DE2365682A1

DE2365682A1 - Geraet zum hochfrequenzschweissen von metall oder metallen

Info

Publication number: DE2365682A1
Application number: DE2365682*A
Authority: DE
Inventors: Lain Charles Donald Mc
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1972-02-18
Filing date: 1973-02-16
Publication date: 1975-12-18
Also published as: DE2365692A1; GB1399843A; FR2172370A1; IT977356B; JPS4897429U; DE2307781A1; SE399526B; FR2172370B1; DE2365692C2; DE2365682C3; DE2365682B2; AU469480B2; CA952200A; AU5180373A; US3733453A

Description

PATENTANWÄLTE

Dr.-!ng. KAN3 RUSCHKE 1 Q Jc

Dipl.-Ing. OUF RUSCHKE ' °

DJp!.-lRg. HANS E. RUSCHKE

8 MUNCHHN SO

Pienzenauersiraße 2 2 3 6 5 § 8 2

OLIN OOBIORAMON, 91 Shelton Avenue New Haven, Connecticut 06504 USA

Gerät zum Hoohfrequenzschweissen von Metall oder Metallen

Die Erfindung betrifft ein Gerät mum. Hoohfraquenasohweissen von Metall oder M©t®ll©2iQ

Dies© ErfinöUang !©trifft - insbesondles¹© ©im© öl© f te öl® ?®Ef7©siäiaag IqI

Izaaater aezäte unä ?@rf^»@n isisS im d<sa 2 194 108 ims. 2 81.8

ti©sgswärffi® sia ¥e^ssliiw©i5soa^ ken® Esa oisie loifeo mn WaIs--

g B 012. f

Induktionsspule, welche ausreichend elektrische Energie liefert, um die treif enkanten auf S ohwei as temperatur zu erhitzen. Der Streifen durchläuft dann einen Schweisskasten, der wenigstens ein Paar gegenüberliegende Walzen enthält, die die erhitzten Streifenkanten mit ausreichender Kraft zusammendrücken, um die Kantan miteinander zu versohweissen, um so ein flüssigkeit^- und druckdichtes Rohr auszubilden«

Da Kupfer und Kupferlegierungen nicht magnetisch sind und demzufolge eine geringe Permeabilität und weiterhin eine hohe Leitfähigkeit hab©n_s ist mehr Energie erforderllch_s im die'Streifenkanten auf dl© S©te©is@t@iiperatm^ zu erhitzen,? gis -rom ©in Metall oder eis,® JutaglfSTWig mit ©ines? höheren

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Die induzierten Ströme in dem Stahlrahmen und anderen Teilen des Schweisskastens verursachen, dass letztere erhitzt werden und die elektrische Leistung wesentlich reduziert wird. Hieraus ergibt sich eine Verringerung der Betriebsgeschwindigkeit der Schwei&svorriohtung und eine Verschlechterung der Schweissqualität aufgrund der geringeren Geschwindigkeitο Weiterhin ergibt sich eine mechanische Instabilität mit zugeordneter Expansion des Stahlrahmens und anderen Teilen des Schweisskastene, da sie erhitzt werden«

Kurzstromwege existieren im allgemeinen ebenfalls innerhalb des Schweisskastens, die ebenfalls den Energieeingang zu den Streifenkanten reduzieren und die Gesamtleistung der Schweissvorrichtung herabsetzen.)

Gemäss der vorliegenden Erfindung werden die erwähnten Probleme, welche elektrische LeistungsVerluste und Verschlechterung der Schweissqualität verursachen, beseitigt, indem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ein Schweisskasten geschaffen wird, wobei eine niahtmagnetische Abschirmung mit hoher Leitfähigkeit über wenigstens diejenigen magnetischen Teile und Rahmen des Schweisskastens angeordnet· sind, welche der Induktionsspule gegenüberliegen, so dass

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sie von der Induktionsspule abgeschirmt und die zugehörigen elektrischen Verluste und andere.Probleme reduziert werden. In einer bevorzugten AvsführungBform ist die'Abschirmung über all den freiliegenden flächen der magnetischen Teile des Rahmens und anderen Teilen des Sohweiaekaatens angeordnet·

Bei einer anderen AusführungBform gemäsa der Erfindung werden die erwähnten Probleme im wesentlichen durch Ersetzen der freiliegenden Rahmen und Teile des Schweisskastens, die früher aus magnetischem Material wie beispielsweise Stahl hergestellt waren, durch nidatmagnetische Materialien mit einer Hohen leitfähigkeit beseitigte

Eine weitere Ausfuhrungsform gsmäss der Erfindung, die geeignet ist, elektrische Verluste aufgrund von Kurzschluss~ wegen innerhalb des Sehwsisskastens zu eliminieren, sehliesst isolierende Abstandshalter und andere Einrichtungen in dem Schw.eiaskastsn ein, um im wesentlichen die Kurzstrom— wege zu eliminieren^.»

Es ist demzufolge ein Gegenstand der Erfindung, einen verbesserten Sahweisskasten fur Hoehfrequenzfeuers-ch-weiBsen durch InduktionserhlTbaen zu :s:ehaffen, der eine verbesserte

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elektrische Wirksamkeit und mechanische Stabilität aufweistν -

Ein anderer Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Schweisskasten, wobei im wesentlichen alle magnetischen Metalle und Metalle mit geringer Leitfähigkeit in dem Rahmen und andere freiliegenden Teile eliminiert sind und durch nichtmagnetische Metalle mit hoher leitfähigkeit ersetzt sind oder von dem Feld der Induktionsspule mittels Anordnung einer ni chiaaagne tischen Metallabschirmung mit hoher Leitfähigkeit abgeschirmt sind«

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Schweisskasten in welchem Kurzstromwege, die in dem Schweisskasten während des Schweissens auftreten würden, mit Hilfe einer geeigneten Isolierung im wesentlichen eliminiert sind.

Weitere Gegenstände und Vorteile ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen·

In den Zeichnungen zeigen»

Fig. T schematisch eine bekannten Hochfrequenzfeuerschweiss· vorrichtung, bei welcher der Schweisskasten gemäss Erfindung angewendet werden kann?

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Figo 2 eine teilweise geschnittene Ansicht des Schweisskastens in Richtung des Rohrweges während des Schweissens gesehen^

Figo 3 einen Teilschnitt einer Schweiaswalssenanordnung des Schweisskastens gemäss Fig« 2, wobei eine nichtmagnetische Abschirmung bei den magnetischen Teilen des TeilZusammenbaues angeordnet ist|

Fig» 4 einen Teilschnitt einer Schweisswalaenanordnung des Schweisskastens- nach ]Pig_e 2_V wobei zwischen der Schweisswalze und dem Hest der Konstruktion eine Isolierung angeordnet ist_s um eo einen Kurzstromweg innerhalb des Schweisskastens zu. eliminieren<,

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig» 1 ist ein typisches Schweissgerät 1 zum Yereohweissen eines Metallstreifens in der Form eines vorgeformten offenen Hohres 2 in ein Rohr gezeigt₀ Bas Gerät ksnn die gegenüberliegenden Kanten 3 und 4 miteinander TrersoiLweisseiij, welch© den längs spalt 5 in dem offenen Metallrohr 2 bilden®

Das offene Rohr 2 wird in einem Walzwerk (nicht gezeigt) _s welches in Fluchtung unmittelbar vor dem Gerät 1 angeordnet 'ist_s geformt«. Das Walzwerk ist bekannter Art uad kann ©in©

Vielzahl von Walzgerüsten oder Matrizen enthalten, welche den Metallstreifen in ein offenes Rohr formen. Es aei verstanden, dass andere Walzgerliste in einer Linie unmittelbar nach dem Gerät 1 angeordnet sein können, um weiterhin das Eohr zu formen, "beispielsweise die Rundheit zu korrigieren» Die Walzgerüste sind im allgemeinen energieangetrieben und schaffen demzufolge eine Einrichtung zum schnellen und länglichen Yoreilen des Rohres ο Alternativ kann diese Einrichtung angetriebene Schweisswalzen 6 aufweisen, wie diea gezeigt ist·

Die Schweisswalzen 6 "bestehen aus einem Paar Druckrollen bekannter Art, die die gegenüberliegenden Seiten das Rohres 2 angreifen und verursachen, dass sich der längs erstreckende Schlitz 5 im wesentlichen an dem Schweissjpunkt 7 sehliesst, um einen Y-förmigen Schlitz 8 zu bilden* Wenn das offene Rohr sich zu dem Sehweisspunkt 7 "bewegt, werden die Kanten 3 und 4 an dem Spalt 8 längs der Sehweissnaht 9 zusammengeBehweisBto

Die Xanten 3 und 4 an dem Y-f örmigen Schlitz 8 werden mittels einer Induktionsspule 10 oder kontakten erhitzt· Die Induktionsspule 10 ist eine Spule mit einer Windung! jedoch könnte auch eine Spule mit mehreren Windungen die gezeigte S;püle mit einer Windung ersetzen*

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Die Spule 1© ist als S©te3l©d.©a©tallj?o2ar aiisgsMMst. 31© Spule ist ©l©k:tais©ia mit ©Inai? SselafsrsgaeassfeHSEagiafiU.© (nicht g©seig~fc| ^©a?]biuuad.©ai« Wgt HoelifBsipaaiazsifess lbeit;3?agt 2iO23aaXsrs?©JLse w©3aJ.gs"t®as 100 ICHjs laxid. iros g

400" JEHZ ©der Mäkele Bi© -Spul© ist eibeaSaüs Hi^ exner Quelle ©Ines KiUals©üams faalßllat g©aeigt| F©2^iaas das fioto? ströffltg aaa ss vor VtmTM.tsiMBg mm

Bas G-ex-ät 1 Irass ajacla ä.ie f©lgeaä.sa wie dies in Fig« 1 gezeigt ist* Eia Wiäarstiaiai. I BBiM₃ tarn di© Wx3?&B®efceit d©3? ljidii&lä.©BBi35al.© tu MSlnmg deir Jmpsdsaa.^ d©a? Äsela£3?ei|_öe3aEB"iTc®2iaireg© iffi wärtige !Peil des ©ffeaea Bofares 2 sia ©rlaSlaeiae Misjüäiaxsla wiajcL der StrojHifliass mni das räelkwäiriige 3?©il äes B©iir©s 2 rsämsieirifc land der Staxsiafliass längs dea Molirlcsiatsia 3 msl 4 ©rMSilfc, τοπ. einaa Psaafel» aa deT Mcsliaciap."!© 3 Meisen &®τ S^nOLe SeiweisspiäiilA 7 laasi. ssnmicfc läiags deir gegeafiiseTliegeiaÄea zu einem Ißxmkfc Im der Iahe der Spule 1© füess^» ffi.e3^,iia ©τ— gibt; sieh eine iso-iifcsaeere ErJaiisraaag dex SaEibeia 3 sisaä 4-offeaea fiolttes 2_a wofeei die Ean^em auf Sf&velss^eoapeica siiai. ₉ weiaaa. sie ■ den Scbvelsspioikt f szxexdies.·

Ber Widerstaaä I %™ irgenäeine TBelxsemt© EoJMslaajutfeioii. aaafweässa umfasst einen Haaatel 11» der ffiit &ΪΜ&Β.

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Stützarm 12 verbunden ist, der sich abwärts durch den Spalt erstreckt· Die tatsächliche Ausbildung des Mantels 11, der in Fig. 1 gezeigt ist, ist lediglich schematisoh und lcann ;jeae geeignete Form aufweisen.»

Eine Quelle eines Kühlmediums (nicht gezeigt) wie beispielsweise Wasser ist mit dem hohlen Stützarm 12 verbunden, so dass Wasser in den Mantel 11 und um einen Kern eines magnetischen Materials M fliessen kann, der darin gehalten ist« Das magnetische Material in dem Kern sollte isolierend sein, um den Kern im wesentlichen frei von den Wirbelstromverlusten zu halten. Der Kern ist vorzugsweise ein Isoliermaterial aus gesintertem Magnetoxyd, vorzugsweise der bekannten Art, die einen geringen Verlustfaktor und einen hohen spezifischen Widerstand aufweisen» Bin geeignetes Material wird unter dem Hamen ^tt£erramicⁿ von der Fa. G-eneral Ceramik and Steatite Corp» angeboten, dessen Permeabilität im wesentlichen grosser als eine Einheit ist* Das Kühlmedium, welches durch den hohlen Stützarm 12 strömt, fliesst innerhalb des Mantels 11 und um den ^MEerramic-"Kern M_t um den Kern zu kühlen und wird im allgemeinen innerhalb des geschweissten Rohres 13 abgezogene

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Da weiterhin der Winkel des V-f örmigen Schlitzes 8 wesentlich ist, iat eine Nahtflihrungs einrichtung 14 im allgemeinen an eiian Punkt von der Induktionnöpule 10 *ngeordnel, um die Kanten des Rohres 2 in genauem Abstand voneinander zu erhalten und um somit den gewünschten Winkel zu erzielen. ])ie NahtfUhrungseinrichtung kann aus einem geeigneten Isoliermaterial sein und erstreckt sich abwärts in den Spalt, so dass das Walzgerüst vor dieser Stellung (nicht gezeigt) verursacht, dass die Rohrkanten 3 und 4 gegen gegenüberliegenden Seiten der Nahtfüiirong 14 gedrückt werden, so dass die Kanten einen gleiotmäeeigen Abstand behalten»

Unter Bezugnahme auf Fig.. 2 ist eine Schnittansichi; einer typischen Schweisskastenkonstruktion 20 gezeigt» .Ber Schweisskasten 20 hält die Schweisswalsen 6 in einer eins teilbaren Beziehung, so dass der Abstand zwischen aem Walzen Terändert werden kann, um den Grad des Feuerschweissene zu ändern und weiterhin dass sie mit der Längsachse des geschweissten Rohres fluchten können» Die Schweisskestenkonstruktion 20 nach Figo 2 ist bekannter Art» Die strukturellen Merkmale des Schweisskastens 20 nach Fig« 2 werden nachfolgend kurz beispielsweise erläutert«,

Der in Figo 2 gezeigte Schweisskasten ist ein mit zwei Schweisswalzen 6 und in horizontaler Richtung auf.

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einem schweren Maschinenbett (miiclat gezeigt) das normalerweise auch öle Walzern ©dear Matrizen. (nicht gezeigt), welche den Streifen iaa di© Form eines offenen Rohres nach Fig» 1 £ozsaexu Bi© Jm&ukfc±GimBTpuL& 10 nach Fig« 1 ist genau νοί·-dem.Sdaareisskästea a3igeoa?fliiet, land das Eohr 11 laewegt sicli In ©in© Meiitiääagg weg v©n daa Betraciiter»

Ber in Fig«, 2 gezeigte ScIbiweisaiSiasten mit zwei WaXzem. ist lediglich. Beispiels weis e^ imt Jede &©Jfcä&nt© Selmsiaskaat©!!- lconstruktion kaan geeignet seim.₃ a die Wirfcsasäköit gsaäss der irorliegeiadeii Erf indiai^ zu Terlsessoriij wi© dies uaßli— folgend beschrieben, wird« Bemz^folge kann der Sciweisslcasteia fflelir als 'zwei Walzen, feeispielsweise drei oder Trier Walzen aufweisen, die !bekannt sind,

In dem Schweiss&asiien 20 naeh KLg· 2 ist eine Iksdemplatte vorgesehen, die auf dem lüascMnenbett (iäc3a.t gezeigt) angeordnet werden kann. Auf der OherflMohe der Bodenplatte 21 ist eine Basisplatte 22 des Sclareissuaasteiis 20 angeordnet, der horizontal gegen die Bodenplatte 21 bewegbar ist, um die Mittelacnse zwischen den Schweisswalaen 6 mit der iflittelachse der Walzgerüst oder Matrizen (nicht gezeigt)

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auszurichten_β Der Kasten 20 ist seinerseits von rechtwinkliger Konstruktion mit zwei Seitenwänden 23 und zwei Endwänden 24» die miteinander verbunden sind, um einen rechteolclgen Kasten zu bilden, und welohe ebenfalls mit der Bodenplatte 22 verbunden sind» Die fände 23 und 24 und die Bodenplatte 22 sind mit Hilfe herkömmlicher Befestiger wie beispieleweise Bolzen miteinander verbunden, oder sie sind vorzugsweise miteinander vereohweiest·

Die Bewegung des Schweisskastens 20 gegen die Bodenplatte 21 erfolgt mittels einer Schraubeneinstellung 25«· Nachdem eine geeignete Ausrichtung erzielt ist» wird die Bodenplatte des Sehweisski.stens an der Basisplatte mittels. Bolzen B befestigt« Jede Schweisswalze 6 ist in einem bewegbaren Schlitten 26 getragen* Jede Seitenwand 23 hat eine Hohlnut 27» die gleitfcar den bewegbaren Schlitten 26 aufnehmen kanne

Auf jeder Seite eines jeden Trägers 26 in Übereinstimmung mit den Seitenwänden 23 des Schweieskastens 20 ist ein erhobener Abschnitt 28 oder ein Keil angeordnet, welcher innerhalb der Nuten 27 in den Seitenwänden 23 des Schweisskastens gleiten kann, um so die Horizontalbewegung der S chvireiss walzen' 6 in dem Schweisskasten 20 zu ermöglichen«.

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Wie "bei dem geschnittenen Schlitten 26 gezeigt ist, hat jeder Schlitten ein Loch 29* durch welche sioh ein Wellenstumpf 30 erstreckt«

Es sind lager 31 und 32 verwendet, um die Drehbewegung des Well ens turnpikes 30 innerhalb des Schlittens zu schaffen. Eine Einrichtung 33 zum Schmieren der lager 31 und 32 ist beispielsweise in der -Form, einer Passung 34 und leitungen 35 und 36 vorgesehen, die mit dem loch 29 und den lagern 31 und 32 in Verbindung, stehen«.

Es sind Dichtungen 37 vorgesehen, um zu verhindern, dass eine beträchtliche Schmiermittelmenge austritt. Jedes lager 31 und 32 passt in versenkte Abschnitte 38 des loches 29, die sich von der oberen und unteren Seite des Schlittens 26 erstrecken« Die Toleranzen zwischen dem Wellenstumpf 30, den lagern 31 und 32 und den Abschnitten 38 des Schlittens 26 müssen sehr gering gehalten werden, so dass eine Ausrichtung der Schweisswalzen 6 und ihre mechanische Stabilität aufrecht erhalten werden können»

Am unteren Ende des Wellenstumpfes 30 ist ein mit Gewinde versehener Abscnitt 39 vorgesehen und an dem oberen Ende ist ein Plansch 40 angeordnet, der auf dem oberen lager 32

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gleitet ο Eine Mutter 41 ist auf deaa mit Gewinde versehenen Abschnitten 39 dea Wellenstumpfes 30 gesichert, um den Wellenstumpf in seiner lage zu blockieren<> An der oberen Seite des Flansches 40 des Wellenstumpfes 30 und einstückig damit ist ein Ilabenabschnitt 42 vorgesehen, um welchen die Schwöisswalze 6 gesichert sein kann. Die Schweisswalze 6 umfasst eine zylindrische Walze mit einer halbkreisförmigen Ausnehmung 43 an ihrem Umfang_β Die Ausbildung der Ausnehmung wird von dem Querschnitt des zu schweissenden Rohres bestimmt und kann gewünsehtenfalls ausgewählt werden» Die Schweisswalze 6 weist ein Loch 44 auf, das sich zentral dadurch, von ihrer oberen Fläche erstreckt und einen versenkten Bohrungsabschnitt 45 auf, der konzentrisch mit dem loch 44 ist und sich von der unteren Fläche der Walze erstreckt und um die Habe 42 des Wellenstumpfes 30 passt. Ein mit Gewinde versehenes Loch 46 in dem Wellenstumpf 30, welches sich im wesentlichen durch seine Mitte erstreckt, ist vorgesehen, und die Schweisswalze 6 ist an dem Wellenstumpf mit Hilfe eines Bolzens 47 angeordnet, der sich durch das Loch 44 in der Schweisswalze 6 erstreckt und in das mit Gewinde versehene Loch. 46 geschraubt ist· Die Schweisswalze 6 und der Schlitten 26 auf der anderen Seite des Schweisskastens 20 haben genau die gleiche Konstruktion·

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Der Abstand zwischen den Schweisswalzen 6 kann mit Hilfe einer Gewindewelle 48 eingestellt werden-, welche Absohnitte 49 und 50 aufweist, die mit entgegengesetzt gerichteten Gewinden auf jeder Seite eines gewindelosen Abschnittes 51 versehen sind» Jeder der entsprechenden Abschnitte 49 und 50 erstreckt sich mit in mit Gewinde versehene Löcher 52 und 55 in jedem Schlitten 26, so dass, wenn die Welle in einer gegebenen Richtung gedreht wird, die Schweisswalzen entweder enger zueinander oder weiter voneinander bewegt werden» Eine Mikrometerscheibe 54 ist vorgesehen, um den Abstand zwischen den Schweisswalzen genau einzustellen. .

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde es gefunden, dass es bei Verwendung von Hochfrequenzinduktionsschweissen zum Schweissen von Kupfer oder Kupferlegierungestreif en. in ein Rohr notwendig ist, hohe Energieniveaus wegen der hohen leitfähigkeit und geringen magnetischen Permeabilität des Kupfers und der Kupferlegierungen zu verwenden» Die Induktionsspule 10 nach Figo 1, welche den Strom zu den Rohrkanten 3 und 4 führt, die miteinander verschweisst werden sollen, ist so nahe wie möglich unmittelbar vor der. 3 chwe isswalz en 6 und demzufolge in enger Nähe zum Schweisskasten 20 nach I¹Xg₀ 2 angeordnet, der die Schweisswalzen,hält. ■;. . - ·

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Bei bekannten Schweisskästen 20 waren lediglich die Schweisswalzen 6 aus nichtmagnetischen Metallen mit einer hohen leitfähigkeit₀ Alle anderen Metallteile des Schweisskastens -20 wie die Bodenplatte 22", die Seiteriwände 23 und die Endwände 24, welche den Rahmen bilden, der Schlitten 26, der Wellenatumpf 30, die lager 31 und 32 und verschiedene andere Teile wurden aus Metallen mit hoher magnetischer Permeabilität und geringer !leitfähigkeit wie beispielsweise Stahl hergestellt· Da die Induktionsspule 10 sehr nahe an diesen !eilen angeordnet ist, wurde eine bemerkenswerte Menge des induzierbaren Stromes'von der Induktionsspule von diesen !Peilen durch Induktion abgezogen* Der in den Teilen des Schweisskastens 20 induzierte Strom verursacht, dass sie. sich aufgrund ihrer geringen leitfähigkeit mit folglicher Expansion erhitz en<> Di© Expansion dieser " Teile ändert das mechanische Ausrichte»-des Schweisskastens 20 und der Schweisswalzen 6, woraus sich eine mechanische " Instabilität an den Sehweisswalzen ergibt, welche Schweis- V suiigen lieferten j die schlecht- ^der geringer Qualität sind_o. Bas Abziehen eines. Teiles des induzierbaren Stromes von der-Spule 10 kann ebenfalls eine: Variation= des in di β-Streif enkanten 3 und. 4; induzierten Stromes verursachen,; - - , woraus, sich eine elektrische Instabilität ergibt^ die- ·-- ebenfalls eine nachteilige Wirkung auf die Schweissqualität

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insbesondere für Legierungen hat, welche einen engen liquidus- zu Solidustemperaturbereich haben·

Die Wirksamkeit des Schweissgerätes wird weiter herabgesetzt, weil der wesentliche Teil des induzierbaren Stromes aus der Spule 10, der in die Schweisskastenteile eher als in die Streifenkanten 3 und 4 induziert ist, eine geringere Schweissgeschwindigkeit verursacht. Diese Reduzierung der Sehweissgeschwindigkeit verursacht eine weitere Verschlechterung der Schweissqualität, da die Wirkungen der erwähnten mechanischen und elektrischen Instabilitäten deutlicher auftreten und es wird auch die Breite der wärmebeaufschlagten Zone der Schweissung vorgrössert«

Ein weiteres Problem, das bei herkömmlichen Schweisskästen 20 auftritt, besteht darin, dass ein Teil des Stromes, welcher in den Streifenkanten 3 und 4 induziert ist, von Kurzstromwegen in dem Schweisskasten selbst abgezogen wird. Wie in Zusammenhang mit Pig« 1 beschrieben ist, wird der Strom in eine Streifenkante 3 oder 4 induziert und wandert zu dem Schweisspunkt 7 unf zurück längs der gegenüberliegenden Streifenkante 3 oder 4, um den Kreis zu vervollständigeno Der Kreis könnte auch durch einen Stromflusa um den Aussenumfang des Rohres 2 vervollständigt werden, und

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Widerstände I werden verwendet, um die Impedanz dieses Weges zu erhöhen, um so solche Stromverluste zu reduzieren«, Jedoch kann Strom auch von den Streifenkanten mittels anderer Kurzstromwege abgezogen werden, die in dem Schweisskasten 20 gefunden werden können< >

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 könnte ein Teil des Stromes von den Streifenkanten 3 und 4 abgezogen werden, indem er von einer der Kanten zu der gegenüberliegenden Kante über den Kurzstromweg fliesst, der in der folgenden . Reihe der Schwelsskastenteile vorkommt:

Schweisswalzen 6, Wellenstumpf 30, lager 31 und 32, Schlitten 26, Seitenwände 23, gegenüberliegende Schlitten 26, gegenüberliegende Lager 31 und 32, gegenüberliegender Wellenstumpf 30 und gegenüberliegende Schweisswalzen 6„ Dieser Weg ist ähnlich dem Weg um den Umfang des Eohres 2, jedoch wird die Impedanz dieses Weges nicht bemerkenswert durch Verwendung eines Widerstandes I beeinflusst, und demzufolge wird ein Teil des induzierten Stromes in den Streifenkanten 3 und 4 durch diesen Kurzstromweg abgezogen, wie er aufgezählt isto

Bei anderen S chweisskastenaus bildung en sind andere Kurzstromwege ebenfalls gefunden worden, beispielsweise könnte

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sich der Wellenstumpf 30 vollständig durch die Schweisswalze erstrecken, und sein oberer Abschnitt könnte-in einer geeigneten Buchse oder Lager gehalten werden, dass in einem zweckniässigen, nicht geeigneten Träger- oder Verstrebungsmechanismus angeordnet ist_o Der Zweck einer solchen Konstruktion würde weiterhin <&b mechanische^x Stabilität der Schweisswalzen 6 verbessern^ Wenn die Verstrebungen einer jeden Sphweisswalze miteinander verbunden wären, würde sich auf eine Weise wiederum ein Kurzetromweg ergeben. Bei anderen Sphweisskastenausbildungen mit mehr als zwei Schweisswalzen sind selbst mehrere Kurzstromwege gefunden wordene Durch Abziehen von Strom von den Streifenkanten reduzieren diese Kurzstromwege die Wirksamkeit des Schweissgerätes mit folglicher Reduzierung der Schweissgeschwindigkeiteno

Zwecks fberwindung dieser Nachteile ist gemäss einer Ausführungsform der Hrfindung eine nichtmagnetische_f metallische Abschirmung mit hoher leitfähigkeit zwischen den magnetischen .Teilen des Schweisskastens 20 und denjenigen geringer Leitfähigkeit und dem Induktionsfeld der Spule angeordnete

In Pig« 3 ist ein Beispiel gezeigt, wie diese Abschirmung angeordnet sein kann. Ein Absohirmmetall, 60 ist um die b Io s ag el eg ten Oberflächen des Schlittens 26 und des Wellenaturapfes 30 angeordnet. Vorzugsweise sollte das Abschirmmetall 60 ein Blech mit einer Dicke von wenigstens 0,76 mm sein, das eine geringe magnetische Permeabilität und eine hohe leitfähigkeit aufweist» Kupferblech wurde als äusserst wirksam für diesen Zweok gefunden. Vorzugsweise sollte das Abschirmmetall 60 eine Dicke von wenigstens 1,01 μ aufweisen.

Während in Mg₀ 3 lediglich die Verwendung einer Abschirmung um die freigelegten Oberflächen des. Schlittens 26 und des Wellenstumpfes 30 gezeigt ist, ist es verständlich, dass eine Abschirmung auch um die Seitenwände 23 und Endwände 24 und andere freigelegten Teile des Schweisskastens 20 angeordnet werden könnte«. Die Abschirmung 60 ist vorzugsweise über allen sichtbaren Oberflächen der magnetischen Teile und derjenigen Teile des Schweisskastens 20 vorgesehen, die eine geringe Leitfähigkeit aufweisen! Jedoch ist es lediglich notwendig, dass sie auf solche» Oberflächen angeordnet ist, die der Induktionsspule 10 zugewandt und hierzu in nächster Nähe angeordnet sind, dph. normalerweise der Vorderabschnit 1; des Schweisskastens 20, wie dies in Pig« 2 gezeigt ist«

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Das Abachirmmetall 60 kann in jeder gewünschten Weise für die freigelegten Oberflächen der magnetischen Teile des Schweiaakastens 20 angewandt werden< > Demzufolge könnte beispielsweise ein Kupferbleoh 60 lediglich in eine geeignete Form gebogen und über den entsprechenden Teilen des Schweisskastens 20 angeordnet werden, die abzuschirmen sind«. Alternativ könnte das Absohirmmetall 60 auf die freigelegten Oberflächen dieser Teile aufgetragen oder in anderer Weise mit diesen Flächen nittels bekannter Einrichtungen verbunden werden» Es ist lediglich wesentlich, dass die Abschirmung zwischen den genannten Teilen des Schweisskastens 20 und dem Induktionsfeld der Spule 10 angeordnet wird.

Während es gefunden worden ist, dass eine Abschirmung der magnetischen Teile und der Teile geringer !leitfähigkeit des Schweisskastens 20 mit nichtmagnetischen Metallen mit hoher Leitfähigkeit wirksam ist, um die genannten Stromverluste zu reduzieren, wurde es in Übereinstimmung mit dem "bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gefunden, dass eine weitere Verbesserung erzielt werden kann, wenn diejenigen Teile des Schweisskastens 20, die früher aus magnetischen Metallen und Metallen geringer Leit-

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fähigkeit hergestellt sind, wie beispielsweise die Stümmelwelle 30, die Schweisswalze 6, der Schlitten 26 und der Schweisskastenrahmen, der aus den Seitenwänden 23» den Endwänden 24 und der Bodenplatte 22 besteht und möglioherweiao seihat die Binatel.lsohraube aus hichtmaghetisciien Metallen mit hoher Leitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer oder Kupfer legierungen wie beispielsweise Aluminiumbronze hergestellt werden*

Duroh Ausbilden des Schweisskastens 20 im wesentlichen vollständig aus niehtmeghetisohen Metallen ergibt sich ein wesentlicher Abfall der erwähnten Stromverluste aus der Induktionsspule 10 und eine wesentliche Verbesserung in der Wirksamkeit des Schweissgerätes, so dass höhere Schweissgeschwindigkeiten mit verbesserter Schweissqualität gestattet werden< > Weiterhin sind die Teile des Schweisskastens 20", die aus Kupfer oder Kupferlegierungen hergestellt sind, die eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, nicht einer so grrssen Erhitzung unterworfen, wie Stahlteile, so dass im wesentlichen die mechanische Instabilität dieser bekannten Schweisskästen eliminiert wird»

Bei dem Schweisskasten 20 nach Figo 2 sind die lager 31 und 32 gut von dem Induktionsfeld der Spule 10 durch den

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Schlitten 26 und dem Vif eilenflansch 40 abgeschirmt» Dies ist dann die bevorzugteste Anordnung der Lager 31 und 32« Es iat in der Technik Jedoch allgemein üblich, dass die Lager innerhalb der Sohweisswalzen angeordnet sind, so dass die Schweisawalzen um eine feste Welle rotieren· Eine solche Konstruktion ist jedoch wesentlich schlechter als die in Pig« 2 gezeigte Anordnung, die gemäss vorliegender Erfindung bevorzugt istο

Die Gesamtwirksamkeit des Schweisskastens 20 kann weiterhin durch Eliminierung der Kurzstromwege in den Schweisskasten verbessert werden, wie durch Vorsehen einer Isolierung zwischen einigen Teilen in den erwähnten Kurzstromwegen in dem Schweisskasten. Um eine ausreichende mechanische Stabilität der Schweisswalzen 6 aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, dass diese Isolierung zwischen Teilen des Schweisskastens in dem Kurzstromweg angeordnet ist, welche sich nicht zueinander bewegen«, Beispielsweise könnte in dem Sohweisskasten nach Fig. 2 die Isolierung zwischen der Schweisswalze 6 und der Stummely/elle 30 angeordnet sein, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, weil dmese beiden Teile sich nicht zueinander bewegen«.

Der Bolzen 47, welcher die Schweisswalze 6 mit der Stummel- · welle 30'befestigt, wäre von der Schweisswalze 6 durch

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eine Isolierscheibe 70 und eine. Isolierhülse 71 in dem Loch 44 iüoliert. Die Schweisswalze 6 würde selbst
von der Stummelwelle 30 durch eine Isolierkappe 72
isoliert sein, die über der Nabe 42 angeordnet ist und sich über den Flansch 40 der Stummelwelle erstreckte

Das besondere Isoliermaterial kann gewünsentenfalls aus vielen bekannten Materialien, wie beispielsweise Teflon oder Nylon ausgewählt sein»

Bei anderen Schweisskastenausbildungen könnten die Kurzstromwege in einer ähnlichen Weise eliminiert werden, indem eine Isoliereinrichtung zwischen zwei der Teile des Schweisskastens in dem Kurzstromweg oder den Wegen angeordnet wird, die sich nicht zueinander bewegen«

Demzufolge wird in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Schweisskasten für Hochfrequenzschweissung geschaffen, der eine bemerkenswert verbesserte elektrische Wirksamkeit und mechanische Stabilität aufweist und somit das Schwelseen eines Streifens in ein Eohr mit höheren Geschwindigkeiten erlaubte Der Schweisskasten ist besonders für das Schweissen von Kupfer und Kupferlegierungen und anderen nichtmagnetischen Legierungen geeignet, die relativ hohe Leitfähigkeiten -haben»

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Die erwänten Verbesserungen werden entweder durch Abschirmen der genannten freigelegten Komponenten des Schweisskastens mit einem nichtmagnetischen Material mit hoher Leitfähigkeit oder durch Bilden dieser Kompnenten der bekannten Schweisskästen aus nlohtmagnetischen Metallen mit hoher Leitfähigkeit oder durch Eliminieren der Kurzstromwege in den Schweisskäaten durch zweokmäseiges Isolieren der 'feile des Schweisskastens in den Kurzstromwegen erzielt, welche sich nicht bezliglioh zueinander bewegen oder durch eine Kombination dieser Ausbildungen·

Ein magnetisches Material oder ein Metall ist in der obigen Beschreibung verwendet und als solches definiert, das eine hohe magnetische Permeabilität /U im allgemeinen oberhalb 1QoOQO oerstedt aufweist. Ein nichtmagnetisches Material oder Metall, wie oben beschrieben ist, bezieht sich auf ein solches, welches eine geringe magnetische Permeabilität / weniger als 10 Oerstedt und vorzugsweise ungefähr 1 aufweiste

Die freigelegten Teile des Schweisskastens in der obigen Beschreibung sind solche Teile, welche dem Induktionsfeld der Spule ausgesetzt sind, und ihre zugehörige elektrische Leitung in Verbindern (nicht gezeigt) nämlich solche Teile

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dee Schweisskastens, in denen Strom duroh Wirkung der Induktionsspule und/oder ihres Leitungssystems induziert werden kann,,

Die obige erwähnte Leitfähigkeit bezieht eich sowohl auf elektrische als auch· auf Wärmeleitfähigkeit, Ein Metall 1 mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ist ein Bolches, das eine elektriache Leitfähigkeit von wenigstens 15 "/> LAOS und vorzugsweise wenigstens 25 $> IAOS aufweist und das eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 192 kcal/ h/m^2oC/m (25 B.T.n/sqyft/ft/hr,/⁰*¹) und vorzugsweise wenigstens 2068 kcal/h/m^2oc/m (35 B.tu/sq,ft/fto/hr/°F) aufweist.

Die in der obigen Beschreibung erwähnten Stähle können irgendein bekannter Stahl oder eine Stahllegierung sein» Während die Erfindung mit Bezugnahme auf die /bevorzugte Verwendung von Kupfer oder Kupferlegierungen als Ersatzmetalle beschrieben worden ist, können andere nichtmagnetische Metalle mit hoher Leitfähigkeit verwendet werden ₀

Die Erfindung ist ebenfalls anwendbar bei Hochfrequenzschweissen, wobei Kontakte anstelle einer Induktionsspule verwendet werden» Die elektrische Leitung in dem System,

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die mit den Kontakten verbunden ist, ist induktiven Stromverlusten in den Sohweisskastenteilen in einer Art ähnlich der Induktionsspule und ihrer leitung in dem System unterworfen..

Während die Erfindung mit Bezug auf das Verschweissen eines Metallstreifens in ein Rohr beschrieben worden ist, ist sie auch für andere Hochfrequenzschweiesverfahren wie beispielsweise das Versehweissen von G-efiigen und unähnlichen Metallen geeignet.

Die Erfindung kann in anderen Formen ausgebildet oder auf andere Weise durchgeführt werden,' ohne sich dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen»

Claims

Patentansprüche

1. Gerät zum Hochf requenzBdiwelasen von Metall oder Metallen» mit einer Einrichtung sum Erhitzen des Metallee oder der Metalle auf Sohweisstemperatur länge einer Schweisenaht «nd mit einem Sclweissliasten in enger Nähe tu der Erhitzungeinrichtung» wobei der Sehweisskaeten das Metall oder die Metalle von der ErMtzungseinrichtung empfängt und das Metall oder die Metalle miteinander länge einer Sohweiaanaht feuer«· verschwelest, wobei der Echweise&asten eine Vielsahl von Metallteilen mit hoher magnetisoher Permeabilität und geringer Leitfähigkeit einsehliesslich eines Motallrahaens, wenigstens zweier von dem Rahmen einstellbar getragenen Schlitten» wenigstens) einer drehbaren Welle» die eine -chrreisewalae aufnehmen lcann, welche von jider der Wellen getragen iat_f einechliesst» dadurch gekennaeichnet» dass die nichts»gnetieühe Ketallabschirmung eine hohe Leitfähigkeit aufweist und wischen der Erhitzungseinrichtung und denjenigen Seilen des Schwele·«· käst ens angeordnet ist» die dem Induktionefeld der ErhitBungs-· einrichtung ausgesetet sind*

2. Gerät nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet ₉ dass das Metall oder die Metalle einen Streifen umfassen, der sich längs erstreckende Kanten eua Verscfrweiaeen In ein Rohr aufweist·

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3# Gerät nach Anspruch 1» dadurch gekenneeiehnetf dass die niohtoagnetiaohe Metallabeohiraun£ eine aagaetiaehe Penatabilität von weniger als 10 Oeroted aufweist.

4· Gerät nach Anspruch 2, daduroh ^ekonnaeiohnet, das3 das nicirtmagnotisohe Metall ein« Wämoleitfäiii^keit von 192 kcalA/»i²⁰<Va (35 B»tVeq.f1/*t·/*«/**) u»d eine von wenigstens 15 ;5 IAOS aufweist·

5· öerät nach Aiiopruoh 4, dadurch sö^ennfseioiaiet, dasa die niohtmagnatiache iietaUabeoliirmunö ICuper oder oina Kupforlegitrunß ist·

6· aerüt nach Awapruch 5» dadurch gekonnaeiolmet, dass die nichtaaenetieche Metallabaohlrmun^ ein Kupf erttloch mit einer Dicke von wenig·tene 0,76 sau ist»

7· Gerät nach Anapruoh 6, dadurch gekonaaeichnet» dass dae Kupferblech eine Dicke von vrenig^tens 1,02 ram aufweist·

ι * ·♦ Leerseite