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Widerstandsschweißmaschine für Rohr- und andere Schweißnähte Die Erfindung
betrifft eine Widerstandsschweißmaschine für Rohr- und andere Schweißnähte mit einem
Rollelektroden-Transformator mit umlaufendem Sekundär- und stationärem Primärteil.
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Bekanntlich erfolgt die handelsmäßige Herstellung von elektrisch geschweißten
Rohren in Stahlwerken dadurch, daß flache Blechstreifen zur gewünschten Rohrrundung
gebogen und die einander gegenüberliegenden Kanten dann elektrisch verschweißt werden.
Bisher hat man gewöhnlich die elektrische Energie den sich bewegenden Rohlingen
am Berührungspunkt der zusammengelangenden Kantenteile oder in dessen Nähe geführt,
so daß der Strom quer durch die Naht floß, wobei die Berührungsfläche der Naht einen
hohen Widerstand darstellt und bis zur Schmelztemperatur des Metalls erhitzt wird.
Obwohl dies auch heute noch möglicherweise die am meisten verbreitete Art des Schweißens
darstellt, hat man eine andere Methode unter Einsatz von Hochfrequenzenergie entwickelt,
die sich als sehr erfolgreich herausgestellt hat; hier wird der Strom um die Fuge
im Rohling herumgeleitet, d. h. in einem bestimmten Abstand von den abstehenden,
zusammengelangenden Kantenteilen und an deren Verbindungsstelle. Bei Hochfrequenz
konzentriert sich der Skineffekt in den Kantenflächen, wodurch außerordentlich hohe
Stromdichten in der Naht zustande kommen, welche eine schnelle und gleichmäßig gute
Fertigung ermöglichen.
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Die mit der Erfindung vorgeschlagene Schweißmaschine beruht auf diesem
letztgenannten Schweißverfahren und insbesondere auf dem Einsatz von Hochfrequenzenergie.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verhältnismäßig billige, jedoch verläßliche und
leistungsfähige Schweißmaschine zum Übertragen der Energie auf einen sich bewegenden
Rohrrohling oder andere Werkstücke durch unmittelbaren körperlichen Kontakt zu schaffen.
Diese mechanische Energieübertragung soll in der Weise erfolgen, daß mit dem Werkstück
ein guter elektrischer Kontakt hergestellt, eine gute und rasche Regelung der Kontaktzone
der zu verschweißenden Naht ermöglicht und langer und störungsfreier Betrieb gewährleistet
ist.
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Die mit der Erfindung gestellte Aufgabe ist nun bei einer Widerstandsschweißmaschine
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Rollelektroden-Transformator
als Hochfrequenz-Lufttransformator ausgebildet ist.
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Zwar sind Schweißmaschinen mit drehbarem Sekundärteil des Transformators
bereits bekannt. Auch wurden bereits Hochfrequenztransformatoren mit drehbarem Sekundärteil
vorgeschlagen. Erst mit der Erfindung aber wird eine Hochfrequenz-Schweißmaschine
geschaffen, bei der Elektroden, Leiter und eine entsprechende Sekundärwicklung als
eine umlaufende Einheit aufgebaut sind, wobei eine stationäre Primärwicklung mit
der umlaufenden Sekundärwicklung induktiv gekoppelt ist. Erst mit der Erfindung
wurde die letzte Konsequenz gezogen, für das Schweißen mit einem Rollelektroden-Transformator
mit stationärer Primär- und rotierender Sekundärwicklung für das an sich bekannte
Rollelektroden-Hochfrequenzschweißen einen Rollelektroden-Lufttransformator zu verwenden.
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Die erfindungsgemäße Schweißmaschine umfaßt daher einen Hochfrequenztransformator
mit einer umlaufenden Sekundärwicklung, die Rollenkontaktgeber besitzt, welche mit
dem vorrückenden Werkstück im Eingriff stehen, um so die Energie aufzubringen. Der
mechanische Kontakt erfolgt ohne übermäßigen Verschleiß durch Reibung und ohne Relativdrehung
zwischen .den Kontakten und den Transformatorauslässen, wozu sonst Gleitkontakte
od..dgl. notwendig wären. Der Transformator transformiert natürlich den Strom hinauf,
und die positive physikalische Verbindung der Elektroden ist für diese Art der Energieversorgung
offensichtlich wünschenswert.
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Weitere Merkmale der Erfindung und durch sie erzielte Vorteile gehen
aus der Zeichnung hervor, die eine Widerstandsschweißmaschine der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Art in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch
veranschaulicht.
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Fig. 1 ist ein Aufriß einer erfindungsgemäßen Schweißmaschine für
Röhrenerzeugung, wobei die
mit ihr zusammenarbeitenden Aggregate
durch gestrichelte Linien angedeutet sind; Fig. 2 ist ein Seitenriß dieser Maschine;
Fig. 3 ist eine Draufsicht einer solchen Maschine; Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt
entlang der Linie 4-4 der Fig. 2; Fig. 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht der
Schweißmascbine mit den Mittelteilen im Längsschnitt; Fig. 6 ist eine Teilansicht;
Fig. 7 ist ein Vertikalschnitt entlang der Linie 7-7 der Fig. 5; Fig. 8 zeigt schematisch
die Arbeit der Maschine beim Nahtschweißen eines vorrückenden Rohrrohlings.
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Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform einer Schweißmaschhe
der erfindungsgemäßen Art ist zum Einbau in eine Rohrerzeugungsanlage geeignet,
die eine Reihe üblicher Rollengänge zum Formen eines längenmäßig vorrückenden Streifens
oder Blechs in Rohrform und Mittel zum Zusammenpressen der Kanten umfaßt: Da der
Rohling erfindungsgemäß zum Schweißen durch einen Strom entlang der zusammengelangenden
Kanten und um die Verbindungsstelle erhitzt werden soll, befindet sich die Schweißmaschine
zwischen dem letzten Rollengang und dem Preßgang, wie in Fig. 1 gezeigt; 'in der
mit 1 die Schweißmaschine bezeichnet ist; die Rollen des letzten, d. h, unmittelbar
vor der Schweißmaschine befindlichen Gangs sind durch die gestrichelten Linien
2. angedeutet, während 3 gestrichelt das Profil des der Schweißmaschine unmittelbar
folgenden Preßgangs darstellt. Die Rollen eines folgenden Schlichtgangs sind mit
4 bezeichnet, T ist der Rohling, der diesen Teil des Werks in der Richtung
des Pfeils durchläuft.
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Die Rollengänge sind von üblicher Ausführung, und das Profil 3 stellt
ein Preßaggregat dar, das drei Rollen besitzt, die gegen den größeren Teil des Umfangs
des Rohlings T anliegen, wie bei 5 in Fig. 2 gezeigt ist. Der Einfachheit halber
sind diese Rollen in Fig. 2 und nicht in Fig. 1 dargestellt, wobei jedoch 6 in Fig.1
die Mittellinie der Rollen bezeichnet. Diese Aggregate sind nicht Gegenstand der
Erfindung und werden daher nur erwähnt, weil ihre Darstellung in der Zeichnung das
Verständnis und die Erklärung der hier vorgeschlagenen Schweißmaschine und deren
Arbeitsweise erleichtert.
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Die Schweißmaschine umfaßt einen Tisch 7, der entlang einer Kante
an einer Welle 8 angelenkt ist, die horizontal an ihren Enden durch Auflager 9 abgestützt
ist, die nach oben von einer Grundplatte 10 in Form eines geschweißten Kastengestells
vorragen. Die Grundplatte 10 ist in einem Rahmen 11 montiert und liegt
gegen einen Block 12 an, wobei die Welle 8 rechtwinklig zur Bewegungsrichtung
des Rohrrohlings T quer durch die Maschine angeordnet ist. Der Tisch 7 kann daher
um die Welle 8 geschwenkt werden, welche über der Grundplatte vorgesehen ist. An
der gegenüberliegenden freien Kante des Tisches 7 ist durch ihn und den Oberteil
der Grundplatte 10 eine Stellschraube 13 eingeschraubt, deren Verstellen eine Neigung
des Tisches 7 gegen die Grundplatte 10 bewirkt; eine Stellmutter 14 dient zum Festlegen
des Tisches in jeder gewünschten Schrägstellung. Zwei Stellschrauben 15 sind durch
,den Tisch beiderseits der Schraube 13 durchgeführt und stützen sich gegen die Oberfläche
der Grundplatte 10 ab, wodurch der Tisch fest in seiner geneigten Lage gehalten
wird. Die Vorder- und Rückkante des Tisches 7 ist mit je einer Ausbuchtung
versehen, in welche die unteren Teile einer vorderen Gehäuseplatte 16 bzw. einer
hinteren Gehäuseplätte 17 einpassen. Diese Platten stehen senkrecht und werden durch
zwei Stehbolzen 18, die von vorn nach hinten durch den Unterteil und den Tisch 7
durchgehen, festgehalten. In der Mitte des Oberteils werden die Platten durch die
Bolzen 20
gegen ein Abstandsstück 19 und im Winkel von 120° beiderseits des
oberen Abstandsstücks durch zwei ähnliche Abstandsstücke 21 und
22 verspannt, welche radial zur selben Achse angeordnet sind (Fig. 5). In
Fig. 2 und 5 ist das Abstandsstück 22 zwecks Verdeutlichung um 30° aus einer
richtigen Lage herausgedreht.
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Die inneren Kanten der :drei Abstandsstücke 19, 21 und
22 .neigen sich nach hinten zu und enthalten eine Reihe von Kerben
23, 24, 25, in welche die Windungen einer spiralförmig gewickelten Spule
26 einpassen. Diese Spule besteht aus einem Kupferrohr, durch welches Kühlwasser
fließt; ihre Enden führen an Klemmen 27 in Halterungen 28 im oberen Teil
der rückwärtigen Plätte 17.
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Die Spule 26 ist die Primärwicklung eines Hochfrequenztransformators,
dessen Sekundärwicklung eine durch eine Spalthülse 29 gebildete Einzelwicklung darstellt.
Diese ist innerhalb der Primärwicklung 26 auf einer Hohlwelle 30 gelagert und umfaßt
einen, äußeren Röhrenleiter 31 und einen inneren Röhrenleiter 32 in entsprechendem
Abstand.
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Wie besonders aus Fig. 7 ersichtlich ist, befinden sich an der Innenfläche
der Sekundärwicklung 29 an den Seiten des Spalts Stangen 33 und
34, welche Klemmen der elektrischen Enden der Spule darstellen. Entlang einer
Kante 36 ist eine Kontaktplatte 35
an die Stange 33 angeschweißt und
stößt nach innen gegen die äußere Röhre 31 der Welle vor, an welche sie wieder
angeschweißt ist. Die untere Kante 37 dieser Platte ist, wie in Fig. 5 gezeigt,
axial kleiner, und eine zweite Kontaktplatte 38 ist in ähnlicher Weise an
der äußeren Kante 39 an der Stange 34 und an der Innenkante
40 des inneren rohrförmigen Leiters 32 befestigt, wobei in der äußeren Welle
31 ein Spalt frei gelassen wird, wodurch die Platte 38 kontaktlos zur inneren Welle
gelangen kann. Auf diese Weise sind die äußere und die innere Welle elektrisch starr
mit den Ausgangsklemmendes Hochfrequenztransformators verbunden.
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Die äußere Welle 31 reicht von der hinteren Ebene der Sekundärwicklung
29 nach vorn durch eine öffnung 41 hindurch, die hierfür in der vorderen
Gehäuseplatte 16 vorgesehen ist, und ist in dieser öf nung in einer Büchse
42 drehbar gelagert. Die innere Hohlwelle 52 beginnt in einem Gewindeteil
43 hinter der rückwärtigen Platte 17 und ragt durch eine in ihr vorgesehene Öffnung
44, in der sie in einer axial gespalteten Flanschenbüchse 45 und einer diese
umgebenden Hülse 46 drehbar gelagert ist. Zwischen den Flanschen der Büchse
45 und den Endflächen der Büchse 46 befinden sich Druckscheiben, welche die
Plattenflächen beiderseits der Öffnung abdecken. Auf das Ende der Welle 32 ist eine
Hülsenmutter 48 aufgeschraubt und liegt gegen das äußere Ende der Flanschenbüchse
45 an.
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Unmittelbar vor der Einführung der inneren Welle in die äußere Welle
hat die erstere ein umfangsmäßig angeordnetes Band 49 -mit einer Flanschenbüchse
50, auf welcher ein geschliffener Kollektorring 51 sitzt,
wie aus
Fig. 7 ersichtlich ;ist. Dieser Ring hat eine Nase 52, die an einem Block
53 befestigt ist, welcher an der Innenfläche der Sekundärwicklung angeschweißt
ist, und eine kleine Federplatte 54 ist bei 55 an der hinteren Gehäuseplatte so
angebracht, daß sie mit dem umlaufenden Kollektor Kontakt macht.
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Die Flanschenbüchse 50 stützt auch eine Druckscheibe 56 ab,
die zwischen dem geschliffenen Kollektorring 51 und dem inneren oder hinteren Ende
der äußeren Welle 31 liegt, wobei der rückwärtige Teil dieser Welle in einer verhältnismäßig
langen Hülsenbüchse 57 zwischen dem hinteren Ende und der inneren Welle abgestützt
ist. Beide Wellen erstrecken sich mit gegenseitigem Abstand voneinander und gegeneinander
isoliert verhältnismäßig weit über die vordere Gehäuseplatte 16 nach vorn hinaus
und stützen einen Kontaktgeber 58 ab.
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Der Kontaktgeber 58 umfaßt eine innere umlaufende Elektrode 59 mit
einer Hohlnabe 60, welche in das Ende der äußeren Welle 31 einpaßt, und eine
äußere umlaufende Elektrode 61, die durch einen Stift 62 an einer axialen
Verlängerung 63 der inneren Welle befestigt ist; diese Verlängerung ist am
Ende der inneren Welle 32 angeschweißt. Dieses innere Ende ist gegenüber dem Ende
der äußeren Welle nach innen gelegen. Eine Büchse 64 liegt zwischen der Nabe 60
der äußeren Elektrode und der Verlängerung 63, und eine Mutter
65 ist auf dem vorstehenden Ende der Verlängerung gegen die äußere Elektrode
61 aufgeschraubt. Die beiden Elektroden werden durch eine Isolierstoffscheibe 66
auseinandergehalten, welche einen größeren Durchmesser hat und sie nicht nur elektrisch
isoliert, sondern auch als Nahtführung dient. Vorzugsweise ist der Radialvortritt
dieser Scheibe 66 leicht kegelig gestaltet, um so den Einsatz zur Führung zwischen
Nahtkanten zu erleichtern. Die verschiedenen Büchsen bestehen natürlich aus Isolierstoff.
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In der Nähe des äußeren Endes wird die äußere Welle 31 durch zwei
Stützrollen 67 abgestützt, welche frei in einem Block 68 umlaufen, der durch eine
Konsole 69 getragen ist, die an der vorderen Gehäuseplatte 16 befestigt ist. Die
Schweißelektroden oder -rollen 59 und 61 liegen gegen den Rohrrohling
in der unteren Lage an, wobei die Stützrollen eine Aufwärtsbewegung verhindern.
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Zur Kühlung des Aggregats ist ein Lufteinlaß 70 vorgesehen, der in
einer Büchse 71 der Hülse 48 sitzt, die auf das rückwärtige Ende der
inneren Welle aufgeschraubt ist. Dieser Einlaß umfaßt einen Hohlzylinder
72 mit einem Propfen 73 mit einer Reihe von kegeligen, axial vorlaufenden
Löchern (Fig.5) und eine Armatur 74 zum Anschluß an eine geeignete Kühlluftquelle.
Die Luft geht durch die innere Welle und von dieser in den sie umgebenden Raum innerhalb
der äußeren Welle durch eine Reihe von Löchern 75 in der Höhe des vorderen Endes
der inneren Welle. Sie fließt dann innerhalb der äußeren Welle nach hinten und durch
eine weitere Reihe von Öffnungen 76 in der Wandung derselben, die von der Sekundärwicklung
29 umgeben ist, nach außen, wodurch sie auch letztere kühlt. Geeignete Dichtungen
ermöglichen auch den Einsatz von Flüssigkeiten zur Kühlung an Stelle von Luft.
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Mit Bezug auf Fig. 8 hat die obere. Rolle 2 des letzten Gangs eine
Nahtführung 77, wie dies üblich ist, und die Kanten 78 und 79 des längenmäßig vorrükkenden
Rohrrohlings T treffen auf die Nahtführung 16 der Schweißmaschine auf, wodurch gleichmäßige
Abtrennung in der Zone der Energieanwendung auf den Rohling erfolgt. Durch die schwenkbare
Anordnung des Schweißtisches kann der Kontaktgeber aus dem Pfad des Werkstücks herausgerückt
und beim Einsatz durch die Stellmittel auf den richtigen Anpreßdruck eingestellt
werden. Der Strompfad im Rohling ist durch die gestrichelte Linie 80 zwischen
den umlaufenden Elektroden 59, 61 um den schließenden Punkt 81 gezeigt, der durch
die Funktion der Druckrollen 6 gegeben ist. Bei Hochfrequenz wird der Strom in den
Kanten durch den Skineffekt konzentriert sowie auch durch die Nahwirkung der unmittelbaren
Ströme, die in den entsprechenden Teilen der abstehenden Kanten in entgegengesetzten
Richtungen fließen. 82 ist die Hochfrequenzquelle, an welche die Primärwicklung
26 angeschlossen ist; jede geeignete Quelle, z. B. ein Röhrenoszillator, kann verwendet
werden. Die Leiter 83 und 84 zeigen schematisch die Hohlwellenverbindungen
zwischen derTransformator-Sekundärwicklung und den Elektroden.
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Der Frequenzbereich liegt normalerweise um 9600 bis etwa 450 000 Hz,
wobei die jeweils geeignete Frequenz von der durchzuführenden Arbeit abhängt. Zum
Beispiel kann beim Schweißen von Rohren mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser
die Frequenz 500 000 Hz überschreiten, während sie für sehr große Rohre bis zu 2800
Hz fallen kann, was jedoch nur selten vorkommt.