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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Pressverschweissen zweier Metallknüppel an ihren Enden durch Längsandrücken und-ineinanderdrücken der in Schmelzpunktnähe erhitzten Knüppelenden unter Austreiben im wesentlichen des gesamten Oberflächenmaterials der zu verschweissenden Enden nach ausserhalb des Querschnitts der verschweissten Knüppel.
Wie bekannt ist, lassen sich Kupferdrahtstangen durch Strangguss auf einem Giessrad zu einem endlosen Strang erzeugen, der anschliessend durch ein kontinuierliches Walzwerk geführt wird. Die Schwierigkeit ist dabei, dass dieses System hinsichtlich kurzer Unterbrechungen und Änderungen der Produktionsgeschwindigkeiten sowie Änderungen der Zusammensetzung der Kupferlegierungen nicht flexibel ist. Die beste Anwendung dieses Stranggusses ist diejenige für eine kontinuierliche Basisproduktion einer gegebenen Legierungszusammensetzung.
Jedoch hat die herkömmliche Erzeugung von Drahtstangen, bei der die üblichen Drahtknüppel oder -barren als Ausgangsmaterial nach und nach zum gewünschten Querschnitt gewalzt werden, noch den erheblichen Nachteil, dass es ein diskontinuierliches Verfahren ist. Dies bedeutet, dass das System einzeln eine Anzahl begrenzter Längen von Drahtstangen liefert, die miteinander zu herkömmlichen Wickellängen verschweisst werden müssen, und diese Verschweissungen sind die schwachen Punkte beim weiteren Drahtziehen.
Aus diesem Grunde versuchte die Patentinhaberin bei früheren Entwicklungen ein Fliessbandverfahren, wie in der Metallindustrie bekannt, zur Anwendung bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Kupferdrahtstangen, bei dem die Drahtknüppel zunächst bei Warmwalztemperatur durch ein Walzwerk zur einzelnen Lieferung einer Anzahl von Kupferknüppeln geführt werden, das Vorderende jedes das Walzwerk verlassenden Kupferknüppels mit dem Hinterende eines endlosen, durch die vorherigen miteinander verschweissten Knüppel gebildeten Stranges verschweisst wird und dieser endlose Strang schliesslich kontinuierlich durch ein kontinuierliches Walzwerk zu Drahtstangen gewalzt wird.
Der Ausgang dieses Systems liefert eine unbegrenzte Länge von Drahtstangen, wo die in einer Zwischenstufe hergestellten Schweissstellen ausgewalzt und rekristallisiert sind und eine bessere Verbindung bilden sollten. Die Kupferknüppel waren, wenn sie das erste Warmwalzwerk verliessen, noch auf Walztemperatur, und die Enden der Knüppel wurden noch bei dieser Temperatur auf eine bestimmte Strecke ineinandergedrückt, während diese Enden mittels eines durch die Kontaktoberfläche geleiteten elektrischen Stroms weiter aufgeheizt wurden.
Ungünstigerweise erwies sich dieses Verfahren aus zwei Gründen als praktisch nicht durchführbar. Der erste Grund beruht auf der erforderlichen Zeit zur Erzeugung der Schweissstelle. Die Enden der Kupferknüppel werden oxydiert, auch wenn sie direkt vor dem Schweissen beschnitten wurden, um frisches unoxydiertes Kupfermaterial zum Kontakt mit dem andern Ende zu schaffen.
Die Knüppel sind nämlich heiss, und die Enden oxydieren unverzüglich wieder vor dem Zusammenpressen. Aus diesem Grunde werden die Enden ineinander auf eine Reichweite eingedrückt, die allgemein 3-bis 5mal den Durchmesser der Knüppel ausmacht und ausreichend ist, um zu sichern, dass im wesentlichen das gesamte oxydierte ursprüngliche Kontaktoberflächenmaterial nach auswärts bis ausserhalb des Querschnitts der Knüppel fliesst und einen Ring um die Schweissstelle bildet, die dann innerhalb dieses Querschnitts zwischen frischem, unfreigelegtem Kupfermaterial gebildet wird, das aus dem Inneren des Knüppels stammt. Jedoch bedeutet dies, dass der Greifer der Kupferknüppel diese so halten muss, dass eine das 3- bis 5fache des Durchmessers betragende Länge aus dem Greifer vor dem Zusammenpressen herausragt.
Wenn dann beide herausragenden Enden zum Zusammenpressen aneinandergelegt werden, führt dies zu einer Gesamtlänge des 6- bis 10fachen Knüppeldurchmessers von sehr schwachem erhitztem Kupfermaterial, das unter Axialdruck gesetzt wird. Das Ergebnis ist, dass diese Länge dazu neigt, sich auszubeulen bzw. zu knicken, statt sich aufzuweiten und das unreine Oberflächenmaterial nach aussen zu treiben. Um dies zu vermeiden, muss man, wie bekannt ist, auf einen Pressvorgang in einer Mehrzahl von Schritten zurückgreifen.
Die Greifer fassen die Enden so, um nur den 1 1/2fachen Durchmesser herausragen zu lassen, die Enden werden ineinander auf eine Länge bis zum einfachen Durchmesser gedrückt, dann lassen die Greifer die Enden los und erfassen sie erneut an einem von der Verbindungsstelle etwas weiter entfernten Punkt, pressen erneut beide Enden weiter ineinander über eine weitere Strecke usw., bis eine ausreichende Gesamtlänge beider Enden ineinandergepresst ist, um
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zu gewährleisten, dass keine wesentliche Menge der oxydierten Oberfläche innerhalb des Querschnitts der Kupferknüppel verbleibt. So wurde niemals mehr als der 3fache Durchmesser der Knüppel der Knicklast ausgesetzt.
Jedoch muss ein praktisches System zur Lieferung von bis zu 20 t Drahtstangen/h geeignet sein, alle 22 s einen Drahtknüppel zu behandeln oder einen Schweisszyklus auszuführen. Ein solcher Zyklus erfordert wenigstens die Schritte des Erfassens beider Enden und des Verbolzens bei-
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nächsten Schweissvorgang. So ist es eine praktisch unvermeidliche Notwendigkeit, dass die Ver- schweissung in einem einzigen Pressvorgang und nicht in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden
Pressschritten erfolgt. Jedoch wird nur im letzteren Fall bisher die Gefahr des Ausbeulens oder
Knickens ausreichend beseitigt.
Die zweite Schwierigkeit, die das erwähnte Verfahren kaum praktisch durchführbar macht, bezieht sich auf die Güte der Verschweissung und der Verbindung, nachdem die Schweissstelle im anschliessenden kontinuierlichen Walzvorgang ausgewalzt ist. Man findet, dass die Schweissstelle eine Anzahl von Feinstrissen enthält, die durch Walzen der Schweisszone verursacht sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Pressverschweissen zweier Me- tallknüppel an ihren Enden zu entwickeln, bei dem die Gefahr des Ausbeulens und Knickens der
Knüppel während des Pressvorganges verringert ist und das nur einen Pressschritt erfordert. Die- ses Verfahren soll sich zum Pressverschweissen irgendwelcher zweier Metallknüppel an ihren Enden mit nur einem Pressschritt und ohne Gefahr des Knickens eignen und besonders im Rahmen eines Fliessbandverfahrens zur kontinuierlichen Erzeugung von Kupferdrahtstangen anwendbar sein, ohne dass störende Feinstrisse in den Schweissstellen auftreten.
Dies wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die zu verschweissenden Knüppelenden keilförmig angespitzt und bei in an sich bekannter Weise einander kreuzenden Keilkanten bei einer Temperatur ineinandergedrückt werden, die zwischen der Schmelztemperatur und einer 450 C unter dieser Temperatur gelegenen Temperatur liegt.
Bei dem ursprünglich versuchten, oben beschriebenen Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Kupferdrahtstangen in einer Fliessbandanlage schien die schlechte Qualität der Schweissstelle dadurch verursacht zu sein, dass die Verschweissung teilweise durch örtliches Schmelzen erhalten wurde, so dass während der Erstarrung spröde eutektische Bereiche und Inhomogenitäten entstanden und das Auswalzen einer solchen inhomogenen Schweissstelle zu den beobachteten Feinstrissen führte. So wurde eine Verschweissung durch Druck und Hitze, jedoch nicht durch eigentliches"Pressschweissen"erhalten, wie es im folgenden als ein Verschweissen zwischen zwei im festen Zustand befindlichen Metalloberflächen unter der mechanischen Wirkung von Druck zur Bildung eines molekularen Zusammenhanges verstanden wird.
Eine solche Verschweissung hat den Vorteil der Erzeugung eines völlig homogenen Schweissbereichs, der nach kontinuierlicher Warmwalzung und Rekristallisation das gleiche metallurgische Gefüge und die gleichen mechanischen Eigenschaften wie der Rest der Drahtstangen zeigt. Jedoch ist es zum Erhalten einer solchen Pressschweissung erforderlich, dass der Schmelzpunkt niemals und nirgends in der Kontaktoberfläche erreicht wird, und aus diesem Grund ist ein gleichzeitiges Erhitzen mittels elektrischen Stroms durch die Kontaktoberfläche oder mittels einer Flamme unerwünscht, da es nicht ausreichend kontrollierbar ist, und es ist vorzuziehen, auf die verschweissten Enden während des Pressschweissvorgangs überhaupt keine Erhitzung, mindestens jedoch keine Erhitzung zur Einwirkung zu bringen, die ein Schmelzen des Kupfers an irgendeiner Stelle verursachen würde.
Doch wird dann natürlich, wenn Knüppelenden vorliegen, die nicht mehr oder nur in begrenztem und kontrollierbarem Mass erhitzt werden dürfen, der plastische Fluss der Knüppelenden ineinander weniger leicht, und die Knickgefahr wächst. Aus diesem Grund liefert die Erfindung durch Verwendung von Keilformen zum Pressschweissen eine wirkliche Pressschweissung, die in einer einzigen Pressschweissung, die in einem einzigen Pressschritt bei Temperaturen der Knüppelenden gebildet wird, die sogar 450 C unter dem Schmelzpunkt liegen können. Diese untere Grenze des Temperaturbereichs für das erfindungsgemässe Pressverschweissen ist jedoch keine absolute Grenze.
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Vielmehr ergibt sich diese Grenze durch die Temperatur, bei der der zur Herstellung einer molekularen Kohäsion erforderliche Druck zu hoch wird und den Druck übersteigt, bei dem ein Ausbeulen vor sich geht ; denn es ist dann nicht mehr von Nutzen, das Fliessen bei keilförmigen Querschnitten herbeizuführen, bevor die Druckgrenze für das Ausbeulen erreicht ist, da hiebei der Druck zur Bindung einer molekularen Kohäsion noch immer nicht hinreicht. Des weiteren hängt eine solche Temperaturgrenze von der Zusammensetzung und der Form ab.
Die erforderliche Druckenergie ist im oberen Teil dieses Bereiches (in der Nähe des Schmelzpunktes) geringer, wogegen die erforderliche Wärmeenergie im unteren Teil niedriger ist, so dass die bevorzugte Temperatur in der Mitte dieses Bereiches zwischen 100 und 300 C unter der Schmelztemperatur, d. i. die Temperatur bei der ein Schmelzen an der Kontaktstelle vor sich geht, liegt.
Die keilförmigen Enden verringern ja erheblich die Gefahr des Ausbeulens bzw. Knickens.
Einerseits wachsen, wenn die beiden Keile beginnen ineinander einzudringen, die axialen Druckkräfte nur allmählich von Null beim Augenblick des ersten Kontakts bis zum vollen Wert an, wenn beide Keile völlig ineinander eingedrungen sind. So wird der volle Druckwert nur erreicht, wenn die gesamte der Knickkraft ausgesetzte Länge bereits um die zweifache Länge der Keile gekürzt ist, wie unten erläutert wird. Weiter unterstützen die Keilformen auch das Auswärtstreiben der oxydierten Oberflächen, und dies erfordert eine geringere erforderliche Eindringtiefe, als wenn die Knüppelenden senkrecht zur Knüppelachse geschnitten wären. Als Ergebnis kann man die Knüppelenden aus den Greifern auf eine kürzere Länge hervorragen lassen, und die Knickgefahr ist viel geringer als im Fall von senkrecht geschnittenen Knüppelenden.
So ist für ein gegebenes Material, einen gegebenen Knüppeldurchmesser und eine gegebene Temperatur die zur Erzeugung einer Pressschweissung erforderliche Zahl aufeinanderfolgender Pressschritt viel geringer und lässt sich in einigen Fällen, wie unten gezeigt, auf nur einen reduzieren.
Die Erfindung ist besonders zur Anwendung bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Kupferdrahtstangen in einer Fliessbandanlage brauchbar. Dieses Verfahren umfasst nach einer Weiterbildung der Erfindung das Leiten einer Anzahl von Drahtknüppeln bei Warmwalztemperatur, u. zw. je eines Knüppels nach dem andern durch ein Walzwerk zur einzelnen Lieferung einer Anzahl von Kupferknüppeln ;
das Pressverschweissen des Vorderendes jedes das Walzwerk verlassenden Kupferknüppels mit dem Hinterende eines endlosen, durch die vorherigen Knüppel, die miteinander verschweisst sind, gebildeten Stranges, wobei das Schweissen nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einem einzelnen Pressschritt und ohne jede Zuführung von Wärmeenergie zu den verschweissten Enden während des Pressschweissvorganges, die ausreichend wäre, um irgendwelches Kupfer zu schmelzen, durchgeführt wird ; die Entfernung des Materials, das durch das Pressschweissen aus dem Querschnitt der verschweissten Knüppel ausgetrieben ist, vom Umfang der Schweissstelle und das kontinuierliche Walzen dieses endlosen Stranges durch ein kontinuierliches Walzwerk zu Drahtstangen.
Die bevorzugte Abmessung des Knüppels ist die Abmessung eines Metallknüppels, wie er sie beim Eingang in ein herkömmliches kontinuierliches Walzwerk aufweist, d. h. eine Querschnittsoberfläche im Bereich zwischen 5 und 35 cm". Es ist klar, dass das Material beider Knüppel vorzugsweise das gleiche ist, damit ein Strang aus einem und demselben Material gebildet wird, doch können auch unterschiedliche Materialien verwendet werden, solange die mechanischen Eigenschaften des plastischen Fliessens beider Enden beim Ineinanderpressen nicht zu verschieden sind.
Die "Kupferdrahtstangen", die sich nach dem obigen kontinuierlichen Verfahren in einer Fliessbandanlage herstellen lassen, sollen als Drahtstangen aus reinem Kupfer mit seinen unvermeidlichen Verunreinigungen oder als Drahtstangen verstanden werden, in denen das Kupfer der hauptsächliche Bestandteil einer Kupferlegierung ist. Als Keilform wird ein zweiflächiger Winkel von wenigstens 90 Schärfe bevorzugt, dessen Kante die Achse des Knüppels im wesentlichen senkrecht schneidet. Jedoch kann entsprechend der Temperatur und den mechanischen Eigenschaften des Materials auch ein stumpferer Winkel, wenn nicht anders möglich, bis zu 135 oder Keil mit einer Kante genommen werden, die nicht unbedingt senkrecht zur Achse des Knüppels verlaufen und diese Achse schneiden muss.
Die Erfindung wird im folgenden in ihren Einzelheiten im Zusammenhang mit ihrer bevorzugten Anwendung in einer Fliessbandanlage zur kontinuierlichen Erzeugung von Kupferdrahtstangen
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Materials erfolgt in der Richtung des Pfeils 3. Während das Walzwerk kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit arbeitet, arbeitet die Schweissmaschine in einer Anzahl von zyklisch sich wiederholenden Schritten, so dass der Strang --4--, der durch die Schweissmaschine gebildet wird, in unterbrochenen wiederholten Schritten geliefert wird.
Aus diesem Grund bildet der Strang --4-zwischen der Schweissmaschine und dem Walzwerk eine Pufferschleife --5-- oder irgendeine andere Speicherungsform, deren Abmessungen grösser oder kleiner werden, wenn der Nachschub von der Schweissmaschine grösser bzw. kleiner als der Eingangsbedarf des Walzwerks ist, um die momentanen Geschwindigkeitsunterschiede zwischen der stromauf befindlichen Schweissmaschine und dem stromab befindlichen Walzwerk aufzufangen. Während das vordere Ende-9-des endlosen Stranges --4-- bereits das Walzwerk verlassen hat, bleibt das hintere Ende --10-- in der Schweissmaschine.
Im Walzwerk --2-- sind nur die ersten beiden Stiche schematisch dargestellt, jedoch ist es klar, dass dieses Walzwerk eine viel grössere Anzahl von Stichen, z. B. 10 bis 20 Stiche aufweisen kann und dass die erforderliche Anzahl von Stichen in Abhängigkeit vom gewünschten Enddurchmesser angewendet wird, der zwischen 3 und 20 mm sein kann. Die gesamte Querschnittsverringerung in diesem Walzwerk beträgt jedoch wenigstens 75% der ursprünglichen Querschnittsfläche, um zu ermöglichen, dass der Verbindungsbereich ausreichend thermomechanisch verformt wird.
Die Schweissmaschine-l-enthält einen ersten Greifer --6-- und einen zweiten Greifer - zum Erfassen des Knüppels --8--, der in der Richtung des Pfeils 3 ankommt, an seinem vorderen Ende --9-- bzw. zum Erfassen des hinteren Endes --10-- des Stranges --4--, während diese Enden zueinander ausgerichtet sind. Diese Greifer sind in der Richtung der gegenseitigen Ausrichtung der genannten Enden längsbeweglich, und diese Bewegung wird durch ein in Fig. l nicht dargestelltes Hochleistungsantriebssystem erhalten, das einen Teil der Schweissmaschine bildet und mit beiden Greifern --6 und 7-- verbunden ist, um sie aufeinander zu und voneinander weg längs der Ausrichtungslinie der Knüppel zu bewegen.
Das Hochleistungsantriebssystem kann ein hydraulisches Zylindersystem oder irgendein anderes System sein, das sich zum Entwickeln der erforderlichen Kraft eignet. Die zum Pressen zweier Knüppel ineinander benötigte Kraft hängt von der Querschnittsfläche und der Temperatur an den Knüppelenden ab, jedoch ist der Druck bei der bevorzugten Temperatur von 8500C etwa 785 N/mm2.
Der Weg für den Knüppel --8-- in der Schweissmaschine weist ein System von Rollen auf, die schematisch bei -11-- gezeigt sind, von einem Elektromotor angetrieben werden und den ankommenden Knüppel zwischen einander erfassen, um dem Knüppel eine programmierte Längsbewegung unter Steuerung des Elektromotors zu erteilen. Der Weg für den Strang --4-- aus der Schweissmaschine heraus weist ein ähnliches System von Rollen, die schematisch bei --12-- gezeigt sind, auf, um dem Strang eine programmierte Längsbewegung unter Steuerung eines Elektromotors, der das Rollensystem --12-- antreibt, zu erteilen.
Die Schweissmaschine weist ausserdem ein erstes Paar von Scheren --13--, die längs des Weges für das vordere Ende --9-- des ankommenden Knüppels --8-- in die Maschine angeordnet sind, und ein zweites Paar von Scheren --14-- auf, die längs des Weges des hinteren Endes --10-- des Stranges --4-- aus der Maschine heraus angeordnet sind. Diese Scherenpaare sind so geformt, dass sie ein Stück des vorderen Endes und des hinteren Endes des Knüppels bzw. des Stranges abschneiden und an beiden Enden eine Keilform erzeugen.
Die verschiedenen Schritte zum Betrieb der Schweissmaschine sind folgende. Die Rollensysteme --11 und 12-- bringen in einem ersten Schritt das vordere Ende --9-- des ankommenden Knüppels -8-- und das hintere Ende --10-- des Stranges --4-- zwischen das erste Scherenpaar - bzw. das zweite Scherenpaar --14--, welche die in Fig. l (a) gezeigten Stellungen sind. Dann werden die Scheren --13 und 14-- zum Zuschneiden dieser Enden in keilförmige Enden be-
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unregelmässigen und unsauberen Spitzen durch reine Keilformen ersetzt werden. Ein Stück einer Länge von etwa der Durchschnittsdicke des Knüppels reicht allgemein aus.
Im nächsten Schritt werden die Rollensysteme --11 und 12-- betätigt, um das vordere Ende --9-- des Knüppels --8-- und das hintere Ende --10-- des Stranges --4-- zueinander ausgerichtet anzunähern, wie durch
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die Pfeile in Fig. 1 (b) angedeutet ist, und sie weiter in Reichweite der Greifer --6 und 7-- zu bringen. Dann werden diese Greifer betätigt, um die Enden --9 bzw. 10-- zu erfassen (Fig. l (c)), und die Lage, in die die Enden durch die Rollensysteme --10 und 12-gebracht wurden, ist derart, dass nach Schliessen der Greifer die Enden aus den Greifern zueinander um eine Länge von wenigstens der einfachen und höchstens der dreifachen Durchschnittsdicke, vorzugsweise der doppelten Durchschnittsdicke der Knüppel vorspringen.
Die minimale Länge wird für jeden Fall als Funktion der erforderlichen Presstiefe zum Austreiben des freiliegenden oxydierenden Keiloberflächenmaterials bestimmt und hängt vom Material und von der Schärfe des Keils ab, und die maximal zulässige Länge wird durch die Knickgefahr bei der angewendeten Temperatur bestimmt.
Es folgt dann der nächste Schritt, wie er in Fig. 1 (d) angedeutet ist : Beide Greifer --6 und 7-- werden aufeinander zu, wie durch die Pfeile angedeutet, eine ausreichende Strecke bewegt, um ein gegenseitiges Eindringen beider vorragender Enden zu bewirken.
Nachdem beide Enden und 10-- ineinandergedrückt sind, treibt das Rollensystem --12-den Strang --4--, der nun um eine Knüppellänge verlängert ist, in der Richtung des Pfeils in Fig. l (e) aus der Schweissmaschine heraus, bis sein neues hinteres Ende in den Bereich zwischen den Scheren --14-- kommt. Inzwischen wird der nächste ankommende Knüppel durch das Rollen- system --11-- vorwärtsbewegt, bis sein vorderes Ende in den Bereich zwischen den Scheren - gelangt, und die Maschine ist dann für den nächsten Zyklus bereit.
Um nach dem Schneidvorgang durch die Scheren eine möglichst reine Keiloberfläche zu haben, kann es ratsam sein, zunächst die einander gegenüberliegenden Knüppeloberflächenbereiche zu reinigen und zu entzundern, wo die Schneidkanten der Scheren in Kontakt mit der Oberfläche des Knüppels direkt vor Eindringen in den Knüppel kommen. Wenn diese Oberflächen mit Oxyden bedeckt sind, besteht die Gefahr, dass die Scheren diese in den Knüppel pressen und dass die Keiloberflächen solche Oxydeinschlüsse enthalten, die in das Kupfer hineingepresst wurden. Eine Reinigung kann durch einfaches Abschleifen eines Teils der Oberfläche erfolgen.
Die Art, in der die Enden und und 10-- ineinandergepresst werden, ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Wie schon erwähnt, werden die Enden --9 und 10-- zu keilförmigen Enden geschnitten, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Jeder Keil definiert einen zweiflächigen Winkel, der ein Paar von Flächen hat, die sich längs einer Kante-17 bzw. 18-- treffen. Wenn die Enden in Berührung miteinander kommen, sind diese Kanten zueinander senkrecht. Es ist ausreichend, dass sich die beiden Kanten kreuzen, obwohl sie vorzugsweise senkrecht zueinander stehen.
Wenn dann beide Enden ineinandergedrückt werden, dringen die Enden allmählich ineinander ein und finden schnell und nach und nach Halt ineinander, während der Widerstand des Kupfermaterials gegen den Druck anfangs niedrig ist und nach und nach wächst, so dass ein Ausknicken zu einer Seite verhindert wird und das Material nach allen Seiten ausgequetscht wird. Durch solches Pressen wird im wesentlichen das gesamte Material an der äusseren Oberfläche --19 bzw. 20-- aus dem Profil oder der Querschnittsfläche der ausgerichteten Knüppelenden, wie es bzw. sie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, ausgetrieben. So wird die innerhalb der Querschnittsfläche erzeugte Kontaktoberfläche durch frisches, aus dem tieferen Inneren der Knüppel kommendes Material, wo das Kupfer nicht oxydiert ist, gebildet.
Der einfachste Weg, beide keilförmigen Enden mit zueinander senkrechten Keilkanten zu erhalten, ist die Verwendung zweier Paare identischer Scheren --13 und 14-- (Fig. 1), die zueinander senkrecht stehen.
Fig. 3 zeigt in mehr Einzelheiten, jedoch noch schematisch, die bevorzugte Form für die Grei- fer --6 und 7--. Sie sind jeweils aus zwei Teilen oder Klemmbacken --21, 22 bzw. 23, 24-- ge- bildet, die, wenn sie um die Knüppelenden-9 bzw. 10-- geschlossen sind, eine zylindrische Öffnung der Querschnittsform definieren, so dass sie die Knüppel vollkommen umgeben und bei Längsdruck keine Verdickung derselben über eine ausreichende Länge, z.
B. die dreifache Durchschnittsdicke der Knüppel zulassen, wie in Fig. 3 (a) gezeigt ist, wo die Greifer in ihrer Stellung vor ihrem Zueinanderdrücken durch das Hochleistungssystem gezeigt sind und wo die Knüppelenden zueinander aus den Greifern über eine Länge von etwa der 1, 5fachen Durchschnittsdicke der Knüppel vorspringen.
Wenn dann die Greifer --6 und 7-- zueinandergestossen werden, dringen die Knüppelenden
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- 9 und 10-- ineinander über eine Gesamtlänge von etwa der 3fachen Durchschnittsdicke der Knüppel ein, bis die Greifer in gegenseitige Anlage kommen, wie Fig. 3 (b) zeigt.
Die Greifer sind so gestaltet, dass sie in dieser Stellung eine Form --33-- für das ausgetriebene Material bilden (Fig. 3 (c)). Wenn die zur gegenseitigen Anlage bestimmten Teile --24, 25 bzw. 26, 27-- zusam- menkommen, dann belässt diese Form eine dünne ringförmige Öffnung --30-- um die Schweissverbindungsstelle (s. im einzelnen in Fig. 3 (c)), um zu ermöglichen, dass das ausgedrückte Material durch diese Öffnung ausgequetscht und zu einem Ring --31-- gepresst wird, der mit der Schweissstelle längs der Ringform --30-- zusammenhängt, die die Innenoberfläche des Ringes und die äussere Oberfläche der Schweissverbindung bildet.
Die axiale Breite b dieser Ringform wird weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Viertel der Durchschnittsdicke der Knüppel gewählt, um eine leichte Trennung des Ringes von der Schweissverbindungsstelle zu ermöglichen.
Nachdem die Knüppelenden ineinandergepresst sind, werden die Greifer geöffnet und wieder in ihre Anfangsstellung entsprechend Fig. 3 (d) getrennt, und die Schweissverbindungsstelle erscheint mit einem Ring --31-- um sie herum, der von dem ausgetriebenen Kupfer gebildet ist. Der geschweisste Strang wird dann durch das Fördersystem nach rechts bewegt, das den Strang von zwischen den Greifern zum Ausgang der Schweissvorrichtung und längs eines Weges fördert, der einen Bauteil --34-- mit einer Öffnung mit scharfen Rändern --35-- aufweist. Der Strang läuft durch die Öffnung, bis der Ring auf den Bauteil --34-- stösst, der den Ring vom geschweissten Bereich der Knüppelenden abschert.
Die scharfen Ränder --35-- erleichtern das Abtrennen des Ringes, obwohl es zum Abbrechen des Ringes ausreichend ist, dass die Öffnung einen Durchlass des Ringes nicht zulässt oder dass ihr Durchmesser zwischen dem inneren und dem äusseren Durchmesser des Ringes liegt.
Es kann ratsam sein, an dieser Stelle einen Abschabe- oder Schleifvorgang der gesamten Knüppeloberfläche vorzusehen, um sämtlichen Zunder und sämtliche Oberflächenverunreinigungen vor dem kontinuierlichen Endwalzen zu beseitigen. Das verlorene Kupfermaterial ist im Anteil viel geringer, wenn das Kupfer bei hohem Durchmesser in einem Zwischenstadium abgeschabt wird, als bei geringem Durchmesser am Schluss, weil in beiden Fällen die Abschabetiefe etwa gleich sein muss.
Wenn der Strang auf seinem Weg weiterläuft, gleitet der Ring --31-- längs des Stranges zu dessen Ende, und wenn dieses Ende schliesslich die Öffnung durchläuft, ist der Ring frei zum Herabfallen, wie in Fig. 3 (e) angedeutet ist. Es ist klar, dass diese Art des Abtrennens des Ringes von der Schweissverbindungsstelle nicht die einzig mögliche ist und dass beispielsweise der Bauteil --34-- eine Schneidbewegung relativ zum Strang ausführen kann oder dass die Öffnung zum Abbrechen des Ringes in den Greifern selbst ausgebildet ist.
Fig. 4 zeigt in mehr Einzelheiten eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäss verwendeten Pressschweissvorrichtung. Hier bedeuten die Bezugsziffern --6 und 14-die gleichen Bauteile wie in der schematischen Fig. l, und die festen Teile sind schraffiert. Die Vorrichtung weist einen festen Stahlrahmen mit zwei parallelen und vertikalen Rahmenplatten - 41 und 42-- auf, an denen die Tische --43 bzw. 44-- befestigt sind. Beide Rahmenplatten sind zur Versteifung miteinander durch zwei horizontale parallele Schienen verbunden, von denen die vordere Schiene --45-- gezeigt ist.
An der Rahmenplatte --41-- sind vier Druckzylinder an den Ecken eines Vierecks mit einer vertikalen Breitenrichtung und einer horizontalen Längenrichtung senkrecht zur Zeichenebene montiert, so dass nur zwei, nämlich die Zylinder --46 und 47-- von diesen vier Zylindern in Fig. 4 sichtbar sind. In gleicher Weise sind symmetrisch vier Zylinder an der Rahmenplatte --42-- montiert, von denen nur die Zylinder --48 und 49-- sichtbar sind. Führungsstangen --50 bis 53-- erstrecken sich zwischen den Zylindern --46, 48 bzw. 47, 49-- und sind jeweils in den Broden-55, 56 bzw. 47, 49-- der Zylinder befestigt. Vier solcher Führungsschienen erstrecken sich also zwischen den vier Zylindern, die an der Rahmenplatte --41-- befestigt sind, und den vier Zylindern, die an der Rahmenplatte --42-- befestigt sind.
Man erkennt den ankommenden Knüppel --8--, der durch ein erstes Antriebsrollensystem - -11--, weiter zwischen ein erstes Scherenpaar --13-- und anschliessend durch einen ersten Grei- fer --6-- läuft, wo das vordere Ende --9-- aus dem Greifer zum hinteren Ende --10-- des Stranges --4-- hin herausragt.
Dieser Strang läuft von seinem hinteren Ende --10-- durch einen zweiten
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Greifer --7--, weiter durch den Bauteil --34-- mit einer Öffnung mit scharfen Rändern --35--, zwischen einem zweiten Scherenpaar --14-- hindurch und schliesslich durch ein zweites Antriebs- rollensystem --12--. Diese Antriebsrollensysteme --11 und 12-- weisen je eine Anzahl von Rollenrädern auf, zwischen denen der Kupferknüppel oder -strang in solcher Weise wie in Ausrichtwalzen geführt und durch die Räder angetrieben wird, die durch je einen nicht dargestellten gesteuerten Elektromotor für die Räder auf dem Tisch --43-- bzw. für die Räder auf dem Tisch - gedreht werden.
Das Scherenpaar --13-- ist so angeordnet, dass es sich horizontal und senkrecht. zur Zeichenebene bewegt, und schneidet den Knüppel zur Bildung eines keilförmigen Endes mit vertikaler Kante. Das Scherenpaar --14-- ist zur Vertikalbewegung und zum Schneiden des Stranges --4-- zur Bildung eines keilförmigen Endes mit einer horizontalen Kante angeordnet, die zur Zeichenebene senkrecht steht. Der Rand --35-- der Öffnung des Bauteils --34-- umgibt in geringem Radialabstand die Oberfläche des Stranges, um den um die Schweissverbindungsstelle herum gebildeten Kupferring abzuschneiden, wenn diese Schweissverbindungsstelle durch die Öffnung läuft.
Die Greifer --6 und 7-- sind von symmetrischem Aufbau, und aus diesem Grund wird nur der Greifer --6-- im einzelnen beschrieben. Dieser weist einen Schlitten --59-- auf, der längs der Führungsstangen --50, 51,52 und 53-- gleitbar ist. Dieser Schlitten besteht aus einer dicken vertikalen Platte --60--, die senkrecht zu den Führungsstangen steht, und einer zweiten Platte --61--, die dünner als die Platte --60-- und parallel zu dieser ist, wobei beide Platten untereinander durch einen horizontalen Tisch --62-- verbunden sind. Beide Platten weisen vier Öffnungen für die Führungsstangen --50, 51,52 und 53-- auf und können frei längs dieser Stangen gleiten. Die Platte --60-- ist mit den vier Kolben der vier Druckzylinder verbunden, die an der Rahmenplatte --41-- befestigt sind.
Diese Kolben sind hohl, um die Führungsstangen zum Boden --55 bzw. 56-- der Druckzylinder durchtreten zu lassen. In dieser Weise lässt sich der Schlitten --59-- unter grossem Druck nach rechts und zurück bewegen.
Am Schlitten sind die Elemente montiert, die zum Klemmen des Knüppels dienen und in Fig. 5 besser sichtbar sind, die eine Querschnittsansicht der Vorrichtung nach der Linie A-A in Fig. 4 ist, und auch in Fig. 6 sichtbar sind, die eine Querschnittsansicht nach der Linie B-B in Fig. 5 ist. Dieses Klemmsystem umfasst ein Paar von symmetrisch angeordneten Greifbackenhaltern --64 und 65--, die auf dem Tisch --62-- zwischen den Platten --60 und 61-- im Sinn der Pfeile 66
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backenhaltern sind symmetrisch die Greifbacken --70 und 71-- montiert, die jeweils im zugehörigen Greifbackenhalter längs eines Paares von Führungsschienen --72, 73 bzw. 74, 75-- in Richtung der Pfeile 76 bzw. 77 gleitbar sind.
Die Führungsschienen in den Greifbackenhaltern laufen in der Richtung, die vom andern Greifer abgewendet ist, keilartig zusammen, so dass jedes Drücken auf den Knüppel bei dagegengepressten Greifbacken unter Einfluss des Druckes der Greifbackenhalter gegeneinander auch die Greifbacken in der Verjüngungsrichtung drückt, was bewirkt, dass die Greifbacke den Knüppel fester beaufschlagt. Die Öffnung zwischen den Greifbacken definiert einen Zylinder mit einem Durchmesser, der nur um einen geringen Prozentsatz von etwa 5% kleiner als der Durchmesser des Knüppels ist, so dass die Greifbacken innen im wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie der Knüppel annehmen und den Knüppel festklemmen und umgeben.
Der Vorteil solcher Greifbacken, die längs Richtungen gleitbar sind, die vom andern Greifer weg keilartig zusammenlaufen, besteht darin, dass der Druck der Greifbacken auf den Knüppel sich je nach der Härte des Knüppels selbst einstellt. Wenn das Ende des Knüppels dem Schmelzpunkt näher und sehr weich ist, erfassen die Greifer auch den Knüppel unter geringer Kraft ohne Gefahr eines Ausquetschens oder einer andern Schädigung, da dann die Knüppelenden unter geringer Kraft ineinandergepresst werden und so nur geringe Reaktionskräfte auf die Knüppel und die Greifbacken einwirken. Wenn umgekehrt der Knüppel verhältnismässig kalt ist, so dass starke Kräfte zum Ineinanderpressen der Knüppelenden erforderlich sind, dann werden verhältnismässig grössere Kräfte auf die Greifbacken übertragen.
Es ist klar, dass auch ein Greifer mit mehr als zwei Greifbacken verwendet werden kann und dass der gleiche Effekt erhalten wird, sofern sie längs Richtungen gleitbar sind, die in der Richtung vom andern Greifer weg
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keilartig zusammenlaufen. Der Keilwinkel beträgt vorzugsweise etwa 20 , doch liegt er in Abhängigkeit von den Umständen zwischen 5 und 300 gegenüber der Längsachse des Knüppels.
Die Gesamtheit der Greifbackenhalter --64 und 65-- und der Greifbacken wird, wenn die Greifbackenhalter zusammengebracht werden, durch eine Kupplungsgabel --78-- geschlossen gehalten, die vertikal unter Steuerung eines Druckzylinders --79-- entfernbar ist. Aus diesem Grund
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druck die Greifbackenhalter stark zusammendrückt. In dieser Weise werden die zum Auseinanderdrücken der Greifbackenhalter --64 und 65-- neigenden Kräfte von der Kupplungsgabel --78-und nicht mehr von den Zylindern --67 und 68-- aufgefangen, die zum Öffnen und Schliessen der Greifbackenhalter und der Greifbacken dienen.
Durch den vom Knüppel auf die Greifbacken ausgeübten Druck werden diese Greifbacken vom andern Greifer weggestossen, und infolgedessen ist es, wenn die Greifbackenhalter wieder geöffnet werden, erforderlich, die Greifbacken zurück in ihre dem andern Greifer nähere ursprüngliche Stellung zu bringen. Dies wird durch ein Hebelsystem bewerkstelligt, wo zwei Hebel --80 und 81--, die an den Greifbacken oben befestigt sind, mit einem Ende eines dritten Hebels --82-- verbunden sind, der schwenkbar am festen Rahmen im Schwenkpunkt --63-- befestigt ist und dessen anderes Ende --84-- mit dem Kolben eines Druckzylinders --85-- verbunden ist. Durch Bewegen des Kolbens lassen sich die Klemmbacken längs ihrer Schienen --72 bis 75-- bewegen.
Die Stirnseiten der Greifbacken --70 und 71-- haben eine solche Form mit den der gegenseitigen Anlage dienenden Teilen --24 und 26--, dass sie mit den Greifbacken des andern Greifers --7-- eine Hohlform zur Ausbildung des ausgetriebenen Materials zu einem Ring bilden, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert wurde.
Der Betrieb dieser Vorrichtung ist folgendermassen. In ihrer Anfangsstellung ist die Vorrichtung in der in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigten, zum Schweissen bereiten Stellung. Dann werden die acht Druckzylinder, von denen die Zylinder --46 bis 49-- sichtbar sind, unter Druck gesetzt, so dass sich der Schlitten --59-- des Greifers --6-- nach rechts bewegt und sich der entsprechende Schlitten des Greifers --7-- nach links bewegt (Fig. 4).
Durch diese Bewegung kommen die Greifbacken beider Greifer in gegenseitige Berührung mit ihren der gegenseitigen Anlage dienenden Teilen --24, 25,26, 27-- (Fig. 3 (b)), so dass sie eine Form --33-- (Fig. 3 (c)) bilden, in der das Kupfer von den gepressten Knüppelenden --9 und 10-- zu einem Ring --31-- am Umfang der Schweissverbindungsstelle zwischen den Greifern --6 und 7-- gepresst wird. Dann wird die Kupplungsgabel --78-- jedes Greifers durch ihren zugehörigen Druckzylinder --79-- angehoben. und dann werden die Zylinder --67 und 68-zum Öffnen der Greifbackenhalter im Sinn der Pfeile 66 in Fig. 6 gesteuert.
Gleichzeitig wird der Zylinder --85-- betätigt, um beide Greifbacken vorwärts in die Richtung nahe dem andern Greifer zu bringen. Nun sind beide Greifer --6 und 7-- in einer Stellung, wo sie den Strang --4-- bzw. den Knüppel --8-- freigegeben haben, der nun mit dem Strang verschweisst ist.
Im nächsten Schritt werden die Antriebsrollensysteme --11 und 12-- zum Fördern des so verlängerten Stranges durch die Vorrichtung bewegt, wodurch der Ring --31-- rings um die Schweissverbindungsstelle auf den scharfen Rand --35-- des Schneidbauteils --34-- trifft, der den Ring abschert. Der Strang wird weiter durch die Vorrichtung gefördert, während der Ring, der nicht
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In dieser Stellung wird die Bewegungsrichtung des Antriebsrollensystems umgekehrt, bis das hintere Ende des Stranges unter der Schere --14-- zum Stillstand kommt.
Inzwischen wurde ein neuer ankommender Knüppel --8-- vom Antriebsrollensystem --11-- erfasst und mit seinem vorderen En- de-9-bis zum Stillstand unter der Schere --12-- gefördert. In dieser Stellung werden beide Enden zur Keilform mit zueinander senkrechten Kanten abgeschnitten, und dann werden die An- triebsrollensysteme --11 und 12-- wieder in Bewegung gesetzt, bis das vordere Ende --9-- des neu ankommenden Knüppels --8-- und das hintere Ende --10-- des Stranges --4-- in der in Fig. 4 gezeigten Stellung sind. Es muss hier bemerkt werden, dass die Greifbacken der Greifer in dieser Stellung weit von jeder Berührung mit diesen Enden sind, die sich so nicht unnötig vor dem Verschweissen abkühlen.
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Im letzten Schritt vor dem Schweissen wird nun jeder der Greifer rings um die Enden-9 bzw. 10-- in der folgenden Weise geschlossen. Zunächst werden die Zylinder --67 und 68-- be- tätigt, um beide Greifbackenhalter näher zueinander in der den Pfeilen 66 (Fig. 6) entgegengesetzten Richtung zu bringen, bis die Greifbacken --70 und 71-- die Knüppelenden umgeben, die dann aus den Greifbacken um eine Länge von etwa dem 1 1/2fachen Durchmesser der Knüppel hervorragen. Dann wird die Kupplungsgabel --78-- nach unten über die Greifbackenhalter bewegt, und die ganze Vorrichtung ist wieder in ihrer Anfangsstellung und für den nächsten Schweisszyklus bereit.
Als Ausgangsmaterial lassen sich herkömmliche Kupferdrahtknüppel oder-barren der oben erwähnten üblichen Abmessungen verwenden, die von den Kupferraffinerien geliefert werden. Es steht jedoch nichts im Wege, im Fliessbandbetrieb stromauf des diskontinuierlichen Warmwalzwerks eine Betriebsweise vorzusehen, wo die Drahtknüppel anderer geeigneterer Abmessungen und Zusammensetzungen diskontinuierlich gegossen werden. Dies hat den Vorteil, dass man diese Drahtbarren erstarren und auf Warmwalztemperatur abkühlen lassen kann und dass sie dann direkt bei dieser Temperatur dem diskontinuierlichen Walzwerk zugeführt werden. In dieser Weise wird die Wärme zum Erreichen der Warmwalztemperatur bei dieser Temperatur ohne jede zusätzliche Aufheizung direkt von der zum Giessen erforderlichen Wärme erhalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Fressverschweissen zweier Metallknüppel an ihren Enden durch Längsandrücken und-ineinanderdrücken der in Schmelzpunktnähe erhitzten Knüppelenden unter Austreiben im wesentlichen des gesamten Oberflächenmaterials der zu verschweissenden Enden nach ausserhalb des Querschnitts der verschweissten Knüppel, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschweissenden Knüppelenden (9,10) keilförmig angespitzt und bei in an sich bekannter Weise einander kreuzenden Keilkanten (17,18) bei einer Temperatur ineinandergedrückt werden, die zwischen der Schmelztemperatur und einer 450 C unter dieser Temperatur gelegenen Temperatur liegt.
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