DE2919365B1 - Vorrichtung zum Widerstands-Rollennahtschweissen - Google Patents

Description

• Gemäß DE-AS 15 65 803 ist auch ein zweimaliger Durchlauf des Drahtes an der Ober- und Unterseite der Schweißstelle möglich. Dieses Verfahren findet derzeit zum Rollennahtschweißen von metallbeschichteten Feinstblechen, insbesondere in der Konservenindustrie, breite Anwendung. Hierbei ist jedoch der Kupferdraht ein Verbrauchsmaterial, das laufend neu zugeführt werden muß und nach ein- oder zweimaligem Durchlauf verbraucht ist. Beim laufenden Schweißen größerer Mengen Schweißgut ist eine ständige Nachlieferung von Drahtvorratsrollen zu der Schweißvorrichtung und eine Abnahme der Aufnahmespulen mit dem verbrauchten Kupferdraht erforderlich. Jeder Rollenwechsel bedeutet eine Betriebsunterbrechung, so daß das bekannte Verfahren letztlich ein diskontinuierliches Verfahren ist.
• Da der Draht, bezogen auf sein Gewicht, beim Schweißvorgang weniger als 1% Beschichtungsmetall, z. B. Zinn, aufnimmt, muß eine unverhältnismäßig große Kupferdrahtmenge bereitgestellt werden. Auch wird der relativ weiche Kupferdraht durch den Schweißdruck deformiert und hat deshalb beim zweiten Durchlauf nicht mehr den gleichen Querschnitt wie beim ersten Durchlauf. Für die Führung, Umlenkung, das Ab- und Aufwickeln, den Ausgleich der beim Schweißen auftretenden Drahtlängung und gegebenenfalls für eine Querschnittsnachbearbeitung des Kupferdrahtes sind komplizierte und aufwendige Mechanismen erforderlich.
• Beim Punktschweißen von metallbeschichteten Blechen ist es bekannt, zusammengesetzte Elektroden zu verwenden, die aus einem Hauptteil aus Kupfer und einem damit mechanisch festverbundenen, zur Anlage am Schweißgut bestimmten Einsatz oder Kontaktteil aus Wolfram oder einem ähnlichen, mit dem Beschichtungswerkstoff des Schweißgutes nicht oder nur wenig legierbaren Metall- oder Legierungswerkstoff (z. B.
• gemäß DE-OS 19 14 106) bestehen. Hierdurch kann zwar die Elektrodenverunreinigung durch Legierungsbildung stark verringert werden, es ergeben sich aber erhebliche Schwierigkeiten aufgrund des unterschiedlichen Wärmedehnungsverhaltens der Elektrodenwerkstoffe, die bei den Schweißtemperaturen zu erheblichen thermischen Spannungen in der Elektrode, zu Brüchen, zu einem Lockerwerden der Verbindung zwischen dem Anpreß- und dem Kontaktteil und damit zu einer Änderung der Stromdurchgangseigenschaften und der Wärmeableitung führen können, was letztlich wiederum unkontrollierte Änderungen der Schweißparameter und/oder eine verringerte Elektrodenstandzeit zur Folge haben kann.
• Diese bereits bei Punktschweißelektroden auftretenden Schwierigkeiten können bei Verbundelektroden für das Rollennahtschweißen, die z. B. aus einer Kupferrolle mit einem auf deren Umfang aufgebrachten Belag oder Ring aus Wolfram od. dgl. bestehen können, noch ungleich größer werden, weil hier eine einwandfreie Verbindung mit gleichmäßigen Strom- und Wärmedurchgangseigenschaften auf dem ganzen Umfang der Elektrode und unter dem Einfluß der Abrollbewegung auf dem Schweißgut aufrechterhalten werden muß und außerdem die geforderten Standzeiten wesentlich größer sind.
• Bei bekannten Rollenelektroden, die aus Kupfer mit einer auf dem Umfang aufgebrachten Beschichtung aus warmfesten und legierungsinerten Material wie Wolfram, Molybdän und dergleichen bestehen (vgl. DE-PS 837 798, DE-OS 16 15420, DE-OS 19 14 424), kann es aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungen des Kupfers und der Beschichtung sowie aufgrund der hohen Elektrodenanpreßkräfte und der geringen Beschichtungsdicke dadurch zu Störungen kommen, daß die dünnen Metallschichten sich entweder von der Kupferunterlage lösen oder lochartig aufgerissen werden, so daß sich Fehlstellen bilden, an denen das Schweißgut Kontakt mit dem Kupfer findet und dadurch Legierungsbildung und Elektrodenverunreinigung eintritt. Dieses Problem wird noch dadurch verstärkt, daß für die Ausbildung von schmalen Schweißnähten von maximal 1 mm Breite Rollenelektroden mit schmaler, gerundeter oder keilförmiger Lauffläche benötigt werden, die sich unter dem Anpreßdruck in das Schweißgut eindrücken, wobei die Lauffläche und ihre eventuell vorhandene Beschichtung in der Mitte Druckkräften, an den Flanken aber Zugkräften ausgesetzt wird, die die Beschichtung in Verbindung mit den hohen Temperaturen verhältnismäßig schnell zerstören können. Berücksichtigt man, daß von Rollenelektroden für modernes Feinblechschweißen eine Standzeit von mindestens einer Acht-Stunden-Schicht bei Schweißgutgeschwindigkeiten bis zu 50 m/ Min. gefordert werden, dann erweisen sich auch solche mit Beschichtung versehene Rollenelektroden als den Anforderungen nicht gewachsen.
• Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung so zu verbessern, daß einerseits ein ständiger Verbrauch von Elektrodendraht vermieden und andererseits sehr hohe, auch mit bekannten beschichteten Rollenelektroden nicht erreichbare Standzeiten der Vorrichtung erzielt werden können.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Kontaktteil als ein starrer Ring aus einem legierungsinerten und warmfesten Material ausgebildet ist.
• Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß das Kontaktteil aufgrund seines dem Schweißgut gegenüber legierungsinerten Materials praktisch frei von Legierungskontamination und durch seine Warmfestigkeit auch frei von Querschnittsänderungen durch Schweißdruck und Schweißtemperatur bleibt und daher hohe Standzeiten ohne Änderung der Schweißparameter ermöglicht.
• Eine solche Materialwahl wäre bei der bekannten Vorrichtung mit flexibel über Umlenkrollen geführter Drahtelektrode wegen der beim Umlauf ständig sich wiederholenden Biegeverformungen nicht möglich.
• Andererseits besteht gegenüber Verbundelektroden der Vorteil, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Anpreßteil und Kontaktteil keinen festen mechanischen Verbund haben und daher die oben erwähnten unterschiedlichen Wärmedehnungen auch nicht zu einer Lockerung einer solchen Verbindung und damit auch nicht zu einer unkontrollierten Veränderung der Strom-und Wärmedurchgangseigenschaften und damit der Schweißparameter führen können.
• Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann das ringförmige Kontaktteil konzentrisch zum Anpreßteil angeordnet und auf diesem mittels Rollen drehbar gelagert sein. Diese Rollen bewirken auch den Strom-und Wärmeübergang zum Kontaktteil.
• Gemäß einer anderen, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das ringförmige Kontaktteil größeren Durchmesser als das Anpreßteil aufweisen und eine zu diesem exzentrische Umlaufbewegung ausführen. Dies hat den besonderen Vorteil, daß das Kontaktteil auf einem beträchtlichen Teil seines Umlaufweges im Abstand vom Anpreßteil verläuft und deshalb dort unabhängig vom Anpreßteil z. B. gekühlt oder auch von anhaftenden Rückständen gereingigt werden kann. Auf seinem im Abstand vom Anpreßteil verlaufenden Umlaufweg kann das Kontaktteil durch zusätzliche Führungsrollen geführt und unterstützt sein.
• Der Antrieb des umlaufenden Kontaktteils kann durch das Anpreßteil oder aber durch eine oder mehrere am Kontaktteil angreifende Antriebsrollen bewirkt werden.
• Auf dem in Abstand vom Anpreßteil verlaufenden Teil des Umlaufweges des Kontaktteils kann eine Kühlvorrichtung, z. B. in Form eines Gebläses, und/oder eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen des Kontaktteils von anhaftendem Zinn od.dgl. angeordnet sein.
• Letztere kann z. B. aus Bürsten oder Schabern bestehen, gegebenenfalls verbunden mit einer Aufheizvorrichtung zum Aufheizen bis auf die Schmelztemperatur des zu entfernenden Teils.
• Diese und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
• F i g. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht die Elektrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; F i g. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie Il-II von Fig. 1; F i g. 3 und 4 zeigen in Seitenansicht beziehungsweise im Schnitt nach der Linie IV-IV eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 5 und 6 zeigen in entsprechender Darstellung eine Variante der Ausführungsform nach F i g. 3 und 4.
• Gemäß Fig. 1 sind zwei in üblicher (und daher nicht dargestellter) Weise drehbar gelagerte, angetriebene, an die Schweißstromquelle angeschlossene und gekühlte Elektrodenrollen 1 aus Kupfer vorgesehen, zwischen denen die zu verschweißenden Bleche 2 hindurchgeführt werden. Die Elektrodenrollen 1 liegen jedoch nicht unmittelbar an den Blechen 2 an, sondern dienen dazu, um jeweils einen Ring 3 aus Wolfram, Molybdän oder einem ähnlichen legierungsinerten und warmfesten Material, der zwischen der Elektrodenrolle 1 und dem Schweißgut 2 hindurchgeführt wird, gegen das Schweißgut anzupressen. Der Ring 3 aus Wolfram, Molybdän od. dgL kann auf beliebige Weise gefertigt sein, z. B.
• durch Sintern, Schmieden, Gießen od. dgl. Die Elektrodenrolle 1 ist somit als das Anpreßteil und auch Stromzuleitungsteil und der am Schweißgut 2 anliegende Ring 3 als das Kontaktteil der Vorrichtung anzusehen. Der Ring 3 hat größeren Durchmesser als die Elektrodenrolle 1 und berührt diese daher nur im Bereich der Schweißstelle, wo die Stromübertragung von der Elektrodenrolle 1 über den Kontaktteil 3 auf das Schweißgut 2 erfolgt, so daß sich die Schweißnaht 4 bildet. Auf dem übrigen Teil seines Umlaufweges verläuft der ringförmige Kontaktteil 3 im Abstand vom Anpreßteil 1. Er kann dort durch zusätzliche Stütz- und Führungsrollen 5 gestützt und geführt sein, die ebenso wie die als Anpreßteil dienende Elektrodenrolle 1 an ihrem Umfang Nuten zur Führung des ringförmigen Kontaktteils 3 aufweist Eine oder mehrere der Stütz-und Führungsrollen können auch als Treibrollen ausgebildet und synchron zum Antrieb des Anpreßteils 1 und zum Vorschub des Schweißgutes 2 angetrieben sein.
• Längs des Umlaufweges des in F i g. 1 unteren Kontaktteils 3 sind ferner eine Reinigungsstation, bestehend aus einem Aufheizelement 6, einer Drahtbürste 7 und einem Auffänger 8, sowie eine Kühlstation mit einem Gebläse 9 dargestellt Entsprechende Einrichtungen können selbstverständlich auch für das obere Kontaktteil 3 vorgesehen sein.
• Das Kontaktteil 3 kann je nach Material und Anwendungszweck unterschiedliche Querschnittsformen, z. B. rund, quadratisch, keilförmig aufweisen, wie sie zur Erzielung einer optimalen Schweißnaht, eines möglichst hohen Anpreßdruckes und/oder einer möglichst guten Führung auf dem Anpreßteil 1 oder den Führungsrollen 5 zweckmäßig sind.
• Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform besteht jede Elektrode aus einem rollenförmigen Anpreßteil 1, welches jedoch im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen nicht drehbar gelagert sein braucht. Auf dem Außenumfang des Anpreßteils 1, das vorzugsweise aus Kupfer besteht, mit der Schweißstromzuleitung verbunden und mit einer gegen das Schweißgut gerichteten Kraft beaufschlagbar ist, ist ein Ring 3 aus Wolfram, Molybdän od.dgl. drehbar mittels eines Kranzes von Rollen 10 nach Art eines Rollenlagers gelagert, so daß er eine Umlaufbewegung um das Anpreßteil 3 ausführen kann. Schweißdruck und Schweißstrom werden vom Anpreßteil 1 über die Rollen 10 auf den als Kontaktteil dienenden Ring 3 und von diesem auf das Schweißgut 2 übertragen. Die in Fig. 3 untere Elektrode hat den gleichen Aufbau wie die obere Elektrode, der deshalb nicht im einzelnen dargestellt ist.
• Für den zum Schweißgut 2 synchronen Antrieb des Ringes 3 kann eine außen anliegende Antriebsrolle 5 dienen.
• Die Ausführungsform nach F i g. 5 und 6 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 und 4 dadurch, daß das ringförmige Kontaktteil 3 in einer Nut des Anpreßteils 1 mittels Kugeln 10' gelagert ist. Ferner ist eine gesonderte Antriebsrolle für das Kontaktteil 3 weggelassen, so daß dessen Antrieb durch Mitnahme durch das Schweißgut 2 erfolgt. Im übrigen sind Aufbau und Funktionsweise die gleichen wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.
• Statt der dargestellten runden oder rechteckigen Querschnitte des Kontaktteils können auch bandförmige Querschnitte verwendet werden. Auch sind verschiedene Antriebsmöglichkeiten denkbar. Man kann das Anpreßteil antreiben, welches seine Bewegung auf das Kontaktteil überträgt. Man kann umgekehrt das Kontaktteil antreiben, welches seinerseits das Anpreßteil mitnimmt. Schließlich ist es möglich, nur auf das Schweißgut einen Vorschubantrieb einwirken zu lassen, so daß die Bewegung von Kontaktteil und Anpreßteil ausschließlich durch Reibungsmitnahme erfolgt. Besonders gute Schweißergebnisse dürften erreichbar sein, wenn sowohl das Schweißgut als auch das Elektrodensystem synchron angetrieben werden.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, mit im Vergleich zu Kupferdrahtelektroden wesentlich höheren Anpreßdrücken zu arbeiten, dadurch eine gute Quetschnahtbildung zu erreichen und Materialverdikkungen im Nahtbereich zu vermeiden und eine für die jeweils gewünschte Stromkonzentration erforderliche Elektrodeneindringtiefe zu erreichen. Aufgrund der guten Warmfestigkeit von Wolfram oder vergleichbaren Materialien tritt hierbei praktisch keine Querschnittsveränderung und/oder -längung des Kontaktteils ein.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum elektrischen Widerstands-Rollennahtschweißen mit zwei zur Abrollbewegung am Schweißgut bestimmten Elektrodenanordnungen, von denen mindestens die eine ein das Schweißgut nicht berührendes, an die Stromzufuhr angeschlossenes Anpreßteil aus einem elektrisch und thermisch gut leitfähigem Material, z. B. Kupfer, und ein als endlos umlaufendes Element ausgebildetes, zur abrollenden Anlage am Schweißgut bestimmtes Kontakteil, das beweglich um das Anpreßteil herumgeführt und von diesem gegen das Schweißgut anpreßbar ist, aufweist, dadurch gekennz e i c h n e t, daß das Kontaktteil (3) als ein starrer Ring aus einem legierungsinerten und warmfesten Material ausgebildet ist 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Kontaktteil (3) konzentrisch zum Anpreßteil (1) angeordnet und auf -diesem mittels Rollen (10) oder Kugeln (10') drehbar gelagert ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Kontaktteil (3) größeren Durchmesser als das Anpreßteil (1) aufweist und eine zu diesem exzentrische Umlaufbewegung ausführt.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Kontaktteil (3) in seinem im Abstand vom Anpreßteil (1) verlaufenden Bereich durch Stütz- und Führungsrollen (5) drehbar gelagert ist.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des umlaufenden Kontaktteils (3) durch das Anpreßteil (1) bewirkt wird.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine synchron zum Schweißgutvorschub antreibbare Antriebsrolle (5) am Kontaktteil angreift.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktteil (3) und das Anpreßteil (1) und/oder die Führungs- und Antriebsrollen (5) an ihren aneinander anliegenden Flächen aufgerauht und/oder mit im Sinne einer Verzahnung zusammenwirkenden Riffelungen versehen sind.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpreßteil (t) eine an den Querschnitt des Kontaktteils (3) angepaßte Führungsnut aufweist.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktteil (3) runden, flachen oder zum Schweißgut (2) hin keilförmigen Querschnitt aufweist.

   10 Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem im Abstand vom Anpreßteil (1) verlaufenden Teil des Umlaufweges des Kontaktteils (3) eine auf den Kontaktteil (3) einwirkende Kühlvorrichtung (9) und/oder Reinigungsvorrichtung (6, 7, 8) angeordnet ist.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktteil (3) aus Wolfram, Molybdän oder deren Legierungen besteht.

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Widerstands-Rollennahtschweißen mit zwei zu einer Abrollbewegung am Schweißgut bestimmten Elektrodenanordnungen, von denen mindestens die eine ein das Schweißgut nicht berührendes, an die Stromzufuhr angeschlossenes Anpreßteil aus einem elektrisch und thermisch gut leitfähigem Material, z. B. Kupfer, und ein als endlos umlaufendes Element ausgebildetes, zur abrollenden Anlage am Schweißgut bestimmtes Kontaktteil, das beweglich um das Anpreßteil herumgeführt und von diesem gegen das Schweißgut anpreßbar ist, aufweist.

   Es ist bekannt, daß das Widerstandsschweißen bestimmter Werkstoffe, insbesondere mit metallischen Überzügen wie Zinn, Zink, Blei usw. versehener Eisenbleche, in der industriellen Anwendung auf erhebliche Schwierigkeiten stößt, weil die üblicherweise verwendeten Elektroden auf Kupferbasis unter der Wirkung der Schweißtemperaturen und der Anpreßdrücke Legierungen mit dem Beschichtungswerkstoff des Schweißgutes eingehen und dadurch kontaminiert werden. Durch diese je nach den Schweißbedingungen unterschiedliche und im Verfahrensablauf nicht oder wenig beeinflußbare Legierungsbildung werden die Schweißparameter, insbesondere die den Strom- und Wärmedurchgang beeinflussenden Werkstoffkennwerte des Elektrodenmaterials verändert und dadurch die Schweißgefügebildung beeinträchtigt, so daß eine gleichmäßige Schweißnahtausbildung nicht mehr gewährleistet ist. Auch die mechanischen Eigenschaften der Elektroden wie Härte, Warmfestigkeit, geometrische Form usw. können durch die genannten Vorgänge verändert werden, wodurch ebenfalls die Schweißparameter und die Elektrodenstandzeiten beeinträchtigt werden.

   Aus der CH-PS 370175 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die genannten Schwierigkeiten dadurch vermieden werden sollen, daß das Kontaktteil der Elektrode als Draht, vorzugsweise aus Kupfer, ausgebildet ist, der um eine Anpreßrolle herumgelegt und angetrieben ist, so daß der Schweißstelle ständig frischer, noch nicht verunreinigter Draht zugeführt und der durch den Schweißvorgang verunreinigte Draht wegtransportiert wird. Gemäß einer Ausführungsform dieser bekannten Vorrichtung soll der Draht als endlose Schlinge über die Anpreßrolle und eine Umlenkrolle geführt sein und nach Verlassen der Schweißstelle eine Reinigungsvorrichtung durchlaufen, so daß er mehrfach verwendet werden kann. Der Kupferdraht erfährt durch den Schweißdruck und die Schweißtemperatur erhebliche Querschnittsänderungen, und ferner wäre eine hinreichende Reinigung des Drahtes von der durch Legierungsbildung verursachten Oberflächenkontamination nur unter beträchtlicher Materialwegnahme vom Drahtquerschnitt möglich.

   Diese querschnittsveränderten Einflüsse würden nur wenige Umläufe der endlosen Drahtschlinge zulassen, wobei sich überdies die Schweißparameter entsprechend den Querschnittsvariationen ändern würden.

   Auch nur annähernd ausreichende Standzeiten sind mit einer solchen Vorrichtung nicht erreichbar.

   Bei einer anderen Variante der bekannten Vorrichtung wird der Kupferdraht von einer Vorratsrolle abgewickelt und nach Durchlauf durch die Schweißstelle auf eine Aufnahmerolle aufgewickelt und dann aus der Vorrichtung entfernt und z. B. eingeschmolzen.