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Elektrische Schweißvorrichtung für Rohre, Röhren ad. dgl. Die Erfindung
betrifft eine elektrische Schweißvorrichtung für Rohre, Röhren ad. dgl.,
bei der Hochfrequenzenergie verwendet sowie durch eine Primärspule zugeführt wird
und die zur örtlichen Begrenzung der Heizwirkung der Hochfrequenzeriergie einen
koaxial innerhalb des Rohres, der Röhicn ad. dgl. angeordneten Kern hoher Impedanz
be= sitzt, wobei der Kern höher Impedanz in seinen bei-,den Enden mit je einem Abschlußstück
aus magnetisierbarem Werkstoff ausgestattet ist.
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Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Herstellung von
Rohren geringen Durchmessers bzw. Röhren ad. dgl. mit einer Innenbohrung
vors weniger als 12,5 mm an der Stelle des geringsten Querschnittes. Allerdings
ist die Erfindung nicht auf Rohre mit geringem Durchmesser beschränkt, sondern,
katn ebenfalls auch für Rohre, Röhren ad. dgl. mit größerem Innendurchmesser
verwendet werden.
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Ub#gchwöißte kreisrunde Rohre werden allgemein aus streifenförmigem
Werkstoff durch ein Rollform @erfahreri hergestellt, wobei ein Werkstoffstreifen
(Blechstreifen) zuerst durch Schneidrollen geführt wird, die seine Kanten bearbeiten,
um sie auf genaues Maß zu bringen. Daraufhin wird der Streifen durch eine Anzahl
Verforrnungsstufen geführt, wobei jede Vcrformungsstufe eine Gruppe polierter Rollen
umfaßt, die einen Formradius zur Bildung der Krümmung besitzen, und wobei der Formradius
bei aufeinanderfolgenden Verformungsstufen von Stufe zu Stufe abnimmt. Die Kanten
des Streifens werden dabei durch ein Messer auseinandergehalten, das hinter den
letzten Verformungsrollen und vor der Schweißstelle angeordnet ist. Das Rohr gelangt
dann in die Schweißstufe, wo seine Kanten miteinander verschweißt werden; und wird
schließlich durch eire letztes Paar Andrückrollen geführt, welche die geschweißten
Kanten gegerteinanderdrücken, während die Schweiße aushärtet, bevor das Rohr, falls
es nötig ist, dasselbe zur Lagerurig auf bestimriite Längen zu schneiden; zum Abschneiden
und weiteten Ziehen die Schweißstufe verläßt.
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In der Schweißstufe ist das Rohr einer Hochfre= quenzcnergie ausgesetzt
und durchläuft bei einer bevorzugten Ausführungsforen eine lnduktionsheizstelle,
die als Printätspule eines Transformators aufgefaßt werden kann. Das Röhr wird durch
den in diesem induziertes Strom geschweißt, wobei man es als kurtgeschlossene Einzelsekundärwicklüng
eines Transfor= mators auffassen kann. Um die Heizwirkung der Wicklung örtlich zu
begrenzen und zu konzentrieren, ist es erforderlich, irr 431e Wicklung einett Kern
bzw. eine Impedanz einzuft3hren. Dieser Kern bzw.
sen. Dabei weist der Fluß eine solche Intensität auf, daß das Metall,
welches die- Wandung gegenüber dem Kern bildet, magnetisch gesättigt wird, jedoch
nicht in der Nähe der Schweißstelle. Hierzu ist in einem der Polstücke eine Nut
vorgesehen, die im Bereich der Schweißstelle angeordnet ist. . , Bei keiner der
bekannten Vorrichtungen sind jedoch Mittel vorgesehen, mit denen. die Stellung des
Kernes innerhalb des Rohres festleg- und verstellbar ist, ohne den Kern von außerhalb
des Rohres körperlich zu berühren.
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Das örtliche Begrenzen und genaue Einstellen des Kernes in dem Rohr
in bezug auf die Schweißwicklung bietet beträchtliche Schwierigkeiten. Bei Rohren.
mit großem Durchmesser wurden diese Schwierigkeiten überwunden, indem ein Stab oder
ein Ring aus Ferrit od. dgl. in einer Kapsel oder in einem Käfig aus isolierendem
Werkstoff, z. B. Polytetrafluoräthylen, angeordnet wird und. die Kapsel bzw. der
Käfig magnetisch in der richtigen Stellung gegenüber dem Fluß eines Kühlmittels,
z. B. einem wasserlöslichen öl, gehalten wird, das durch die Bohrung des
geschweißten Rohres von einer Stelle hinter den letzten Andrückrollen aus in der
Bewegungsrichtung des zu bildenden Rohres strömt. Dieses Öl soll das Rohr nach erfolgtem
.Schweißen kühlen.
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Um zu vermeiden, daß die Kapsel bzw. der Käfig sich von der Schweißstelle
mit dem Kühlmittel wegbewegt, wird sie bzw. er durch eine Leitung verankert, die
mit ihrem einen Ende an einer Stelle befestigt ist, die der Eintrittsstelle des
Kühlmittels in das Rohr nahe liegt,. so-daß die gleiche Wirkung erzielt wird wie
bei einem Boot, das mit einem Ende in einem fließenden Strom verankert ist.
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Diese Maßnahmen zum Anordnen des Kernes bzw. der Impedanz reichen
bei Rohren mit großem Durchmesser aus, sie können aber nicht bei Rohren mit geringerem
Durchmesser verwendet werden, da nicht genügend Raum in der Bohrung für die Kapsel
bzw. den Käfig und den Ferritstab od. dgl. zur Verfügung steht. Infolgedessen war
es bisher üblich, den Ferritstab allein ohne irgendein Behältnis in den Fluß des
Kühlmittels, wie oben beschrieben, einzusetzen. Allerdings kann der Ferritstab,
da er aus sehr brüchigem Material besteht, leicht brechen, und falls ein Polytetrafiuoräthylen-Kunststoffrohr,
- das den Ferritstab umschließt, nicht vorgesehen ist, werden die abgebrochenen
Stücke mit der Strömung des Kühlmittels in dem Rohr mitgeführt und gelangen aus
der Heizzone heraus. Das Zurückgewinnen der Stücke kann dann eine lange und -mühsame
Arbeit darstellen. -Die Kante des bereits erwähnten Messers ragt in die Bohrung
des Rohres hinein und wird gewöhnlich von einem Schuh gehalten, der vor der Wicklung
und den letzten Andrückröllen- angeordnet ist. Das Messer soll verhindern, daß die
miteinander -zu verschweißenden Kanten des Rohres zu früh miteinander in Berührung.
=kommen, wodurch ein Verschweißen derselben an der falschen Stelle eintreten könnte.
_ Bei anderen Schweißeinrichtungen ist es nicht erwünscht, daß das Kühlmittel durch
das Rohr selbst fließt. Vielmehr -wird .das Kühlen dadurch bewirkt; daß das Rohr
nach dem Schweißen durch ein Kühlgehäuse geführt wird.- In solchen Fällen entsteht
nicht die Schwierigkeit, daß, sofern der Kern bricht, -die Bruchstücke von dem-Kühlmittel
weggespült werden. Falls der Kern bricht, fallen die Teile aber auf -den Boden des
Rohres und werden von der Schweißstelle weggeführt, wenn das geschweißte Rohr durch
die Schweißvorrichtung bewegt wird.
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In noch anderen Fällen, in welchen das Rohr, die Röhre od. dgl., die
zu verschweißen sind, einen genügend großen Innendurchmesser besitzen, um die Einlagerung
des Kerns zu gestatten, ist es nicht leicht, den Kern genau in bezug auf die Heizeinrichtung
anzuordnen, da die Zugänglichkeit zum Innern des Rohres od. dgl. nahe der Schweißstelle
dadurch sehr begrenzt ist, daß sich die miteinander zu verschweißenden Kanten des
Rohres od. dgl. fast berühren. Es ist- daher erwünscht, Mittel vorzusehen, mit welchen.
der Kern nachgestellt werden kann, ohne daß er von außerhalb des Rohres körperlich
berührt wird, und eine Aufgabe der Erfindung - besteht daher darin, solche Mittel
vorzusehen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die, eine elektrische Schweißvorrichtung
zu schaffen, bei der ein nicht eingekapselter Ferritkern auch dann in seiner .Stellung
gehalten werden kann, wenn er bricht, und bei welcher zugleich verhindert wird,
daß sich abgebrochene Kernstücke von der Schweißstelle fortbewegen. Ferner soll
bei dieser Schweißvorrichtung der Ferritkern, falls nötig, leicht aus der Vorrichtung
entfernt werden können.
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Die Erfindung geht von einer elektrischen Schweißvorrichtung für Rohre;
Röhren od. dgl.. aus, bei der Hochfrequenzenergie verwendet sowie durch eine Primärspule
zugeführt wird und die zur örtlichen Begrenzung der Heizwirkung der Hochfrequenz=
energie einen koaxial innerhalb des Rohres, der Röhre od. dgl. angeordneten Kern
von hoher Impedanz besitzt, wobei der Kein -hoher Impedanz an seinen beiden
Enden mit je einem Abschlußstück aus magnetisierbarem Werkstoff ausgestattet ist,
und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß voneinander getrennte Magnete in oder neben
der Vorrichtung für jedes Abschlußstück vorgesehen sind und daß jedes Abschlußstück
in dem Magnetfeld des zugeordneten Magneten liegt, um den Kern mit Hilfe dieses
Magnetfeldes ortsfest gegenüber einer Längsbewegung zu halten. Infolge dieser Ausbildung
kann der Kern innerhalb des Rohres od. dgl. in der gewünschten Lage gehalten werden,
ohne daß es hierzu irgendwelcher Haltemittel bedarf, die mit ihm in körperlicher
Berührung stehen.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Abschlußstücke können an den Enden
des Kerns befestigt sein oder gegen- diese anstoßen. Sie können aber auch durch
nichtmagnetische Abstandstücke von diesen getrennt sein. In beiden Fällen wird vorzugsweise
eine lösbare Anordnung derselben vorgesehen.
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- -gemäß der Erfindung weisen die Magnete, welche auf die Abschlußstücke
des Kerns wirken, Spulen auf, die zur Entwicklung eines magnetischen Feldes an eine
elektrische Stromquelle angeschlossen sind.
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Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß die auf die Abschlußstücke
des Kerns wirkenden Magnete in bezug. auf das Rohr od. dgl. bewegbar angeordnet
sind, um -eine Verstellung des Kerns und der Abschlußstücke gegenüber dem
Rohr zu ermöglichen: Durch diese Ausbildung wird die erwünschte Vexstellbarkeit
des Kerns ohne von außen an diesen angreifende Mittel erzielt.
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Schließlich ist erfindungsgemäß .noch vorgesehen, daß der Kern ßtabförmig
ausgebildet-und so lang ist,
daß sich die Abschlußstücke außerhalb
des magnetischen Feldes der Primärspule befinden. Hierdurch wird eine unerwünschte
Beeinflussung der Abschlußstücke durch die Primärspule vermieden.
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Zum vollen Verständnis der Erfindung ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel
einer elektrischen Hochfrequenzschweißvorrichtung zum Schweißen von Nähten an Rohren
kleinen Durchmessers an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigt F i g. 1 die Endverschluß- und Schweißstufe einer Maschine zur Herstellung
von Rohren kleinen Durchmessers und F i g. 2 einen lotrechten Querschnitt nach der
Linie 1I in F i g. 1.
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Gemäß der Zeichnung wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
das Rohr kontinuierlich auf einer Rohrformmaschine aus einem Aluminiumblechstreifen
dadurch gebildet, daß der Blechstreifen durch eine Anzahl Stufen polierter Formrollen
gezogen wird, wobei jede Stufe einen geringeren Rollenradius besitzt als die jeweils
vorhergehende Stufe. Die Kanten des Blechstreifens 1 werden durch eine Messerkante
2 nach Verlassen der letzten Formrollen 3 voneinander getrennt gehalten. Die Messerkante
2 ist zwischen den beiden Kanten des Rohres eingesetzt, um zu verhindern, daß diese
sich berühren, bevor das Rohr durch eine Wicklung 4 gelaufen ist, die von einem
Hochfrequenzgenerator 5 mit Hochfrequenzstrom versorgt wird. Hinter der Wicklung
4 sind seitlich von der Bewegungsbahn des Rohres Andrückrollen 6 angeordnet
und üben auf das Rohr unmittelbar hinter der Stelle P, wo die örtliche Hitze das
Verschweißen der Blechstreifenkanten bewirkt, einen Druck aus.
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Die Verschweißung erfolgt durch einen in dem Rohr fließenden induzierten
Strom, der durch den durch die Wicklung 4 fließenden Strom verursacht wird, wobei
die Wicklung 4 als kurzgeschlossene Sekundärwicklung eines Transformators aufzufassen
ist.
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Das geschweißte Rohr wird von den Andrückrollen 6 durch eine nicht
dargestellte Abschärfstufe geleitet und kann durch eine weitere Ziehstufe (nicht
gezeigt) geführt werden, bevor es zu Lagerzwecken auf Länge abgeschnitten wird.
Um das Rohr zu kühlen, wird während des Formens in dasselbe an einer Stelle ein
wasserlösliches Öl eingeführt, und dieses Kühlmittel fließt entlang des Rohres in
gleicher Richtung wie der Rohrvorschub gemäß dem Pfeil A.
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Um die in der Schweißstufe erzeugte Hitze nur an einem Teil des Rohres
zu konzentrieren, d. h. an der Stelle P, die zu jeder gegebenen Zeit nahe- der Schweißstufe
ist, wird ein Ferritstabkern 7 aus »Ferrocube«, der in einer dünnwandigen Poiytetrafluoräthylen-Hülse
8 untergebracht ist, in dem Rohr angeordnet, bevor der kontinuierliche Herstellungsvorgang
beginnt. Die Anordnung ist dabei - derart; daß der Ferritstab sich im wesentlichen
koaxial zur Wicklung 4 der Schweißvorrichtung befindet. Der Außendurchmesser des
Ferritstabes 7 ist geringer als der Innendurchmesser der Polyfluortetraäthylen-Hülse
8, so daß zwischen beiden ein Spalt vorhanden ist, der es zuläßt, daß in ein Ende
der Polyfluortetraäthylen-Hülse 8 durch ein Röhrchen 9 Kühlmittel eingeführt wird.
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Der Ferritstab 7 wird in der Hülse 8 mittels nicht dargestellter Abstandhalter
gehalten. Das Röhrchen 9 ist an einer Abschlußkappe 10 aus Stahl befestigt,
die an einem Ende der Polyfluortetraäthylen-Hülse 8 einen Verschluß bildet. Das
andere Ende der Polyfluortetraäthylen-Hülse 8 besitzt in ähnlicher Weise eine Stahlkappe
11, die einen Durchlaß besitzt, durch den das Kühlmittel in das geschweißte Rohr
abfließen kann. Der Ferritstab 7 wird in der Polyfluortetraäthylen-Hülse 8 weiterhin
durch nicht dargestellte Rippen od, dgl. in seiner Stellung gehalten. Um das Rohr
1 sind beiderseits der Wicklung 4 ferner zwei Wicklungen 12, 13 gelegt, wobei die
Wicklung 12 vorzugsweise vor den letzten Verschlußrollen 3 und die Wicklung
13 hinter den Andrückrollen 6 angeordnet ist.
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Die Wicklungen 12, 13 sind auf Gleitkörpern befestigt, so daß
sie entlang des Rohres 1 bewegbar sind. Das Rohr befindet sich konzentrisch
innerhalb der Wicklungen 12, 13, und die Verschlußkappen 10,
11
sind den Wicklungen 12 bzw. 13 gegenüberliegend angeordnet. Ein elektrischer
Gleichstrom fließt durch die Wicklungen 12 und 13, wobei die Abschlußkappen
10, 11 unter den Einfluß eines von diesen Wicklungen gebildeten Magnetfeldes
gelangen. Das Magnetfeld ist stark genug, um die Abschlußkappen 10, 11 in
den gewünschten Stellungen innerhalb des Rohres zu halten, wenn das Kühlmittel durch
dieses strömt.
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Kühlmittel wird ebenfalls zwischen der Polyfluortetraäthylen-Hülse
8 und dem Blechstreifen 1 eingeführt. Da der Außendurchmesser der Hülse 8 geringer
ist als der Innendurchmesser des geschweißten Rohres, kann das Kühlmittel frei zwischen
dem geschweißten Rohr und der Hülse 8 fließen, wodurch es auch in der Lage
ist, von der Stelle P in das Innere des Rohres gespritzten Werkstoff zu entfernen.
Das bei dieser Konstruktion verwendete Kühlmittel besteht aus wasserlöslichem Öl.
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Die Belastung der Hülse 8 durch das Kühlmittel und durch an der Innenseite
des Rohres an der Schweißnaht befindliche. Werkstoffteilchen wird durch das von
den Wicklungen 12 und 13 erzeugte Magnetfeld ausgeglichen, das auf
die Abschlußkappen 10 und 11 wirkt. Da der Ferritstab 7 zwischen den Abschlußkappen
10 und 11 angeordnet ist, so wird auch dieser während des Schweißens
in seiner Stellung gehalten.
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Wenn es notwendig ist, den Ferritstab 7 am Ende eines Arbeitsvorganges
zu überprüfen, oder falls der Ferritstab 7 an dem Ende neben der Stelle P brechen
und auf diese Weise die Konzentration des magnetischen Flusses stören sollte, kann
er aus dem Rohr dadurch entfernt werden, daß entweder in der Wicklung
12 oder in der Wicklung 13 der Strom aufrechterhalten wird und die
in Betrieb befindliche Wick-. lung entlang dem Rohr bis zu einer offenen Stelle
bewegt wird, an welcher die Polyfluortetraäthylen-Hülse 8, welche den gebrochenen
Ferritstab 7 enthält, aus dem Rohr herausgenommen werden kann. Die Polyfluortetraäthylen-Hülse
8, welche den gebrochenen Ferritstab 7 enthält, kann aber auch dadurch entfernt
werden, daß die Wicklungen 12 und 13 stromlos gemacht werden und in die Bohrung
des Rohres ein Magnet eingeführt wird, bis dieser entweder die Abschlußkappe
10 oder 11 berührt, und daß dann die Polyfluortetraäthylen-Hülse 8
durch Zurückziehen des Magnets aus dem Rohr herausgezogen wird.
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Wie leicht zu erkennen ist, kann die Stellung des Ferritstabes 7 in
bezug auf die Stelle P durch Verstellen
der Wicklungen 12 und 13
relativ zur Wicklung 4 eingestellt werden. Statt der Wicklungen 1.2 und 13 könnte
'selbstverständlich auch ein Dauermagnet zur Erzeugung des Magnetfeldes verwendet
werden, daß die Abschlußkappen 10 und 11, die an der Polyfiuortetraäthylen-Hülse
8 befestigt sind, hält, wodurch dann auch der Ferritstab 7 in seiner Stellung gehalten
wird. Vorzugsweise ist die Länge des Ferritstabes 7 so gewählt, daß die Abschlußkappen
10, 11 außerhalb des Einfiußbereiches der Heizwicklung 4 liegen.
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Falls der Innendurchmesser des Rohres 1 so gering wird, daß der Ferritstabkern
7 nicht in der Rülse 8 gehalten werden kann, könnte dieser entweder eine größere
Länge erhalten, so daß er -ich über die ganze Länge zwischen den Abschlußkappen
10 und 11 erstreckt, oder seine Länge könnte vorzugsweise etwa so gewählt sein,
wie es in der Zeichnung dargestellt ist, wobei er dann von den Abschlußkappen 10,11
mittels Abstandsstäben aus Quarz getrennt gehalten werden könnte. Dies hat den Vorteil,
daß für die von den Wicklungen 12;13 erzeugten- Magnetfelder kein Risiko besteht,
daß sich der Ferritstabkern sättigt, und zwar deshalb, weil Quarzstäbe eine glatte
Außenoberfläche besitzen, an der kein auf sie gespritztes Material haftenbleibt
und eine Mate= rialanhäufung bildet.
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In dein beschriebenen Aufiführungsbeispiel wurde das Schweißen eines
Nichteisenrohres beschrieben. Ein. Eisenmetallrohr kann mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung aber ebenfalls geschweißt werden. Allerdings wird dann einstärkeres
Magnetfeld erforderlich sein. _ Das beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft insbesondere
ein Rohr mit geringem Durchmesser. Die Erfindung kann jedoch auch bei Rohren mit
größerem Durchmesser angewendet werden, d. h. bei solchen mit mehr als 12;5 mm -Durchmesser:
In solchen Fällen wird es jedoch vielfach wirtschaftlicher sein, ein bekanntes Verfahren
zur Einstellung des Impedanzkernes anzuwenden.
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Obgleich eine Schweißvorrichtung für Indüktionsschweißüngen beschrieben
worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Vorrichtung beschränkt. Sie kann vielmehr
auch bei jeder anderen Schweißvorriehtung angewendet werden, bei der Hochfrequbiizenergie
und ein Impedanzkern verwendet werden. Somit kann die Erfindung beispielsweise auch
bei-Hochfrequenzwidersfiandsschweißvörrichiungen Verwendung finden.
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Die Erfindung umfaßt auch den Fall, in. welchem der Impedanzkern aus
einem Werkstoff besteht, der selbst magnetisierbar ist und ebenfalls von einem äußeren
Magnetfeld beeinflußt wird.