Eine zweite Stromzuführung 9 speist die aussenliegende erste Schweissrolle 11 der ersten Schweissstation und weiter die zweite Schweissrolle 13 der zweiten Schweissstation. Die beiden Schweissrollen 11 und 13 liegen über den innerhalb der Blechzargen 7 angeordneten ersten inneren Schweissrolle 15 und der zweiten inneren Schweissrolle 17. Mit Bezugszeichen 19 sind Diabolo-Rollen eines Führungskäfigs bezeichnet, welche kreisförmig um die Blechzargen 7 angeordnet sind und diese führen. Mit der ersten Schweissrolle 11 und der darunter angeordneten inneren Schweissrolle 15 werden die von links nach rechts geführten Blechzargen 7 ein erstes Mal geschweisst und mit der zweiten Schweissrolle 13 und der zweiten inneren Schweissrolle 17 erfolgt eine zweite Schweissung bzw. Überschweissung der ersten Schweissnaht. Die beim ersten Schweissrollenpaar 11, 15 verschweissten Kanten des Blechzuschnittes 7 erzeugen bereits einen rundum geschlossenen Dosenrumpf. Dieser kann auf den
Transport vom ersten Schweissrollenpaar 11, 15 zum zweiten Schweissrollenpaar 13, 17 folglich nur noch durch die Führungsrollen 19 gehalten werden. Sowohl die exakte
Führung der Schweissnaht , die im Scheitel der Blechzargen 7 zu liegen kommt, vom ersten Schweissrollenpaar 11, 15 zum zweiten Schweissrollenpaar 13, 17 ist schwierig und es besteht die Gefahr, dass die zuerst erzeugte Schweissnaht beim Überschweissen durch das zweite Schweissrollenpaar 13, 17 nicht mehr exakt zu letzterem positioniert ist.
In den Figuren 2 bis 6, welche schematisch die
erfindungsgemässe Anordnung darstellt, werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet.
Mit Bezugszeichen 21 schematisch ein Teil eines
Maschinengestells bezeichnet. An diesem Maschinengestell 21 ist ein Schweissarm 23 über eine Führungsschiene 25 befestigt bzw. wird von der Führungsschiene 25 getragen. Der Schweissarm 23 kann beispielsweise einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen und erstreckt sich von einer nicht dargestellten Einrundstation bis zum
Schweissrollenpaar 13,17 bzw. geringfügig über dieses hinaus, so dass die innere Schweissrolle 17 drehbar am Schweissarm 23 gelagert werden kann. Auf dem Schweissarm 23 ist ganz links die soeben gerundete Blechzarge 7 sichtbar. Die Blechzarge 7 bzw. deren Kantenbereiche 7λ und 7" liegen beabstandet voneinander. Sie werden in diesem ersten Bereich zwischen der Schnittlinie A-A und der Schnittlinie B-B durch eine mit dem Schweissarm 23 verbundene und oben mit dem Maschinengestell 21 ebenfalls verbundene erste Führungsschiene 25 in beabstandeter Position geführt (vergl. Fig. 2 und Fig. 6) . Durch die erste Führungsschiene 25 wird folglich der Schweissarm 23 getragen. Durch ein nicht dargestelltes Transportmittel, beispielsweise eine mit Mitnehmern versehene Kette oder ein mit Mitnehmern versehenes Transportband, werden die Blechzargen 7 von links nach rechts geführt, bis die beiden Kantenbereiche 7 λ und 7" an ein Heizrollenpaar 27,29 gelangen und im Bereich des Schnittes D-D von den Heizrollen 27,29 eingeklemmt geführt werden. Durch den durch die beiden Heizrollen 27,29 geführten Strom werden die Kantenbereiche 7 λ und 7" auf eine Temperatur ΤΊ erwärmt. Die Temperatur ΤΊ kann 200° Celsius oder mehr betragen. Die Temperatur ΤΊ liegt weit unter der
Temperatur T2 (ca. 800° bis 900° C) , die eine
Verschweissung auslösen könnte. Eine solche wird auch nicht ausgelöst, da die Kantenbereiche 7 λ und 7" nicht übereinanderliegen und höchstens leicht kontaktieren können und folglich ein kleinerer Widerstand für den Stromfluss vorliegt als bei einer Überlappung der
Kantenbereiche 7', 7" bei den Schweissrollen 13,17. Nach dem Verlassen des Heizbereiches werden die Kantenbereiche 7 λ und 7" von einer an die erste Führungsschiene 25 anschliessenden zweiten Führungsschiene 31 geführt. Bis zum Eintritt in das Schweissrollenpaar 13, 17 werden die Kantenbereiche 7', 7" sukzessive in überlappende Position gebracht . Das heisst, die anfänglich nebeneinanderliegenden Kantenbereiche 7 λ und 7" der Blechzargen 7 werden nun sukzessive übereinander und überlappend
geführt, bis sie einander kontaktieren und im
Schweissrollenpaar 13,17 durch den dort vorliegenden Strom miteinander verschweisst (Fig. 5) . Auch zwischen den
Heizrollen 27, 29 und den Schweissrollen 13, 17 ist der Schweissarm 23 am Maschinengestell aufgehängt, da die zweite Führungsschiene sowohl mit dem Schweissarm als auch mit dem Maschinengestell 21 verbunden ist (Fig. 4) . Durch die zusätzliche Aufhängung des Schweissarms 23 an der Aufwärmzone kann die äussere Schweissrolle 13 mit dem notwendigen Schweissdruck auf die innere Schweissrolle 17 bzw. auf die überlappenden zu schweissenden Kantenbereiche 7 λ und 7" gepresst werden, wie dies seit langem bei
Schweissmaschinen bekannt ist und auch vorgenommen wird. Ein Durchhang des Schweissarms 23 wie im eingangs
beschriebenen Stand der Technik, wo keine Unterstützung der inneren zweiten Schweissrolle 17 mehr möglich ist, entfällt.
Im Schweissrollenpaar 13,17 wird durch eine einwandfreie Kantenführung, Überlappung und Anpresskraft der Widerstand des Stroms die optimale Schweisstemperatur 2 einwandfrei erreicht .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schweissen von sich überlappenden
Kantenbereichen (7 7") von Blechzargen (7) auf einer Widerstands-Rollennahtschweissmaschine (1) ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kantenbereiche (7 7") der Blechzargen (7) vor de Verschweissung in einer Aufheizzone auf eine erste Temperatur ΤΊ erwärmt und anschliessend in einer
Schweisszone zwischen zwei Schweissrollen (13,17) geschweisst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Kantenbereiche (7 7") mit einem Induktionsheizelement oder einem
stromdurchflossenen Rollenpaar (27,29) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenbereiche (7'7") der Blechzargen (7) vor der Verschweissung zwischen zwei zusammenwirkenden
Heizrollen (27,24) im ersten Schritt auf die erste nicht schweissbare Temperatur ΤΊ erwärmt und
anschliessend die erwärmten Kantenbereiche (7,7") übereinander geführt und durch die zwei Schweissrollen (13,17) miteinander verschweisst werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenbereiche (7 7") während der Erwärmung nebeneinanderliegend verlaufend geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die Kantenbereiche (7 7") durch eine Z- ode Führungsschiene (31) vor, während oder nach der
Erwärmung geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenbereiche (7 7") nach Verlassen der Erwärmungszone durch eine Z-Führungsschiene (31) gehalten zwischen Schweissrollen (13,17) eingeführt und miteinander verschweisst werden. Widerstands-Rollennahtschweissmaschine (1), umfassend eine Rundstation zum Runden von Blechzuschnitten zu Blechzargen (7) mit unverbundenen Kantenbereichen (7 7"), einen Schweissarm (23), den die Blechzargen (7) umfassen, ein Transportorgan zum Vorschieben der unverbundenen Kanten (7 7") der Blechzargen zu einem
Schweissrollenpaar (13,17), bei welchem eine innere Schweissrolle (17) am Schweissarm (23) drehbar gelagert ist und eine äussere Schweissrolle (13) sowie ein Kantenführungselement zur gegenseitigen
Positionierung und Führung der Kanten (7 7") der
Blechzuschnitte (7) und einen Schweissstromquelle (3) zur Speisung der Schweissrollen (13,17), dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Rundstation und dem Schweissrollenpaar (13,17) ein Heizelement angeordnet ist, mit welchem die Kantenbereiche (7 7") vor deren Verschweissung zwischen den beiden Schweissrollen (13,17) auf eine
Temperatur ΤΊ erwärmt werden.
Schweissmaschine nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, dass als Heizelement eine
Induktionsheizung, eine Gas- oder Widerstandshe angeordnet ist.
Schweissmaschine nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, dass als Widerstandsheizung ein
Rollenpaar (27,29) fungiert, dessen eine Rolle (29) am Schweissarm (23) drehbar gelagert ist und dessen zweite Rolle (27) ausserhalb des Schweissarms (23) drehbar gelagert ist, wobei zwischen den beiden Rollen (27,29) ein elektrischer Strom fliesst, der die beiden Kantenbereiche (7 7") der Blechzargen (7) auf die Temperatur ΤΊ erwärmt.
10. Schweissmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenbereiche
(7 7") während deren Erwärmung sich gegenseitig überlappend oder einander kontaktierend oder beabstandet von der ersten Führungsschiene
positionierend geführt sind.
Schweissmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur ΪΊ kleiner ist als die Schweisstemperatur 2 bei der
Verschweissung der Kantenbereiche (7 7") zwischen den Schweissrollen (13,17). 12. Schweissmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmten
Kantenbereiche (7 7") durch eine Z-Schiene vor dem Eintritt in die Schweissrollen (13,17) kontinuierlich in gegenseitige Überlappung und in gegenseitigem
Kontakt geführt und gehalten werden.
13. Schweissmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizrollen (27,29) zur Erwärmung und die Schweissrollen (13,17) an der Stromquelle (3) in Serie geschaltet sind und dadurch der elektrische Widerstand an den sich nicht
kontaktierenden Kantenbereichen (7 7") geringer ist als bei den sich kontaktierenden Kantenbereichen
(7 7") zwischen den Schweissrollen (13,17) zum
Aufschmelzen der Kantenbereiche (7 7") für eine
Verschweissung .
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