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Verfahren und Anordnung zum Verschweissen zweier Metallteile mittels
Hochfrequenzstrom
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Anordnungen bzw. Vorrichtungen zum Aneinanderschweissen von Metallteilen durch Widerstandserhitzung mittels elektrischen Hochfrequenzstromes, der den miteinander zu verschweissenden Metallrändern zugeführt und an diesen entlang geleitet wird. Die Erfindung ist insbesondere zum Stumpfschweissen und zum überlappenden Schweissen der Enden bzw. Ränder von Stahlblechen oder Bandmetall geeignet.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die mit geringem Abstand parallel zueinander verlaufenden Rän-
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ten Strom entlang dem Rand des einen Werkstückes bis zu dessen Ende fliessen lässt, ihn dann zu dem entsprechenden Ende des andern Werkstückes überleitet und an dessen Rand entlang zu der Stromquelle zurückführt. Dabei sollten die in entgegengesetzter Richtung in den beiden nahe beieinander verlaufenden Rändern fliessendenHochfrequenzströme durch gegenseitige Induktion an den zu verschweissenden Flächen der Ränder derart konzentriert werden, dass die Schweissränder auf die genaue Schweisstemperatur erhitzt werden ; der Strom sollte dann abgeschaltet und die erhitzten Ränder gegeneinander gepresst werden.
In Abänderung dieses Verfahrens wurde vorgeschlagen, die Hochfrequenzströme in derselben Richtung an den beiden parallel zueinander verlaufendenRändern entlang zu führen und an diesen durch einen Stromleiter zu konzentrieren, der zwischen den Rändern angeordnet ist und an dem der Strom in der entgegengesetzten Richtung fliesst.
Soweit bekannt, haben diese Verfahren bisher eine praktische Anwendung nicht gefunden. Bei Versuchen erwiesen sie sich aus den nachstehenden Gründen als praktisch unbrauchbar :
Obwohl der bekannte Skineffekt beiHochfrequenz5trom an sich den Stromfluss auf die miteinander zu verschweissendenRänder konzentriert, so tritt diese bei den erwähnten Vorschlägen als vorteilhaft vermutete Wirkung nicht mit genügender Gleichmässigkeit ein. Zwar werden die Enden der Schweissränder auf Schweisstemperatur erhitzt, jedoch lässt sich der Stromfluss zwischen diesen Enden nicht genügend auf die Ränder konzentrieren.
Wenn daher diese mittleren Teile der Schweissränder auf Schweisstemperatur erhitzt werden sollen, so werden die Endteile der Schweissränder, an denen die Stromdichte grösser ist, überhitzt und infolgedessen für eine gute Schweissung zu weich. Dieser Übelstand tritt insbesondere bei verhältnismässig langen Schweissrändern auf, zeigt sich aber auch schon bei Schweissrändern von wenigen Zentimetern Länge. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich daraus, dass beim Erhitzen der Schweissränder auf Schweisstemperatur, insbesondere als Folge des erläuterten ungleichmässigen Erhitzens, ein Werfen der Randteile auftrat, so dass beim Zusammenpressen der Ränder die Schweisszone wellig wurde. Auch sollte nach den erwähnten Vorschlägen Hochfrequenzstrom von 30 kHz angewendet werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei dieser Frequenz die gegenseitige Induktion zwischen den den Heizstrom führenden Rändem nicht eine solche Stromkonzentration in den Rändern hervorzurufen vermag, dass einerseits die Schweissränder wirksam erhitzt werden, anderseits eine Erwärmung und Erweichung des Metalles hinter diesen Rändern und damit das Werfen des Metalles vermieden wird.
Zur Vermeidung dieser Nachteile geht die Erfindung von einem Verfahren zum Verschweissen zweier Metallteile aus, die mit ihren Schweissrändern im geringen gegenseitigen Abstand voneinander angeord-
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net sind und längs derselben durch hindurchgeleiteten Hochfrequenzstrom auf Schweissstemperatur erhitzt und sodann zusammengepresst werden. Bei diesem Verfahren kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, dass die Impedanz jener Teile der Stromwege, die seitlich von den SchweissrEjidem liegen, aber die Laan- ge jedes Schweissrandes vermittels die Stromdichte regelnder Elemente so eingestellt wird, dass sie diese Ränder über ihre gesamte Länge gleichzeitig und gleichmässig auf Schweisstsmperatur erhitzt.
Die Hochfrequenzquelle, die vorzugsweise einen Strom mit einer Frequenz in der Grössenordnung von 100 kHz oder mehr liefert, wird dabei so angeschlossen, dass der Strom dem einen Ende des einen Elementes zugeführt wird, dann diesem Element entlang zu dessen anderem Ende fliesst, dort auf das entsprechende Ende des ändern Elementes übergeleitet wird und von da an diesem Element entlang zu einem Anschluss der Strom= quelle zurückfliesst. Der Strom wird in diesen Elementen oder Platten, deren gegenüberliegende Ränder
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Induktionfordemissen angepasst ist. Auf diese Weise ist es möglich, z. B. die R Bdei'von Stahlblechen oder an- einanderstossende Ränder von Bandmetall od. dgl. wesentlich besser miteinander zu verschweissen als bisher.
Die Erhitzung auf Schweisstemperatur ist dabei so wirksam und gleichmässig auf die Schweissränder konzentriert, dass diese bei Schweisstemperatur nur auf eine Tiefe von einigen Hundertstel Millimetern erweicht werden. Dadurch bleibt die Struktur des Metalles in einem solchen Ausmass erhalten, dass in einem Querschnitt durch die Schweisszone die Lage der Schweissnaht nur schwer feststellbar ist. Ein Werfen ist vermieden, weil die Erhitzungszone eng begrenzt ist und die stromeitenden Elemente oder Platten die miteinander zu verschweissenden Metallstäcke zugleich dicht neben der Schweissnaht halten.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden dicht hinter den zu schrei- ssenden Rändern und im Abstand von denselben eine oder mehrere Massekörper aus magnetischem Ma-
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laufenden Stromwege zu steigern und so bewirken, dass der Strom so dicht an den Randflächen entlang fliesst, dass die erforderliche gleichmässige Erhitzung der Schweissränder ermöglicht wird. Zur Sicherung besonders günstiger Ergebnisse ist es bei der Anwendung von Hochfrequenzstrom in der Grössenordnung von 100 kHz oder mehr zweckmässig, dass diese aus magnetischem Material bestehenden Massen im wesentlichen isolierender Natur sind, d. h. einen hohen spezifischen Widerstand sowie eine gute Permeabilität haben.
Ferner empfiehlt es sich Mittel anzuwenden, durch welche die Schweissränder, nachdem sie gegeneinander gepresst sind, gegeneinander verspannt und in der zur Vermeidung des Werfens oder Aufbauchens erforderlichen genauen gegenseitigen Lage gehalten werden.
Durch Anwendung der Erfindung lassen sich nicht nur Bleche glatt zu B ändern schweissen, sondern auch die Ränder oder Flächen von Stahlplatten, u. zw. auch aus andern Metallen als Eisen oder Stahl, z. B. aus Aluminium oder Kupfer, die bei Anwendung der Indulationserhitzung nicht einwandfrei erhitzt werden können.
Schliesslich ist die Erfindung auch zum Zusammenschweissen von Teilen geeignet, die aus verschiedenem Metall bestehen und je verschiedene Schweisstemperaturen erfordern,
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anHand der Zeich-
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:findung in einer der möglichen Ausführungsformen ; Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ; Fig. 3 einen Vertikalschnitt zu Fig. 2s Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung einer andern Ausführungsform der Erfindung ; Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht von Teilen der Ausführungsform nach Fig. 4 in der Stellung, die sie während des Erhitzungsvorganges einnehmen ;
Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine der Fig. 4 entsprechende Ausführungsform, bei der die einzelnen Teile ebenfalls in der Stellung dargestellt sind, die sie beim Erhitzen einnehmen ; Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung, bei der die einzelnen Teile jedoch in der Stellung gezeigt sind, die sie beim Schweissvorgang einnehmen ; Fig. 8 einen Teilschnitt für eine Ausführungsform nach Fig. 6, die jedoch zum Überlappungsschweissen dient und Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Darstellung der Teile nach beendeter Überlappungsschweissung.
Nach Fig. 1 der Zeichnung sind die Stirnränder 12, 13 zweier Metallstreifen 10, 11, die aus verhältnis-
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mässig breitem und dünnem Stahl bestehen mögen, dicht nebeneinander angeordnet. An diesen Rändern sollen die Metallstreifen 10, 11 miteinander verschweisst werden. Mit 14 und 15 sind zwei Platten bezeichnet, die aus Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. Aluminium oder Kupfer bestehen, das vorzugsweise eine höhere elektrische Leitfähigkeit hat als das Metall der miteinander zu verschweissenden Teile 10, 11. Die Platten 14, 15 sind verhältnismässig starr und so angeordnet, dass sie die Streifen 10, 11 mit Anpressdruck berühren und sie nach unten fest auf eine isolierte Stützfläche aufpressen. Die Platten 14, 15 könnten auch unter den Metallstreifen 10, 11 angeordnet sein.
Die Stirnränder 16, 17 der Platten 14, 15 sind verhältnismässig dicht beeinander angeordnet, liegen aber, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, etwas hinter den Rändern 12, 13, längs welcher die Metallstreifen 10, 11 miteinander verschweisst werden sollen. Der Abstand der Ränder 16, 17 sowie der Ränder 12, 13 ist in der Zeichnung etwas grösser dargestellt als er in Wirklichkeit ist. Die Ränder 16 und 17 sollen so weit hinter den Rändern 12, 13
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den und beim Erhitzen auf Schweisstemperatur erweichen.
Mit 18 ist eine Hochfrequenzquelle bezeichnet, die bei 19 und 20 an die starren Glieder 14,15 angeschlossen ist. Die andern Enden dieser Glieder sind durch einen elektrischen Leiter 21 bei 22, 23 miteinander verbunden. Auf diese Weise ist ein Stromkreis gebildet, der von der Hochfrequenzstromquelle über das eine starre Glied 14 zu dessen anderem Ende, dann auf das andere Ende des andern starren Gliedes 15 und von da zurück zu der andern"Klemme der Hochfrequenzquelle führt. Da die Ränder 16 und 17 verhältnismässig nahe nebeneinander angeordnet sind, fliesst der Hochfrequenzstrom bzw. der Teil des Stromes, der in den starren Gliedern 14, 15 fliesst statt in die zu verschweissenden Glieder 10 und 11 überzutreten, dicht an den Rändern 16 und 17 entlang.
Da aber diese Glieder 14 und 15 mit den zu verschwei- ssenden Teilen 10, 11 in Berührung stehen, u. zw. in Druckberührung, treten beträchtliche Teile des Stromes in die zu verschweissenden Teile 10, 11 über, und da die Ränder 12 und 13 sehr nahe nebeneinander verlaufen, wird der Strom in diesen Rändern durch gegenseitige Feldwirkung konzentiert.
In vielen Fällen können gute Ergebnisse erreicht werden, wenn bei der Anordnung nach Fig. 1 die Ränder 16 und 17 gerade und parallel verlaufen. In vielen Fällen wird er dabei auch genügend gleichmässig sein um eine befriedigende Schweissung zu ermöglichen, wenn die Ränder nach Erhitzen auf Schweisstemperatur und Abschalten des Stromes gegeneinander gepresst werden. Waren hingegen die leitenden Glieder 14 und 15 nicht angeordnet, so würde eine zufriedenstellende Schweissung nicht erzielt werden können.
In vielen Fällen kann es aber bei der Anordnung nach Fig. 1 und gerade verlaufenden Rändern 16 und 17 auch vorkommen, dass Teile der Ränder 12 und 13 überhitzt werden, während andere Teile der Ränder noch zu kühl bleiben, um eine gleichmässige Schweissung zu gewährleisten. Diese Schwierigkeit kann leicht durch Anwendung eines weiteren wesentlichen Merkmales der Erfindung vermieden werden, das einen überraschenden Effekt erbringt. Wenn z. B. Teile der Ränder 12, 13, die an oder nahe der mit 25 bezeichneten Stelle liegen, zu kühl bleiben sollten, nachdem andere Stellen bereits die Schweisstemperatur erreicht haben, so kann diese Wirkung ausgeglichen werden, indem die Ränder der starren Glieder 14 und 15 bei 27 und 28 Ausnehmungen oder Einbuchtungen erhalten.
Wenn anderseits Teile der zu verschweissenden Ränder, beispielsweise bei 29 und 30, zu heiss werden würden, bevor andere Teile die Schweisstemperatur erreichen, so kann dem begegnet werden, indem die Ränder 16 und 17 mit Vorsprüngen 31, 32 versehen werden. Die Ausnehmungen 27,28 anderseits bewirken, dass die Impedanz für den Hochfrequenzstrom, der in den Elementen 14, 15 fliesst, beim Vorbeifliessen an diesen Ausnehmungen bzw. Einbuchtungen gesteigert wird, so dass der Stromfluss in diesen Elementen Wegen folgt, die etwas weiter von den Randteilen 25, 26 entfernt liegen als an andern Stellen. Es wäre demnach zu erwarten, dass die Stromdichte in den Randteilen 25, 26 herabgesetzt wird, wodurch diese Teile weniger erhitzt werden würden, obgleich eine grössere Erhitzung erforderlich ist.
In den vorspringenden Bereichen 31,32 wird anderseits der in den Gliedern 14, 15 fliessende Strom dichter an die Randteile 29 und 30 gedrängt, wobei man zunächst annehmen könnte, dass diese Teile, obwohl sie bereits überhitzt sind, noch mehr erhitzt werden : Da nun aber die Ausnehmungen 27 und 28 den Widerstand des Stromflusses in den Elementen 14, 15 vergrössern, wird ein grösserer Teil des Stromes nach unten in die Teile 10, 11 in diesen Bereichen eingeleitet, wodurch die Erhitzung der Randteile 25,26 gesteigert wird, was gerade zur Vermeidung der Fehler der oben erwähnten früheren Vorschläge erstrebt wird.
Obwohl ferner angenommen werden könnte, dass die vorspringenden Teile 31 und 32 eine verstärkte Erhitzung der Teile 29 und 30 bewirken, obgleich es erwünscht ist sie weniger zu erhitzen, so wird diese verstärkte Erhitzung dadurch verhindert, dass die Impedanz in den Bereichen 31 und 32 der Elemente 14, 15 herabgemindert wird, wodurch in den Randteilen 29,30 weniger Strom fliesst und so eine Überhitzung vermieden wird.
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Zur praktischen Durchführung der Erfindung werden der Verlauf der Randteile der leitenden Glieder 14, 15 zweckmässig durch Versuche bestimmt. Dies kann in der Weise erfolgen, dass die zu verschwei- ssenden Teile 10 und 11, die aus einem bestimmtenMetall, z. B. Stahl bestehen, und die eine bestimmte Breite und Dicke haben, bei Anwendung von starren Gliedern 14 und 15 von ebenfalls bestimmten Abmessungen aber vorerst geradlinigen Rändern 16, 17 in der aus Fig. 1 dargestellten Weise angeordnet werden.
Wenn dann bei Stromzufuhr festgestellt wird, dass bestimmte Bereiche der Ränder 12 und 13 zu kühl bleiben, nachdem andere Stellen bereits überhitzt sind, so werden die Randteile der Glieder 14, 15 an diesen kühleren Stellen zurückgeschnitten, unterbrochen oder mit Ausnehmungen in einem solchen Ausmass versehen, dass die Erhitzung ausreichend wird. Wenn anderseits z. B. Teile 29, 30 zur Überhitzung neigen, d. h. die Schweisstemperatur rascher erreichen als andere Teile, so werden die benachbarten Ränder der Glieder 14, 15 bei 31,32 in der dargestellten Weise erhöht.
Weitere Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus den Fig. 2 und 3, in denen dieselben Teile der Anordnung mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind wie in Fig. 1. In diesem Fall wird das leitende Glied 15 gegen den Metallstreifen 11 an den durch die Pfeile 34, 35 bezeichneten Stellen nach unten gepresst, was durch Druckzylinder 35'erfolgen kann. Das starre Glied 14 kann in derselben Weise gegen den Metallstreifen 10 angepresst werden, indem der Anpressdruck in Richtung der Pfeile 36 und 37 ausgeübt wird. Der Strom wird den starrenGliedem 14 und 15 durch Kontakte 38, 39 zugeführt, die an die Hochfrequenzquelle angeschlossen sind. Wenigstens der Kontakt 38 kann als Gleitkontakt ausgebildet sein, der mit dem Ende des starren Gliedes 14 in GleitberUhrung steht.
Vorzugsweise sind diese Kontakte oder Elektroden, wie es bei Hochfrequenzgerb1ten an sich bekannt ist, mit Kühlkanälen versehen. Die starren Glieder 14 und 15 können ebenfalls kühlbar sein. Die andern Enden der Glieder 14 und 15 sind durch ein U-förmiges Kontaktglied 40 miteinander verbunden, das vorzugsweise ebenfalls kühlbar ist und von dem mindestens der Teil 41 in Gleitberührung mit dem starren Glied 14 steht. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die einander gegenüberliegenden Ränder der starren Glieder 14 und 15 vorzugsweise bei 43 und 44 abgeschrägt, so dass ein Teil des in ihnen fliessenden Stromes nach unten in die zu verschweissenden Ränder 12, 13 der Glieder 10, 11 gedrängt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird die Impedanz der Randbereiche der starren Glieder 14 und 15 über deren Länge durch Schlitze 45 geändert, die in die Ränder beispielsweise rechtwinkligeingeschnitten sind. Die Schlitze enden in Bohrungen 46. Form, Anzahl und Lage dieser Unterbrechungen der Ränder 14 und 15, richten sich nach dem Einzelfall und werden zweckmässig durch Versuche festgestellt. Infolge der gegenseitigen Feldbeeinflussung wird der Hochfrequenzstrom dicht an den vorderen Teilen der Ränder 43, 44 konzentriert und tritt in die Ränder 12 und 13, die miteinander zu verschweissen sind, über.
Die Impedanz wird durch die Schlitze 45 wesentlich gesteigert, wodurch ein zusätzlicher Teil des Stromes veranlasst wird, von den Rändern 43, 44 in die zu verschweissenden Randteile der Werkstücke 10 und 11 überzutreten und an den Rändern 12 und 13 derselben entlangzufliessen. Die Heizwirkung wird daher ar den den Schlitzen benachbarten Stellen der Ränder 12 und 13 gesteigert. Es können also die Mittelbereiche der Ränder 12 und 13, die gemäss früheren Verfahren zu kühl blieben, mittels der starren Glieder 14, 15 und ihrer Randausbildung und die Teile der Ränder 12 und 13, die den Kontaktgliedem 38, 39 oder 40 näherliegen, auf ein und dieselbe Temperatur in ein und derselben Zeit gebracht werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 können unterhalb der zu verschweissenden Streifen 10 und 11 weitere starre Glieder 14', 15' angewendet werden, u. zw. beiderseits der herzustellenden Schweissnaht. Die Stromanschlüsse können dabei in der gleichen Weise wie für die starren Glieder 14, 15 nach Fig. 2 be- schaffen sein. Auf diese Weise kann die Anordnung nach Fig. 2 an der Unterseite der Metallstreifen 10 und 11 besonders für dickeres Material wirkungsmässig verdoppelt werden.
Gemäss Fig. 2 wird der Hochfrequenzstrom etwa von 100 kHz oder mehr den Kontakten 38 und 39 zugeführt, wobei der Abstand zwischen den Rändern 12 und 13 beispielsweise 0, 16 cm bis 0, 32 oder gar 0, 64 cm betragen kann. Wenn dann die Flächen der Ränder 12 und 13 Schweisstemperatur erreicht haben, was an dem Grad der Weissglut bemerkbar ist, wird der Strom abgeschaltet und die aus dem starren Glied 14 und dem Metallstreifen 10 gebildete Einheit durch eine in Richtung des Pfeiles 50 wirkende Kraft in der Fig. 2 nach links gepresst ; was durch einen Druckzylinder 50' (Fig. 3) bewirkt werden kann.
Auf diese Weise werden die Ränder 12 und 13 fest gegeneinandergepresst und einwandfrei verschweisst.
Nach Fig. 3 sind die starren leitenden Glieder 14, 15 über den miteinander zu verschweissenden Me- tallteilen 10 und 11 angebracht und unterhalb dieser Teile sind entsprechende leitende Glieder 14'und 15' angeordnet. Das ganze ist dabei auf einer geeigneten, isolierenden Tragkonstruktion 51 angebracht. Zum Zusammenpressen der Teile 15, 11, 15' einerseits und 14, 10, 14' anderseits sind Druckzylinder 35', 37' an- geordnet, die diese Teile in Pressberührung mit den zu verschweissenden Teilen 10, 11 bringen. Ähnliche
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Der Hochfrequenzstrom wird vorzugsweise mit einer Frequenz in der Grössenordnung von 100 kHz oder höher, z. B. bis zu 450 kHz oder sogar noch höher angewendet. Dies erfolgt deshalb, weil die Tiefe, auf die der Strom in die Randflächen der zu erhitzenden Ränder 12, 13 eindringt, mit steigender Frequenz exponentiell abfällt.
Die Kurve, welche diese Tiefe über der Frequenz zeigt, offenbart, dass bei einem Anstieg der Frequenz um etwa 10 kHz die Eindringtiefe langsam gradlinig abfällt, dass aber bei einem Frequenzanstieg von etwa 50 kHz bis auf etwa 100 kHz ein steiler Abfall der Eindringtiefe stattfindet, d. h. dass bei einer Frequenz von etwa 100 kHz der Strom plötzlich stärker in den Randbereichen konzentriert wird, wodurch die Erhitzung auf Schmelztemperatur und die Erweichung des Metalles auf wenige Tausendstel Millimeter Tiefe beschränkt werden kann. Hiedurch wird erreicht, dass das Metall in grösserer Tiefe fest bleibt und ermöglicht, dass die erweichte Oberfläche unter Druck fest in Schweissberührung mit der andern Fläche gebracht werden kann, wobei zugleich die Wirksamkeit des Erhitzungsvorganges stark gesteigert wird. Würde z.
B. bei Beachtung der sonstigen Merkmale der Erfindung mit einer Frequenz von 10 kHz gearbeitet werden, so wäre eine befriedigende Schweissung nicht erreichbar.
Die Eindringtiefe des Stromes wäre wenigstens dreimal grösser als bei einer Frequenz von etwa 100 kHz Was aber bei solch geringen Frequenzen noch störender ist, ist der Umstand, dass die Impedanz der Stromwege in den Gliedern 14 und 15 sich zu sehr jener der Stromwege entlang den zu schweissenden Rändern nähert, um eine befriedigende Schweissung zu ermöglichen.
Wenn Werkstücke miteinander stumpf verschweisst werden sollen, die ausverschiedenenMetallen bestehen, beispielsweise einem verhältnismässig leicht schmelzenden und einem erst wesentlich höher schmelzenden, so stellte dies bisher ein schwieriges Problem dar, das mit den bekannten Verfahren der Hochfrequenzinduktionsheizung oder der Lichtbogenschweissung kaum zu lösen war. Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung kann jedoch einer der zu schweissenden Teile, z. B. der Metallteil 10, ohne weiteres aus einem andern, eine höhere Schweisstemperatur erfordernden Metall als Teil 11 bestehen. Ein solcher Temperaturunterschied kann leicht erreicht werden, indem die Ränder der Platten oder Stäbe 14 und 15 verschieden geformt werden oder verschiedenen Abstand von den zu schweissenden Rändern erhalten. Wenn z.
B. der Rand des Metallstückes 10 auf eine höhere Temperatur erhitzt werden soll, so kann der Rand 43 der Platte 14 mit einer grösseren Anzahl von Schlitzen oder Unterbrechungen versehen werden als der Rand 44 des starren Gliedes 15. Dabei können die Zahl und die Anordnung der Schlitze ebenfalls durch Versuche derart bestimmt werden, dass beide Ränder, die miteinander verschweisst werden sollen, jeweils gleichmässig auf die für das betreffende Metall erforderliche Schweisstemperatur erhitzt werden, die von der Schweisstemperatur des andern Metallstückes abweicht. Bei Anwendung solcher Hilfsmittel
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ratur zu bringen. Auch diesem Umstand kann durch entsprechende Wahl der Form, Anzahl, Anordnung der Unterbrechungen in den Rändern der plattenförmigen Glieder 14 und 15 Rechnung getragen werden.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann ein stabförmiges Glied 55 hoher elektrischer Leitfähigkeit, das z. B. aus Kupfer bestehen kann, so angeordnet werden, dass es in dem zwischen den zu schweissenden Rändern 12, 13 befindlichen Schlitz dicht an diesen Rändern entlangläuft. In der hier dargestellten Form hat dieses stabförmige Glied keilförmigen Querschnitt, was aber nicht immer notwendig ist, und es ist so angeordnet, dass es unterhalb des Schlitzes verläuft oder vorübergehend etwas in den Schlitz hineinragt, wie gestrichelt angedeutet ist. Auch dieses Glied kann mit einem Kühlkanal 56 versehen sein.
Die Wirkung eines solchen, aus Nichteisenmetall bestehenden Gliedes hoher Leitfähigkeit in oder an dem zwischen den zu verschweissenden Metallstücken 10, 11 gebildeten Spalt besteht darin, dass die Impedanz für den Strom, der in den Teilen des Spaltrandes fliesst, der dem Glied 55 am nächsten ist, herabgesetzt wird. Auf diese Weise kann die Konzentration des Hochfrequenzstromes an den Oberflächen der Spaltränder weiter begünstigt werden. Je nach der Anordnung des Gliedes 55 kann dabei der Strom auf die un- tere Kante der Spaltränder oder, falls erwünscht, auf die obere Kante eines Spaltrandes konzentriert werden, wenn das Glied 55 dieser oberen Kante am nächsten angeordnet wird.
Diese Anordnung wird dann gewählt werden, wenn es erwünscht ist, diese Kante etwas schneller als die andere Kante zu erhitzen bzw. erweichen, um die Richtung einer etwaigen Ausbauchung der Schweissung zu steuern. Für viele Fälle ist jedoch die Anwendung eines Gliedes 55 nicht nötig.
Die Anwendung des Heizstromes kann durch einen Zeitschalter gesteuert werden, ähnlich wie auch die Betätigung der Druckzylinder. Die Anordnung kann sowohl zur Durchführung einer Überlappungsschweissung, als auch zur Durchführung einer Stumpfschweissung verwendet werden.
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Gemäss den Fig, - 9 soll derQuerrand 111 einesStahlblechbandes 110 an den Querwand eines andern Metallbandes 110' angeschweisst werden, das ebenfalls aus Stahlblech bestehen möge. Es soll auf diese Weise ein langes Metallband gebildet werden, das wie auf der linken Seite der Fig. 4 gezeigt, aufgerollt wird.
Das Bandstück 110 kann anfänglich zwischen der oberen und unteren Klemmbacke 113 und 114 in einer Lage gehalten sein, in der sein Rand 111 von dem Querrand 112 des bereits gebildeten Bandes einen geringen Abstand hat. Dieser Abstand kann beispielsweise 0, 16 cm-0, 64 cm betragen. Zum Heben und Senken der Klemmbacke 113 können beliebige Mittel angeordnet sein, die z. B. aus einem Druckzylinder 115 bestehen können. Das Bandstuck 110'kann in ähnlicher Weise zwischen einer oberen und unteren Backe oder sonstigen Klemmgliedem 116, 117 gehalten werden, von denen das Glied 116 ebenfalls durch einen Druckzylinder 118 betätigt werden kann.
Weitere obere und untere Klemmbacken sind bei 119 und 120 angeordnet und werden mittels der Druckzylinder 121, 121' betätigt. Diese Klemmglieder 119, 120 dienen dazu, die Ränder 111 und 112 nach dem Erhitzen und dem Abschalten des Heizstromes zu erfassen und sie fluchtend zu halten. Die Klemmglieder 113, 114 und das zwischen ihnen eingespannte Bandstück 110 können, nachdem der Querrand 111 auf Schweisstemperatur erhitzt ist, mittels eines Druckzylinders 122 vorv ärtsbewegt werden, so dass der Rand 111 mit dem Rand 112 in die zum Stumpfschweissen erforderliche Pressberührung kommt.
Die Hochfrequenzstromquelle ist an Kontaktglieder 125, 126 angeschlossen, die durch einen Druckzylinder 127 in-Berührung mit den Seitenrändern der Bandmetallstücke 110 und 110'gebracht werden
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in Berührung gebracht werden kann. Alle Kontaktglieder können mit Kühlkanälen versehen sein. Wenn diese Kontaktgliedsi mit den zu verschweissenden Metallbandstücken in Berührung stehen, fliesst Strom über das Kontaktglied 185 am Rand 111 entlang zu dem Kontaktglied 128, tritt dann auf den Rand 112 des andern BandmetaJIstüc1tes 110'über und fliesst an diesem Rand zurück zu dem Kontaktglied 126 und von da wieder zur Hochfrequenzsw : omquelle.
Es sind ferner Stäbe aus magnetischem Material, 130, 131, 132 und 133 in der dargestellten Lage angeordnet. Die Stäbe 13b, 131 liegen in geringem Abstand hinter dem Rand 111 und sind etwas über und unter demssandmetallstück 110 ohne Berührung mit diesem angeordnet. Die'magnetischen Stäbe 132, 133 sind in ähnlicher Weise etwas hinter dem Rand 112 und dicht über und unter dem Bandmetall 110 ohne Berührung mit diesem angeordnet. Die magnetischen Stäbe können aus gesintertem magnetischem Material und einem Isoliermaterial bestehen, das einen niedrigen Verlustfaktor sowie einen hohen Widerstand aufweist. Beispielsweise kann das keramische magnetische Material angewendet werden, das unter der Bezeichnung"Ferramic" (ein Erzeugnis der General Ceramic and Steatite Corporation) im Handel erhältlich ist.
Vorzugsweise soll aber das Material eine Permeabilität haben, die wesentlich grösser als 1 ist.
Wenn dabei das magnetische Material in verteilter Form vorhanden ist, so soll es so verteilt sein, dass Stromverluste möglichst vermieden werden. Auch feinverteiltes Eisenpentakarbonyl, das mit einemge- eigneten Isoliermaterial gemischt ist, kann angewendet werden.
Die Streifen oder Stäbe aus magnetischem Material, die in manchen Fällen nur im mittleren Teil der Ränder 111 und 112 angeordnet zu sein brauchen, dienen dazu, die Impedanz von Stromwegen, die im Abstand von den Rändern 111, 112 verlaufen, so zu steigern, dass der Strom in den Schweissrändern mit einer genügenden Gleichmässigkeit konzentriert wird, um eine im wesentlichen gleichmässige Erhitzung derselben über ihre gesamte Länge zu gewährleisten.
Aus. Fig. 5 ist die Anordnung der Stäbe 130, 132 und der Ränder 111, 112 klaier ersichtlich. Diese Figuren zeigen ferner die Kontakte 125 und 126 und 128 in Stellungen, in denen sie die Stahlblechbän-
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Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, können die magnetisierbaren Stäbe 130 - 133 mittels einstellbarer, an ortsfesten Querträgern 141 angebrachter Tragarme 140 verstellbar angeordnet sein. Wie bei 142 gezeigt ist, kann jeder magnetische Stab mit einer Kühlleitung versehen sein.
Wie ferner aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, können die Klemmbacken 113 und 114 durch Tragglieder 143 verbunden sein, die ermöglichen, dass die obere Klemmbacke gegenüber der unteren zu heben und zu senken ist. Die Anordnung kann dabei derart getroffen sein, dass der zu Fig. 4 erwähnte Druckzylinder 122 über eine Kolbenstange 122'angeschlossen ist, der zur Bewegung der aus den Teilen 110, 113 und 114 gebildeten Einheit dient, wodurch die Ränder 111 und 112 in Schweissstellung gebracht werden.
Sobald der Hoclfrequenzstrom fliesst und die Ränder 111, 112 die Schweisstemperatur erreicht haben, wird der Strom durch einen Zeitschalter unterbrochen, worauf unter Anwendung von ebenfalls zeitge-
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steuerten Mitteln der Druckzylinder 122 betätigt wird, um die Ränder 111 und 112 gegeneinander zu pressen. Dies erfolgt gerade in dem Augenblick, in dem die Klemmbacken 119, 120 betätigt werden, um sie in fester Druckberührung mit den oberen und unteren Flächen der zu bildenden Schweissnaht zu bringen, vgl. Fig. 7. Die Tätigkeit der Klemmbacken 119 und 120 kann ebenfalls durch Anwendung selbsttätiger Zeitmessvorrichtungen gesteuert werden, die auch die Druckzylinder 121 und 121'steuern.
Kurz nachdem die Ränder 111 und 112 unter Druck zusammengepresst worden sind und die Schweissung gebildet ist, werden die Klemmbacken 119, 120 selbsttätig entfernt. Das Bandmetall 110'kann nun, zusammen mit dem nunmehr angeschweissten Bandmetallstück 110 weiter aufgewickelt werden.
Die bei dieser Ausführungsform angewendeten Frequenzen können die gleichen sein wie die bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen.
Die bisher beschriebenen Verfahren und Anordnungen sind zum Stumpfschweissen von Metallstreifen gut geeignet, die eine grössere Stärke als etwa 0, 16 cm haben. Wenn jedoch die miteinander zu verschweissenden Metallstreifen bzw. -stücke wesentlich dünner sind, so haben die Ränder derselben nicht die genügende Steifigkeit, um beim Gegeneinanderpressen in derselben Ebene zu bleiben, ohne dass sich Ausbauchungen oder Abweichungen bilden. Zum Zusammenschweissen von Metallstreifen oder-stücken, die dünner als 0, 16 cm sind, wird daher zweckmässig eine Anordnung angewendet, die geeignet ist, eine Überlappungsschweissung herzustellen.
Hiefür ist beispielsweise eine Anordnung entsprechend Fig. 6 geeignet, bei der jedoch die Klemmbacken 113, 114 und 116, 117 so angeordnet sind, dass die Enden der miteinander zu verschweissenden Metallteile bei 110a und 110b eine Lage einnehmen wie sie in Fig. 8 dargestellt ist. Hiebei übergreifen sich die Endteile, befinden sich aber in geringem Abstand voneinan- der, wie dargestellt. Wenn dannHochfrequenzstrom zugeführt wird (während die Klemmbacken 119a, 120a in Abstand von der Schweisszone bleiben), werden die Stirnflächen 145 infolge der gegenseitigen Induktion zwischen den in den sich übergreifenden Teilen fliessenden Strömen zuerst auf Schweisstemperatur erhitzt. Die äusseren Randflächen 146 werden ebenfalls erhitzt, der Strom kann aber abgeschaltet werden, bevor diese Teile die volle Schweisstemperatur erreicht haben.
Nach dem Abschalten des Stromes werden die Klemmbacken 119a, 120a unter hohem Druck in Berührung mit den Metallstücken HOa. llOb gebracht, so dass eine einwandfreie Überlappungsschweissung bei 147 hergestellt wird, bei der die Ebene des Metallstreifens 110a eine glatte Fortsetzung der Ebene des Streifens 110b bildet. Überlappungsschwei- ssungen können auch mit Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 3 hergestellt werden.
Bisher war es üblich, derartige Metallstreifen an ihren Enden durch eine Reihe von überlappen Punktschweissungen in der Weise zu schweissen, dass selbst bei Anwendung hoher Anpressdrucke die Gesamtdicke
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gab sich so ein unregelmässiger Übergang bzw. eine Unterbrechung in jedem Bereiche, in dem die Streifenenden miteinander verschweisst wurden. Dies beeinträchtigt aber die Handhabung der zusammenge- schweissten Metallstreifen bzw. -bänder bei späteren Arbeitsvorgängen. Demgegenüber wird bei Anwendung der Erfindung entsprechend den Fig. 8 und 9 die Überlappung in der Schweisszone derart abgeflacht, dass die Gesamtdicke in der Schweisszone kaum grösser als die Dicke des einzelnen Metallstreifens allein ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Verschweissen zweier Metallteile, die mit ihren Schweissrändern im geringen gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind und längs derselben durch hindurchgeleiteten Hochfrequenzstrom auf Schweisstemperatur erhitzt und sodann zusammengepresst werden, dadurch gekennzeich-
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130-133) so eingestellt wird, dass sie diese Ränder über ihre gesamte Länge gleichzeitig und gleichmässig auf Schweisstemperatur erhitzt.