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Kühlvorrichtung für Ferrit-Kerne zum Induktions-Hochfrequenzschweißen
Die Erfindung betrifft Kühlvorrichtungen für Ferrit-Kerne zum Induktions-Hochfrequenzschweißen,
bei der hohle oder massive Ferrit-Kerne an einer von Kühlmittel durchflossenen Halterung
angeordnet sind.
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Beim Induktions-Hochfrequenzschweißen, insbesondere beim Herstellen
von Schweißnähten an aus Blechbändern geformten Profilrohren, werden unter der Schweißstelle
ein oder mehrere Ferrit-Kerne angeordnet, um die Konzentration der Hochfrequenzenergie
im Bereich der Erwärmungszone und damit den Wirkungsgrad der Schweißvorrichtung
zu erhöhen. Die Ferrit-Kerne müssen dabei zum Zwecke einer Ableitung der entwickelten
Wärme gekühlt werden.
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Bei einer bekannten Kühlvorrichtung für Ferrit-Kerne wird das Kühlmittel
über eine gleichzeitig als Halterung dienende Zuführung direkt in einen hohlen,
ringförmigen Kern eingeleitet. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, daß bereits
bei Beschädigung des Kernes lediglich an der der Schweißelektrode unmittelbar gegenüberliegenden
Stelle der gesamte Kern ausgetauscht werden muß. Bei einer anderen bekannten Rohrschweißvorrichtung
sind einzelne, stabförmige Ferrit-Kerne vorgesehen, die einzeln auswechselbar sind.
Bei dieser Vorrichtung können die Ferrit-Kerne jedoch nicht gekühlt werden. Schließlich
wurde auch schon vorgeschlagen, mehrere, hohl ausgebildete Ferrit-Kerne miteinander
zu verkleben, außen mit einem Abdichtmantel zu umgeben und in das Innere der Kerne
ein Kühlmittel einzuleiten. Infolge der beim Schweißen auftretenden hohen Temperaturen
ist jedoch die Lebensdauer einer solchen Anordnung gering, weil der Abdichtmantel
leicht zerstört wird. Außerdem besteht die Schwierigkeit, verbrauchte Kerne rasch
durch neue zu ersetzen, da jedesmal der die Kerne umgebende Mantel entfernt werden
muß. Außerdem läßt der Abdichtmantel den anzustrebenden, kleinsten Abstand zwischen
Ferrit-Kern und den Schlitzkanten des zu verschweißenden Rohres deshalb nicht zu,
weil der Mantel eine.gewisse Dicke aufweist, was den Wirkungsgrad des Ferrit-Kernes
wesentlich verringert.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, den geschilderten Mängeln
abzuhelfen und eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei der sowohl eine wirksame Flüssigkeitskühlung
als auch eine rasche Auswechselbarkeit einzelner Ferrit-Kerne möglich ist.
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Die Aufgabe wird bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung in
der Weise gelöst, daß die Ferrit-Kerne mit ihrer Innenhöhlung auf ein als Halterung
dienendes, erstes Rohr aufschiebbar sind, in welchem ein zweites, engeres, mit dem
ersten kommunizierendes Rohr geführt ist, sowie daß beide Rohre mit einem Anschlußstück
verbunden sind, das Stutzen zur Ein- bzw. Ableitung des Kühlmittels in die bzw.
aus den Rohren besitzt.
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Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß
der Mantel eines. ersten Rohres zu einer die Ferrit-Kerne aufnehmenden Rinne geformt
ist, in die die Ferrit-Kerne einschiebbar sind und von der sie bis auf einen geringen,
.der Schweißstelle gegenüberliegenden Teil satt umschlossen werden, und daß in dem
Mantel des ersten Rohres ein zweites, engeres Rohr geführt ist sowie .daß beide
Rohre mit einem Anschlußstück verbunden sind, das Stutzen zur Ein- bzw. Ableitung
des .Kühlmittels in die bzw. aus den Rohren besitzt.
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Die von der Erfindung geschaffene Möglichkeit der raschen Auswechslung
einzelner Ferrit-Kerne, was durch die Anordnung der Kerne auf bzw. in den erwähnten
Rohren erreicht wird, bedingt zwar, daß das Kühlmittel nicht in unmittelbaren Kontakt
mit den Ferrit-Kernen tritt, die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung allen in der Praxis auftretenden Wärmeabführproblemen genügt.
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Die als Aufnahme für die Ferrit-Kerne dienende Rinne ist vorzugsweise
kreiszylindrisch und nimmt massive oder hohle Ferrit-Kerne von kreisförmigem oder
anderem Querschnitt auf. An ihrem dem Anschlußstück gegenüberliegenden Ende kann
die Rinne durch einen Deckel verschließbar sein.
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Mit Vorteil dienen die erwähnten Stutzen zur Ein-bzw. Ableitung des
Kühlmittels gleichzeitig als Halterung der Vorrichtung, wobei es auch günstig sein
kann, wenn am Anschlußstück ein Befestigungsflansch zur Halterung der Vorrichtung
vorgesehen ist.
Das der Aufnahme der Ferrit-Kerne.dienende erste
Rohr weist zur Verbindung mit dem Anschlußstück erfindungsgemäß eine Gewindemuffe
mit einer Steckmuffe für das zweite Rohr auf.
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Ferner kann gemäß der Erfindung zur Erhöhung des Wärmekontaktes zwischen
die Ferrit-Kerne und das ihrer Aufnahme dienende Rohr Glyzerin oder eine andere,
gut wärmeleitende Flüssigkeit eingefüllt sein.
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Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt F i g.
1 den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zum Induktions-Hochfrequenzrohrschweißen,
F i g. 2 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer Kühlvorrichtung gemäß
der Erfindung, F i g. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 aus F i g. 2, F
i g. 4 eine weitere Ausführungsform einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung im
Längsschnitt, F i g. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 aus F i g. 4 und
F i g. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie 6"6 aus F i g. 4.
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Das in F i g. 1 gezeichnete, an seiner Naht zunächst noch offene Rohr
1 wurde z. B. aus einem Blechband in einer nicht dargestellten Formstation profiliert
und gelangt in die schematisch dargestellte Schweißstation. Die Schweißstation umfaßt
einen an einen (in der Figur nicht sichtbaren) Hochfrequenztransformator angeschlossenen
Induktor 2, der das Rohr 1 ringförmig umgibt. Von dem Induktor 2 wird ein Hochfrequenzstrom
in das Rohr 1 eingeleitet, der von der einen Seite der noch offenen Schweißnaht
zum Schweiß- oder Schließpunkt 3 der Naht fließt und von da auf der anderen Seite
der Naht zum Induktor 2 zurückkehrt. Durch den Strom wird das Rohr in der Nähe der
Naht erwärmt und erweicht, so daß es durch die den Induktor 2 nachgeschalteten Stauchrollen
4 am Punkt 3 dicht verschlossen wird.
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In das Innere des Rohres 1 ist bis unter den Induktor 2 und
den Schweißpunkt 3 ein (nicht sichtbarer) Ferrit-Kem eingeführt, der von
einer Kühlvorrichtung mit flüssigem Kühlmittel, z. B. Wasser gekühlt wird. Von der
Kühlvorrichtung ist in F i g.1 ein Anschlußstutzen 5 zu sehen mit einem Zuführstutzen
6 und einem Abführstutzen 7 für das Kühlmittel. Das Kühlmittel strömt durch den
Stutzen 6 ein, durch das Anschlußstüek 5 zu den Ferrit-Kernen, kühlt diese und strömt
durch den Stutzen 7 ab. Zwischen den Stutzen 6 und 7 ist ein Befestigungsglied 8
zur Halterung der Kühlvorrichtung vorgesehen. Ein weiteres Befestigungsglied 9 kann
am Anschlußstück 5 vorgesehen werden.
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In F i g. 2 und 3 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer
Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. An das Anschlußstück 5 mit den
Stutzen 6 und 7 ist mittels einer Gewindemuffe 11 lösbar ein Rohr 12 angeschlossen.
Das -Rohr 12 ist an seinem dem Anschlußstutzen 5 abgekehrten Ende verschlossen und
öffnet über Durchlässe 13 in die Muffe 11 und von da in das Anschlußstück 5. In.
das Rohr 12 ist ein weiteres Rohr 14 von geringerem Außendurchmesser als der Innendurchmesser
des Rohres 12 eingeführt. Das beidseitig offene Rohr 14 liegt mit seinem einen Ende
kurz vor dem geschlossenen Ende des Rohres 12 und ragt mit seinem anderen Ende in
die Muffe 11 hinein. Das in die Muffe 11 hineinragende Ende des Rohres
14 weist eine Steckmuffe 15 auf, in die ein Stutzen 18 des
Anschlußstückes 5 beim Aufschrauben der Gewindemuffe 11 auf das Anschlußstück 5
unter Abdichtung eintreten kann.
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Auf das Rohr 12 sind mit ihrer Innenhöhlung hohlzylindrische Ferrit
Kerne 16 aufgeschoben. Die aufgeschobenen Kerne 16 liegen einerseits an der Muffe
11 an und sind andererseits durch einen auf das geschlossene Ende des Rohres 12
aufgebrachten Deckel 17 an einem Abrutschen gehindert.
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Das durch den Stutzen 6 eingeführte Kühlmittel fließt über die Steckmuffe
15 in das Rohr 14 und tritt an dessen offenem Ende in das Rohr 12
ein, durchströmt dieses, tritt durch die Öffnungen 13 in die Muffe 11 ein und fließt
von da in das Anschlußstück 5 durch den Stutzen 7 wieder aus. Durch das im Rohr
12 an dessen Mantel entlangströmende Kühlmittel werden die Ferrit-Kerne 16 gekühlt.
Da das Strömungssystem des Kühlmittels gegenüber den Ferrit-Kernen 16 völlig abgeschlossen
ist, ist ein Kühlmittelaustritt nicht zu befürchten. Weiterhin können durch Ablösen
des Deckels 17 die mit ihrer Oberfläche unmittelbar der Schweißstelle zugekehrten
Ferrit-Kerne 16 ohne weiteres ausgetauscht werden.
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Bei der weiteren, in F i g. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsform
einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung entspricht das Anschlußstück 5 mit den
Stutzen 6 und 7 der Ausbildung gemäß F i g. 2 und 3. Die Gewindemuffe 11 weist einen
abgestuften Rückenflansch 21 auf, an dem ein der Aufnahme der Ferrit-Kerne 16 dienendes
Rohr 22 angesetzt ist. Wie aus F i g. 5 hervorgeht, weist das Rohr 22 einen aus
zwei Teilen 21.1 und 22.2 bestehenden Mantel auf. Der Mantelteil 22.1 besitzt ein
im wesentlichen rechteckiges Querschnittsprofil, während der Mantelteil 22.2 von
kreisrunder Querschnittsform ist. Die beiden Teile 22.1 und 22.2 sind an ihren Längsrändern
bei 23 miteinander verschweißt. Auf diese Weise entsteht im Rohr 22 eine
Rinne 24, in die die Magnetkerne 16
eingeschoben werden können. Das
bei 24 offene Ende des Rohres 22 kann durch einen Deckel 25 verschlossen
werden, wobei zwischen die Rinne 24 und die Ferrit-Kerne 16 sowie zwischen
die Kerne selbst z. B. Glyzerin eingebracht werden kann.
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Unterhalb des eingewölbten, die Rinne 24 bildenden Mantelteils 22.2
ist im Rohr 22 ein engeres Rohr 26 geführt, das zentral in die Gewindemuffe
11 eindringt und dort die Steckmuffe 15 trägt.
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F i g. 6 zeigt im Schnitt die Einmündung der Rohre 22 und 26 in die
Gewindemuffe 11. Der Innenraum des an seiner Unterseite vom Mantelteil 22.1 umschlossenen
Rohres 22 mündet über zwei Kanäle 27, 28 in das Innere der Gewindemuffe 11 ein.
Zwischen den Kanälen 27, 28 ist das Rohr 26 geführt.
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Durch die Pfeile in den F i g. 4 und' 6 ist die Strömung des Kühlmittels
angedeutet. Es fließt über den Stutzen 6 und das Anschlußstück 5 in das Rohr 26
ein und verteilt sich, ausgehend von dessen offenem Ende, in den von den Mantelteilen
22.1 und 22.2 umschlossenen Raum. Aus diesem Raum fließt es durch die Kanäle 27,
28 in die Gewindemuffe zurück und von da durch das Anschlußstück 5 und den Stutzen
7 nach außen.
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Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß F i g. 2 und 3 erfolgt bei
der in F i g. 4 bis 6 dargestellten
- Ausführungsform die Kühlung
nicht vom Inneren der Ferrit-Kerne 16 her, sondern unmittelbar an deren Außenseite.
Die Ferrit-Kerne sind bis auf ein kleines Stück ihrer der Schweißnaht direkt zugekehrten
Oberfläche von dem Mantelteil 22.2 umschlossen. Die Abführung der Wärme erfolgt
also unmittelbar von der durch den Heizstrom erwärmten Außenfläche des Ferrit-Kernes.
Auf diese Weise ist die Kühlung noch wirksamer als bei der Ausführungsform gemäß
F i g. 2 und 3.
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Bei den Ferrit-Kernen 16 kann es sich sowohl um massive als auch um
hohle Kerne handeln. Das Kühlsystem gemäß F i g. 4 bis 6 vermittelt wieder einen
gegenüber den Ferrit-Kernen völlig abgeschlossenen Kreislauf, so daß kein Kühlmittel
zwischen den Kernen hindurch austreten kann. Weiterhin ist auch das Auswechseln
der Kerne bei Abnahme des Deckels 25
außerordentlich einfach durchzuführen.