DE1127518B - Vorrichtung zum Verschweissen eines Metallbolzens mit einer Drahtwendel - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Verschweißen eines Metallbolzens mit einer Drahtwendel Bei der Herstellung geschweißter Verbindungen zwischen einer beispielsweise als Heizwendel dienenden Drahtwendel mit einem Bolzen ist es erfahrungsgemäß notwendig, einerseits eine zu große Oxydation zu verhindern und andererseits mit der Schweißtemperatur so hoch zu gehen, daß ein einwandfreies Verschweißen der Drahtwendel mit dem für gewöhnlich als Zapfen ausgebildeten Bolzenende eintritt. Andererseits darf die Temperatur nicht zu hoch getrieben werden, und es dürfen bei dem Schweißvorgang keine Schweißperlen auftreten, durch die störende Verdickungen des Bolzens eintreten würden.
• Für eine Fertigung derartiger Schweißverbindungen in hoher Stückzahl und gleichmäßiger Qualität kommt nur die Hochfrequenzerwärmung in Betracht. Hierzu werden die zu verschweißenden Teile vermittels einer Vorrichtung in ihre richtige Stellung zueinander gebracht und der Wirkung einer mit Induktor bezeichneten, von Hochfrequenzstrom durchflossenen Spule ausgesetzt, die vermöge ihres magnetischen Feldes in den zu verbindenden Teilen entsprechende Hochfrequenzströme induziert, durch die die Schweißtemperatur hervorgebracht wird. Zur Verhinderung einer zu starken Oxydation der Oberfläche der zu verschweißenden Teile sind bereits mehrfach Verfahren angegeben worden, bei denen reduzierende Flußmittel verwendet werden. Dieses Vorgehen ist jedoch verhältnismäßig umständlich, welshalb, insbesondere bei Fertigung von Schweißverbindungen in großer Stückzahl, der Wunsch besteht, ohne derartige Reduktionsmittel auszukommen.
• Eine besondere Schwierigkeit bereitet, besonders bei kleinem Drahtdurchmesser der Drahtwendeln und entsprechendem kleinem Durchmesser der an dem Bolzen befindlichen Zapfen, um denen die Verschweißung vorgenommen werden soll, die Erzeugung der für den Schweißvorgang günstigen Temperaturverteilung. Der Zapfen muß einerseits eine genügend hohe Temperatur für das Schweißen erreichen. Andererseits darf die Temperatur des Zapfens nicht so hoch werden, daß sie zu einem Abknicken oder gar völligem Abschmelzen des Zapfens führt. Keinesfalls darf der Bolzen ebenso hoch erhitzt werden wie der Zapfen, wie dies durch die induktive Erwärmung in anderen Fällen in bekannter Weise erreicht werden soll. Andererseits muß das an den Zapfen angrenzende Bolzenende eine gewisse Erwärmung erfahren, um eine mäßige, aber nicht zu starke. Wärmeabwanderung in den Bolzen zu erzielen.
• Um alle diese Forderungen zu erfüllen, d. h: einerseits eine Oxydation der zu verschweißenden Teile zu verhindern und andererseits eine geeignete Temperaturverteilung zu erzielen, ist die Vorrichtung zum Verschweißen eines Metallbolzens mit einer Drahtwendel, die auf einen Zapfen des Metallbolzens aufgeschoben ist, mittels induktiver Hochfrequenzerwärmung nach der Erfindung so eingerichtet, daß während der Erhitzung die beiden zu verschweißenden Teile in einem diese Teile eng umschließenden und den Luftzutritt zur Schweißstelle behindernden Rohr aus hochhitzebeständigem, elektrisch nichtleitendem Werkstoff so gehalten sind, daß Form- oder Lageänderungen der Teile nicht möglich sind, und daß zwei der Hochfrequenzerhitzung dienende Induktorteile vorgesehen sind; von denen der eine den die Drahtwendel tragenden Zapfen etwa in dessen Mitte mit einem dem Rohr angepaßten Durchmesser umschließt, während der andere Induktorteil mit größerem Durchmesser das der Drahtwendel zugewendete Ende des Bolzens etwa in der Höhe des Zapfenansatzes umschließt, und nur so bemessen ist, daß durch die von ihm verursachte Erwärmung des Bölzenendes eine zu starke Abwanderung der Wärme von der Schweißstelle verhindert wird.
• Eine solche Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Figur beispielsweise dargestellt. Darin ist 2 ein aus hochtemperaturbeständigem Material, beispielsweise einem nicht porösen und festen, aber mechanisch noch bearbeitbaren keramischen Werkstoff gefertigtes, nach oben trichterförmig erweitertes Rohr, in das der Bolzen 2 Aufnahme finden kann. Das Rohr ist ebenso wie der Bolzen mit kreisrundem Querschnitt angenommen. An seinem oberen Ende trägt der Bolzen einen Anschlußzapfen 3, auf den die anzuschweißende Drahtwendel 4 aufgeschoben werden kann. In etwa der Höhe, in der sich der Ansatz des Zapfens des Bolzens befindet, ist die Teilspule 5 als der eine Induktorteil angeordnet, sie hat einen verhältnismäßig großen Durchmesser. Darüber; etwa in: der Höhe der Zapfenmitte, ist die Teilspule 6 als der andere Induktorteil befestigt. Er weist einen kleineren Durchmesser auf und umschließt den Zapfen-so eng, wie es das Keramikrohr- zuläßt. Die Induktorspulen können aus einer oder mehreren Windungen bestehen.
• Der infolge -seines größeren: Durchmessers lose angekoppelte erste Induktor 5: dient dazu, eine Vorerwärmung des Bolzens in der Umgebung der Ansatzstelle des Zapfens zu erzeugen, während. der fester angekoppelte Induktor 6 mit dem kleineren Durchmesser den Zweck hat, die eigentliche Schweißtemperatur in dem Zapfen und in der Drahtwendel hervorzurufen.
• Das Rohr 1 hat hierbei neben der Aufgabe, den Bolzen und die Drahtwendel in der richtigen Lage zueinander zu halten, den weiteren Zweck, den Sauerstoff der Luft weitgehend von der Schweißstelle fernzuhalten. Die trichterförmige Erweiterung dient de leichteren Einführung der Drahtwendel. Das Rohr kann mit verschiedenen inneren Weiten ausgeführt sein, um die Verschweißung verschieden starker Bolzen und Drahtwendeln zu ermöglichen.
• Während des Schweißvorganges bedarf das Material dieses Rohres weder mit dem entsprechenden Oxyd noch mit geschmolzenem Material der zu verschweißenden Teile eine chemische Verbindung eingehen, was durch de Wähl des Materials des Rohres, beispielsweise durch die Verwendung' von Keramik, sichergestellt ist. Unter diesen Umständen ist eine Loslösung des Rohres und des geschweißten Stückes ohne Schwierigkeiten möglich.
• Die Außendurchmesser der Drahtwendel und des Bolzens sind stets angenähert gleich. DerInnendurchmesser des Rohres ist diesen Außendurchmessern angepaßt, d. h., er ist nur wenig größer als diese. Bei verschieden starken Drahtwendeln bzw: Bolzen genügt es, bei den angewendeten Rohren nur den jeweiligen Innendurchmesser anzupassen, während der Außendurchmesser des Rohres und damit auch die Induktoren beibehalten werden können. Mit diesem Ausführungsbeispiel sind die Möglichkeiten einer Gestaltung des Erfindungsgedankens nicht erschöpft. Beispielsweise kann die Erfindung für die Verschweißung von Drahtwendeln und Bolzen mit rundem, quadratischem oder anders ausgebildetem Querschnitt angewendet werden. In solchen Fällen ist auch das umschließende Rohr diesen Querschnitten entsprechend auszubilden. Ferner kann der Draht, aus dem die Wendeln hergestellt sind, beliebigen Querschnitt haben, er kann beispielsweise rund oder bandförmig ausgebildet sein: Schließlich ist die Ausbildung der Induktoren nicht auf das in der Figur gegebene Beispiel beschränkt. Die als Induktoren dienenden Spulen von beispielsweise einer Windung können aus Rohr mit rundem oder quadratischem oder andersartigem Querschnitt ausgebildet sein.
• Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Induktoren aus konisch gebogenem Blech herzustellen, wobei der kleinste Durchmesser des kleineren Konus dem Zapfen des Bolzens zugewendet ist und wobei jeder Konus einen seitlichen Längsschlitz zur Stromzu- und -abführung besitzen muß. Bei passender Ausbildung dieser konisch geformten Induktoren können diese auch zu einem -einzigen Konus zusammengefaßt sein, d. h. aus einem konisch gebogenen Blech bestehen, wobei wiederum die Seite mit dem kleinsten Durchmesser dem Zapfen des Bolzens zugewendet ist und wobei die Stromzu- und -abführung an einem seitlichen -Längsschlitz des Bleches zu erfolgen hat:

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum Verschweißen eines Metallbolzens mit einer Drahtwendel, die auf einem Zapfen des Metallbolzens aufgeschoben ist, mittels induktiver Hochfrequenzerhitzung, dadurch gekennzeichnet, daß während der Erhitzung die beiden zu verschweißenden Teile in einem diese Teile eng umschließenden und den Luftzutritt zur Schweißstelle behindernden Rohr (1) aus hochhitzebeständigem, elektrisch nichtleitendem Werkstoff so gehalten sind, daß Form- oder Lageänderungen der Teile nicht möglich sind, und daß zwei der Hochfrequenzerhitzung dienende Induktorteile (5, 6) vorgesehen sind; von denen der eine (6) den die Drahtwendel tragenden Zapfen etwa in dessen Mitte mit einem dem Rohr angepaßten Durchmesser umschließt, während der andere Induktorteil (5) mit größerem Durchmesser das der Drahtwendel (4) zugewendete Ende des Bolzens etwa in der Höhe des Zapfenansatzes umschließt und nur so bemessen: ist, daß durch die von ihm verursachte Erwärmung des Bolzenendes eine zu starke Abwanderung der Wärme von der Schweißstelle verhindert wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Verschweißen verschieden geformter Drahtwendeln und Bolzen mit angenähert gleichem Umfang, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene, hinsichtlich der Innenabmessungen den jeweiligen Bolzen und Wendeln angepaßte Rohre mit gleichen Außenabmessungen vorgesehen sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorteile aus rohrförmigen Leitern beliebiger Querschnittsform gebildet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorteile aus konisch gebogenen Blechringen mit einem Längsschlitz undbeiderseits des Längsschlitzes angeordneten Stromzuführungen bestehen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktorteile zu einem einzigen konisch ausgebildeten Ringleiter mit einemLängsschlitz und beiderseits des Längsschlitzes angeordneten Stromzuführungen zusammengezogen sind, wobei das Ende mit dem kleinsten Durchmesser dem Zapfen des Bolzens zugewendet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr: 710 686, 837 606, 967 859; französische Patentschriften Nr. 1113 242, 1014 827; Zeitschrift »Archiv für Elektrotechnik«, 1954, Heft 4, S. 222 bis 230; Buch »Induction and Dielectric Heating« von Cable, 1954, S.180.