DE2045100C3 - Verfahren zum Verbinden von Metallteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zurr Verbinden von Metallteilen, bei dem die zu verbinden den Teile zwischen einer als Gegenelektrode wirksa men Auflage und einer Rollenelektrode kontinuierlich

Teilen etwa gleichermaßen erhitzen und sich im 20 vorgeschoben und unter derWirkung eines auf die

Querschnitt der Teile von der einen zur anderen Elektrode verlaufende Isothermen bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Molybdän und seinen Legierungen als Material der Rollenelektrode.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wolfram und seinen Legierungen als Material der Rollenelektrode.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet

Rollenelektrode ausgeübten Druckes und eines zwi sehen der Rollenelektrode und der Auflage fließender elektrischen Stromes erhitzt werden, wobei die Stromstärke derart eingestellt wird, daß ein Schmelzer in der Grenzfläche der zu verbindenden Teile verhindert wird, jedoch ein plastisches Fließen unc damit -;ine Diffusion in der Grenzfläche auftritt.

Aus der US-PS 34 43 055 ist die Verwendung diese« Verfahrens zum Aufbringen dünner Folien auf ver

durch Tantal und seine Legierungen als Material der 30 gleichsweise dicke Substrate bekannt, aus der GB-PS

Rollenelektrode.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur-Meßschaltung (114) vorgesehen ist, die auf Änderungen der Temperatur in der Berührungslinie zwischen Elektrode (125 bzw. 124) und Werkstück (126, 127) infolge Änderungen der Stromstärke und/oder des Anpreßdruckes anspricht und durch Vergleich des Ausgangssignals mit einem Sollwert eine Regelstufe (134) ansteuert, 1173 108 seine Verwendung zum Verbinden zweiei gleichdicker Bleche. Es hat sich herausgestellt, daß e; schwierig ist, mit diesem Verfahren eine befriedigende Kontinuität der Verbindung /u erzielen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde dieses Verfahren so zu gestalten, daß die Kontinuität der Verbindung gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungs gemäß das Material der Rollenelektrode so gewähli

welche bei Abweichung vom Sollwert Stromstärke 40 wird, daß sich die zu verbindenden Teile und die

und/oder Anpreßdruck nachreguliert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Temperatur-Meßschaltung (114) ein Hall-Effekt-Generator (119) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der elektrischen Eingangsleistung und vom Leistungsverbrauch der zwischen den Elektroden (124, 125) verbundenen Teile (126, 127) das Steuersignal erzeugt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Temperatur-Meßschaltung (114) die thermoelektrische SDannungsdifferenz zwischen der einen Elektrode (125 bzw. 124) und dem mit der gegenüberliegenden Elektrode (124 bzw. 125) in Berührung stehenden Metallteil (127 bzw. 126) gemessen und als Regelgröße herangezogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Temperatur-Meßschaltung (114) ein durch Leitungen (358) abgezweigter Teilstrom des durch die eine Elektrode (124) fließenden elektrischen Stromes als Regelgröße herangezogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Temperatur-Meßschaltung (114) ein optisch auf die Kontaktlinie zwischen einer der Elektroden (125 bzw. 124) und dem angrenzenden Metallteil (126 bzw. 127) gerichtetes Pyrometer (376) vorgesehen ist, dessen Signal als Regelgröße dient.

Rollenelektrode im Bereich deren Kontaktlinie mit der zu verbindenden Teilen etwa gleichermaßen erhitzer und sich im Querschnitt der Teile von der einen zui anderen Elektrode verlaufende Isothermen bilden.

Es ist erkannt worden, daß sich bei Einhaltung diesei Bedingungen, wegen des Zusammenhangs zwischer dem Temperaturverlauf in der Elektrode im Bereich ihrer Kontaktlinie mit den zu verbindenden Teiler einerseits und dem Temperaturverlauf in diesen Teiler selbst unterhalb der Kontaktlinie andererseits, durch Regelung der Temperatur im Bereich der Kontaktlinie auf einen gleichbleibenden Wert eine gleichmäßige Verbindung sicherstellen läßt, wenn eine Temperatur Meßschaltung vorgesehen ist, die auf Änderungen dei Temperatur an der Kontaktlinie zwischen der Elektrode und den zu verbindenden Teilen infolge Änderungen dei Stromstärke und/oder des Anpreßdruckes ansprichi und durch Vergleich des Ausgangssignals mit einerr Soll-Wert eine Regelstufe aussteuert, welche be Abweichung vom Soll-Wert Stromstärke und/odei Anpreßdruck nachreguliert.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfin dungsgemäßen Verfahrens läßt sich eine solche Regelung auch eine Qualitätskontrolle einbeziehen durch die es möglich ist, den Vorschub der zi verbindenden Teile sofort anzuhalten, wenn die Verbindung der Teile nicht den Erfordernissen entspricht, beispielsweise wenn in der Verbundfläche

Saseinschlüsse vorhanden sind, wenn der Regelkreis in der im Anspruch 10 beschriebenen Weise ausgebildet ist

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Teile unterschiedlicher Materialzusammensetzung sowie auch mehr als zwei Teile, beispielsweise I-Träger, miteinander verbinden, sofern sich Isothermen bilden.

In der folgenden Beschreibung r.^her erläuterte Ai'sführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen wiedergegeben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer drjckbeaufschlagten Rollenelektrode bei der Vereinigung zweier miteinander zu verbindender Metallteile,

F i g. 2 die örtliche Temperaturverteilung im Nahfeld der Berührungssteile zwischen Elektrode und Werkstück,

Fig.3 in einer schematischen Darstellung den Gesamtaufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Temperatur-Regelkreis,

Fig.4 in einer perspektivischen Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fi g. 5 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig.6 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Regelkreises,

Fig.7 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Regelkreises,

F i g. 8 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Regelkreises,

Fig.9 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Regelkreises,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform des Regelkreises,

F i g. 11 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform des Regelkreises,

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer siebten Auisführungsform des Regelkreises,

Fig· 13 eine Mikrophotographie einer durch das konventionelle Widerstandsschweißen hergestellten Verbindungsstelle zwischen zwei Teilen,

Fig. 14 eine Mikrophotographie einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbindung,

Fig. 15 eine Mikrophotographie der Verbindungsrtelle im T-Stoß eines T-Trägers unter Verwendung eines üblichen Schweißbrenners,

Fig. 16 eine Mikrophotographie eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengefügten T-Trägers.

Nach der schematischen Darstellung der F i g. 1 wird den zu verbindenden Metallteilen 40 und 42 durch eine Rollenelektrode 44 aus hitzebeständigem und stromleitenden Material örtlich begrenzt Hitze und Druck zugeführt, so daß unter deren Wirkung beide Teile 40 und 42 unter Bildung einer kontinuierlichen Verbundfläehe 48 zu einer Einheit 46 vereinigt werden. Das Werkstück bewegt sich hierbei relativ zu der umlaufenden Rollenelektrode 44. Der auf die Verbundfläche 48 ausgeübte Druck wird durch Anpressen der Rollenelektrode auf den Stoß der miteinander zu vereinigenden Teile 40, 42 mit einer bestimmten Kraft herbeigeführt und es ist im wesentlichen auf eine Fläche beschränkt, rfii» einerseits der Breite der Rollenelektrode entspricht, und die sich von der Berührungslinie ein Stück in Bewegungsrichtung des Werkstückes erstreckt.

Die zu vereinigenden Metallteile 40 und 42 werden durch Obergang eines elektrischen Stromes von der Rollenelektrode 44 durch die Metallteile zu einer Auflage 50 auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der zu vereinigenden Metallteile erhitzt, zu welchem Zweck die Rollenelektrode 44 an den einen Pol und die Auflage 50 an den anderen Pol einer Spannungsquelle 52 angeschlossen sind. Der durch die Kontaktfläche 48 fließende Strom entwickelt in dieser eine Temperatur, die sich im wesentlichen auf die Fläche beschränkt, in der sich der Anpreßdruck der Rollenelektrode auswirkt, d. h. über die gesamte Breite der Rollenelektrode und von der Kontaktlinie ein Stück in Richtung der Bewegungsrichtung.

Die Isothermen in F i g. 1 und 2 geben ein Bild von der Temperaturentwicklung während und kurz nach dem Verbinden der Teile 40 und 42. Hieraus ergibt sich, daß die bereits verbundene Einheit 46 nach dem Passieren der Rollenelektrode 44 auf eine gewisse Länge und damit innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls eine relativ hohe Temperatur annimmt. Diese thermische Verzögerung ist darauf zurückzuführen, daß sich der elektrische Strom den Weg des geringsten Widerstandes in der Verbund- oder Kontaktfläche 48 sucht. Der Übergangswiderstand ist unmittelbar unter der Berührungsstelle zwischen Elektrode und Werkstück verhältnismäßig hoch, nimmt jedoch in Bewegungsrichtung der bereits verbundenen Teile 46 ab. Der Strom fließt daher zum größten Teil im Bereich der fertig verbundenen Einheit 46 durch die Verbund- oder Kontaktfläche 48. Diese thermische Verzögerung begründet die hohe Verbundqualität nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Vor dem Durchgang der noch unverbundenen Teile 40 und 42 durch die Elektroden nehmen diese Teile nur eine unbedeutende Temperatur an, da der Übergangswiderstand für den Strom dort sehr hoch ist. Erst im Nahfeld hinter der Berührungsstelle 56 findet der angestrebte Stromfluß statt und baut die in F i g. 1 und 2 gezeigte Temperaturentwicklung auf. Dies verhindert die Bildung von Oberflächenoxiden und Gaseinschlüssen, bevor sich in der Verbundfläche 48 eine hohe Temperatur aufgebaut hat. Es kann daher die Vereinigung der Teile in freier Luftatmosphäre erfolgen, selbst wenn die miteinander zu verbindenden Teile aus Titan oder anderen sauerstoffaktiven Metallen bestehen.

Druck und Temperatur sind je nach Zusammensetzung und Dicke der miteinander zu verbindenden Teile, und der Verbundgeschwindigkeit so groß, daß während des Verbindens die Teile im festen Zustand verbleiben, ohne in der Verbundfläche zu schmelzen. Andererseits sind Druck und Temperatur ausreichend hoch, um die Oberflächen der Teile in vollständigen Kontakt zu bringen und eine molekulare Diffusion durch die Verbundfläche zu ermöglichen. Der Druck soll hierbei so hoch gewählt werden, daß während des Verbindens eine plastische Verformung in der Verbundfläche eintritt, so daß Oxide aus der Verbundfläche herausgelöst werden. Es ergibt sich hierbei eine Gesamtdeformation von weniger als 1 %.

Bei Titan-Legierungen, beispielsweise bei Legierungen aus Titan, Aluminium und Vanadium, liegt der auszuübende Druck zwischen 35 und 700 kp/cm² und die Spitzentemperaturen in der Größenordnung von 1050 bis 1260⁰C bei Anwendung eines Stromes von 2000 bis 20 000 Amp. Die Verbundgeschwindigkeit kann hierbei

zwischen 12,5 und 25 cm/min betragen.

Es hat sich gezeigt, daß selbst bei Spitzentemperaturen von 1260⁰C Titan und seine Legierungen sich in der Verbundfläche völlig gleichmäßig und ohne Verlust der Materialeigenschaften verbinden. Diese Temperatur liegt für Titan und Titan-Legierungen oberhalb deren Beta-Umwandlungspunktes, bei dessen Überschreiten die Biegefestigkeit dieser Metalle stark abnimmt, so daß von einem Verbinden von Teilen dieser Metalle bei derart hohen Temperaturen abgesehen wurde. Es hat sich nun gezeigt, daß nur ein kurzzeitiges, auf wenige Sekunden beschränktes Überschreiten des Beta-Umwandlungspunktes keine wesentliche Reduzierung der Biegefestigkeit mit sich bringt, so daß Titan und seine Legierungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden können. Die Möglichkeit, höhere Temperaturen anwenden zu können, begünstigt kurze Behandlungszeiten, weil die Oxidation der Oberflächen der miteinander zu verbindenden Teile entsprechend schneller abgebaut oder aufgelöst werden kann. Außerdem werden durch die beim Beta-Umwandlungspunkt erreichten Eigenschaften, insbesondere die Kerbfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die Bruchfestigkeit verbessert. Die miteinander zu verbindenden Flächen von Titan und Titanlegierungen sollten durch Ätzen oder Abschleifen vorbehandelt sein.

In welchem Maße die Verbundflächen in ihrer Struktureinheit ausfallen, zeigen vergleichsweise die Fig. 13 und 14. Die mit zehnfacher Vergrößerung aufgenommene Mikrophotographie der Fig. 13 zeigt einen durch konventionelles Widerstandsschweißen hergestellten Überlappstoß von Teilen einer Titan-Legierung und in Fig. 14 die gleiche Stoßverbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die geschweißte Verbindung nach Fig. 13 zeigt eine grobkörnige und ungleichmäßige Kornstruktur. Eindrücke in der Oberfläche und einen unvollständigen Verbund zwischen den Teilen.

Die Herabsetzung der Strukturänderungen auf ein Kleinstmaß gibt auch die Fig. 16 in Vergleich mit der Fig. 15 zu erkennen, welche zwanzigfach vergrößerte Mikrophotographien eines T-Stoßes bei einer Titan-Legierung wiedergeben. Die mittels eines Schweißbrenners hergestellte Verbindung gemäß Fig. 15 ist durch Grobkörnigkeit der Struktur in der Schweißstelle und durch Oberflächenverformung gekennzeichnet.

Die in F i g. 3 in ihrem Gesamtaufbau wiedergegebene Vorrichtung 58 zum Verbinden der Teile 60 und 62 weist je eine obere und untere Rollenelektrode 64 und 66 aus stromleitendem, hitzebeständigem und hochbelastbarem metallischem Material auf.

Die untere Rollenelektrode 66 ist drehbar in einem Rahmen 68 auf einer Welle 70 und die obere Rollenelektrode 64 ist drehbar in einem Schlitten 74 auf einer ähnlichen Welle 72 gelagert Der Schlitten 74 läßt sich in vertikaler Richtung in Führungen 76 bewegen.

Während des Verbundvorganges erzeugt ein Luftmotor 78 in einem am Rahmen 68 befestigten Zylinder 80 über eine Stange 82 und über den mit dieser Stange verbundenen Schlitten 74 auf die obere Rollenelektrode 64 den notwendigen Anpreßdruck in Richtung auf¹ die untere Rollenelektrode 66.

Die zueinander gegensinnige Umdrehung erhalten die Rollenelektroden 64 und 66 von einem Umkehrgetriebe 84, dessen eine Ausgangswelle 86 über Universalgelenke 88 und 92 und über eine Welle 90 mit der Welle 72 der oberen Rollenelektroden und deren andere Ausgangswelle 94 über Universalgelenke % und 100 und über die Welle 98 mit der Welle 70 der unteren Rollenelekiroden kraftschlüssig verbunden sind.

Die Anordnung einer oberen und unteren Rollenelektrode erweist sich bei allen Anwendungsfällen als vorteilhaft, in denen gleichzeitig zwei Teile mit verschieden langen Kanten eines dritten Teiles zu verbinden sind. Dabei muß das Umkehrgetriebe 84 so ausgelegt sein, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Rollenelektroden mit der Transportgeschwindigkeit der

ίο zu verbindenden Teile gleich ist. In Fällen, in denen unterschiedliche Umdrehungsgeschwindigkeiten der Rollenelektroden nicht erforderlich sind, genügt ein einfacherer Ketten- oder Zahnradantrieb.

Die Hitzeeinwirkung auf das Werkstück erfolgt beim Ausführungsbeispiel der Fig.3 dadurch, daß eine Gleichstrom- oder Wechselstromquelle 102 mit dem einen Pol über die Leitung 104 an die untere Elektrodenwalze 66 und mit dem anderen Pol über einen festen Leiter 106, eine flexible Leitung 108 und einen weiteren festen Leiter 110 mit der oberen Rollenelektrode 64 verbunden ist.

Damit sich im Nahfeld der Kontaktlinie zwischen Werkstück und den beiden Elektroden die Isothermen nach den F i g. 1 und 2 bilden, sollen die Elektrodenkörper aus einem Material gefertigt sein, dessen elektrische Leitfähigkeit in etwa mit der des Werkstückes übereinstimmt, so daß sich Werkstück und Elektroden etwa gleichermaßen erhitzen können. Das Material für die Elektroden soll weiterhin hitzebeständig, oxidations-

■1,0 beständig und klebfest gegenüber den zu vereinigenden Teilen sein. Verwendbar sind daher Molybdän und seine Legierungen, beispielsweise TZH, welches ohne Schaden bis nahezu 1400°C eingesetzt werden kann. Verwendbar sind weiterhin Wolfram und seine Legierungen, beispielsweise W-Re. Tantal und seine Legierungen, beispielsweise ⁹⁰Ta ¹⁰W und ^T222, und sogar in einigen Fällen Stahl. Wird Stahl verwendet, sollte zur Verbesserung der Klebfestigkeit gegenüber dem Werkstück die Oberfläche der Elektroden mit einem galvanischen Chromauftrag versehen sein.

Form und Größe der Rollenelektroden 64 und 66 richten sich auch nach Größe und Profil des herzustellenden Werkstückes. Der Rollendurchmesser liegt etwa in der Größenordnung von 15 bis 25 cm.

Kleinere Durchmesser sind notwendig, um entsprechend kleine Oberflächenkrümmungen erfassen zu können. Größere Durchmesser haben wiederum den Vorteil einer größeren Berührungsfläche mit derr Werkstück und ermöglichen dadurch höhere Verbund geschwindigkeiten. je nach dem zu bearbeitender Werkstück richtet sich die Rollenelektrodenbreite, di< im Normalfall bei etwa 2£ cm liegt, was ausreicht, un

T-Stöße oder Überlappstöße herstellen zu können.

Bestandteil der Vorrichtung 58 ist gemäß F i g. 3 eim Steuervorrichtung 112, die in erster Linie die Stromstär ke und damit die Hitzeentwicklung in der Verbundflä ehe entweder auf einen konstanten oder intermittiereti den Wert reguliert Eine Temperatur-Meßschaltung 11 mißt die an der Verbundstelle auftretende Temperatu und gibt den so gewonnenen Ist-Wert als RegelgröO einer Temperatur-Regelstufe 116 ein, die den 1st-Wei mit einem vorgegebenen Soll-Wert vergleicht Im FaI¹ von Unregelmäßigkeiten oder Abweichungen voi Soll-Wert wird ein entsprechendes Korrektur-Sign

einer Steuerstufe 117 zugeführt welches die Stromstä ke und die Spannung der Stromquelle 102 reguliert

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig.4 j einer abgewandelten Vorrichtung 260. bei der an Stel

der unteren Rollenelektroden ein längsverschieblicher Tisch 262 vorgesehen ist, auf dem die zu verbindenden Teile festgelegt werden. Dieser Tisch 262 ist auf einer Konsole zwischen Schlitten 270 und 272 auf Rollen 266, 74 in Umlaufrichtung der einzigen, auf einer Welle 278 gelagerten Rollenelektrode 277 verlagerbar. Die Konsole 268 wird von einem Rahmen 264 gehalten. Auf der Oberseite der Schlittenführung 270, 272 sind auf Abstand Führungsrollen 276 angeordnet, die eine Querbewegung des Tisches 262 relativ zur Fläche der Rollenelektrode verhindern.

Die Rollenelektrode 277 wird von iinem Elektromotor 280 angetrieben, der am höhenb^wegbaren Stempel 282 fest angebracht ist.

Bei der Darstellung beispielsweise einer T-Verbindung aus drei einzelnen Teilen werden Richtwerkzeuge, zwischen die der Mittelsteg der T-Verbindung eingefügt wird, auf dem Tisch 262 zwischen Stützen 292, 294 eingesetzt und verschraubt.

Beim Verbinden der drei Teile der T-Verbindung wird auf die Rollenelektrode 277 ein Druck nach unten ausgeübt. Gleichzeitig werden die Teile mit. einer vorbestimmten Temperatur dadurch aufgeheizt, daO der elektrische Strom über die Rollenelektrode 277 durch das Werkstück zum Tisch 262 und über eine Leitung 298 zur Spannungsquelle zurückgeführt wird.

F i g. 5 zeigt in einer abgewandelten Ausführungsform eine ähnliche Führung eines Tisches wie Fig.4. Die darin gezeigte Vorrichtung 306 weist jedoch eine Mehrzahl nebeneinander auf der gleichen Welle 312 drehbar gelagerter Rollenelektroden 308 auf, die von dem höherbewegbaren Stempel 310 gleichzeitig mehrere Verbundvorgänge in einem Arbeitsgang durchzuführen im Stande ist. beispielsweise um mehrere Stege oder Rippen 314, 316, 318, 320 mit einer Grundplatte 324 gemeinsam zu verbinden.

Auch bei dieser Ausführungsform bewegt sich der Tisch in Umfangsrichtung der Rollenelektroden zwischen einer Schlittenführung auf Roiien oberhalb einer Konsole 268, die von dem Rahmen 264 der Vorrichtung gehalten wird. Der Tisch ist mit einem flexiblen Kabelanschluß mit dem einen Pol der Spannungsquelle verbunden. Statt eines flexiblen Kabelanschlusses kann in gleicher Weise ein elektrischer Schleifkontakt verwendet werden.

Statt auf einer gemeinsamen Welle 312 können die Rollenelektroden auch paarweise auf getrennt voneinander angeordneten Wellen angeordnet sein. In dieser abgewandelten Form können die Wellen zueinander einen Winkel bilden, so daß auch dreieckförmige Profile hergestellt werden können.

Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich für den Regelkreis und die Temperatur-Meßschaltung nach den F i g. 6 bis 12.

Nach der Ausführungsform der Fig.6 ist in einem Regelkreis 118 als Temperaturfühler ein Hall-Effekt-Generator 119 vorgesehen, dessen Eingangs!eitungen

120 den Spannungsabfall an einem festen Widerstand

121 in der Leitu.ig 122 abnehmen, welche mit dem einen Pol der Stromquelle 123 verbunden ist und die untere Rollenelektrode 124 versorgt. Das an den Eingangsleitungen 120 auftretende Signal entspricht daher der Stärke des durch die Rollenelektrode 124 und durch die zu verbindenden Teile 126, 127 zur oberen Rollenelektrode 125 fließenden Stromes.

Zwei weitere Eingangsleitungen 128 stehen jeweils mit der oberen und der unteren Rollenelektrode in Verbindung. Der zwischen beiden Rollenelektroden auftretende Spannungsabfall bildet das Regelsignai des Hall-Effekt-Generators 119, dessen Ausgangssignal das Produkt der beiden Eingangssignale darstellt und somit die elektrische Leistung mißt.

Dieses Signal wird über Ausgangsleitungen 129 einem handelsüblichen Prozeßrechner 130 zugeführt, der von einer Datenverarbeitungsanlage 131 ausgesteuert wird. Über eine Leitung 132 ist der Prozeßrechner 130 mit einer Regelstufe 134 verbunden, die die elektrische

ίο Eingangsleistung entsprechend den Anforderungen konstant hält bzw. verstärkt, sobald die Leistung zwischen den Elektroden unter einen vorgegebenen Wert abfällt oder sie verringert, sobald die Leitung über den vorgegebenen Wert ansteigt

Bei dem abgewandelten Regelkreis 352 der Fig. 7 wird der Spannungsabfall zwischen den Rollenelektroden 124, 125 infolge des zwischen diesen hindurchlaufenden Werkstückes benutzt, um die elektrische Leistung im System konstant zu halten bzw. nachzuregulieren. Es werden hierbei die Eingangsleitungen 354 des Prozeßrechners 130 direkt mit den Rollenelektroden verbunden. Dieser steuert die Regelstufe 134 für die elektrische Leistung aus, je nachdem, ob sich der Spannungsabfall zwischen den Rollenelektroden ändert oder nicht.

Bei dem Regelkreis 356 der F i g. 8 wird als Regelgröße in einer Abzweigleitung 358 der Stromfluß durch den Widerstand 360 verwendet, um Leistungsänderungen festzustellen. Die Gewinnung der Regelgröße nach dieser Schaltung ist die einfachste Art und erlaubt sowohl die Versorgung der Anlage mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom. Bei Verwendung von Wechselstrom muß jedoch der feste Widerstand 360 durch einen Stromtransformator ersetzt werden.

Xs Die Schaltungsanordnung 362 in F i g. 9 wird bei Wechselstrom angewendet. Sie macht von dem Prinzip der thermoelektrisehen Spannung Gebr?^-:ch, welche sich im Material der Rollenelektroden und im Material der m'teinander zu verbindenden Teile aufbaut und je nach den sich einstellenden Temperaturen in den zu verbindenden Teilen die Messung einer Spannungsdifferenz zuläßt. Bei der Schaltanordnung 362 in F i g. 9 wird dit:se Spannungsdifferenz über eine mit der oberen Rollenelektrode 125 verbundene Leitung 366 und über eine mit dem einen der zu verbindenden, an der unteren Rollenelektrode 124 anliegenden Teil 127 über eine Leitung 368 einem Filterkreis 364 zugeführt, dessen Ausgangsleitungen 370,372 mit dem Prozeßrechner 130 verbunden sind, der von dem Sollwert-Geber 131 gesteuert wird.

Der Filterkreis 364 wandelt den Wechselstrom des Eingangssignals um und liefert dem Prozeßrechner 130 ein Gleichstromsignal. Über eine Leitung 132 ist der Prozeßrechner 130 mit einer Regelstufe 134 verbunden welche die elektrische Leistung entsprechend den Anforderungen konstant hält bzw. verstärkt, sobald die thermo-elektrische Spannung zwischen der Rollenelek trode 125 und dem einen der zu verbindenden Teile 127 unter einen vorgegebenen Wert abfällt, oder sie verringert, sobald diese thermo-elektrische Spannung über den vorgegebenen Wert ansteigt. Entsprechenc wird beispielsweise die Stromstärke der Stromquell« 123 nachreguliert.

Bei der Schaltungsanordnung 374 in Fig. 10 wird al:

^Λ<> Temperatur-Meßschaltung ein inlrarot-empfindlichei Pyrometer 376 verwendet, dessen wirksame Flächt entsprechend der gestrichelten Linie 378 optisch auf di< Berührungsstelle der oberen Rollenelektrode 125 mi

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den zu verbindenden Teilen gerichtet ist. Bei Verwendung eines Pyrometers können empfindliche Filterkreise wie in der Schaltungsanordnung der F i g. 9 umgangen werden. Das Ausgangssignal des Pyrometers wird über Leitungen 380, 382 dem Prozeßrechner 130 zugeführt. Als Regelgröße für den Prozeßrechner wird auch hierbei jede Änderung der Temperatur an der Berührungsstelle ausgenutzt.

Als weitere Regelgröße läßt sich die thermische Ausdehnung des Materials der zu verbindenden Teile im Bereich der Kontaktstellen mit den Rollenelektroden über die hierdurch ausgelöste, wenn auch geringfügige axiale Versetzung der Achsen der Rollenelektroden heranziehen (F i g. 11)· Da die Abstandsänderung dieser Achsen linear proportional zu der thermischen Ausdehnung und diese wiederum proportional zur Temperatur in der Verbundfläche im Bereich der Kontaktlinie ist, kann diese Abstandsänderung über schematisch mit 388, 390 angedeutete mechanische Impulsgeber einem Übertrager 386 zugeführt werden, der auf Temperaturschwankungen zurückzuführende Bewegungsänderungen des Achsabstandes in ein elektrisches Signal umformt, welches in einer nachgeschalteten Demodulatorstufe 392 in ein Gleichstromsignal umgewandelt wird, welches bei gegebener Drehgeschwindigkeit und Anpreßkraft der Rollenelektroden ein Maß für jede Temperaturänderung darstellt. Dieses Signal wird über Leitungen 394,396 in bereits beschriebener Weise dem Prozeßrechner 130 zugeführt.

Die Schaltungsanordnung 398 in Fig. 12 verbindet eine Messung der Temperaturveränderung mit einer Qualitätskontrolle in der Verbundzone der hergestellten Verbindung. Bekanntlich kann die Absorption eines Ultraschallimpulses, der an der Verbundstelle reflektiert

ίο wird, ein Maß dafür sein, ob die Verbindung haltbar oder fehlerhaft ist. Das Ultraschallsystem 400 in der Schaltungsanordnung 398 der Fig. 12 umfaßt eine Einheit 402, in der ein Eingangssignal von bestimmter Leistung erzeugt wird, welches über eine Leitung 406 einem Ultraschallsender 404 zugeführt wird. Ein Abfall der an der Verbindungslinie reflektierten Energie tritt dann ein, wenn eine fehlerhafte Verbindung zustande gekommen ist. Das reflektierte Signal wird durch einen Empfänger 405 aufgenommen, der es in ein analoges elektrisches Signal umformt und über die Leitung 410 der Stufe 402 zuführt. Die Stufe 402 vergleicht die erzeugte Leistung, bildet hierbei eine Differenzspannung, die über die Leitungen 412 dem Prozeßrechner zugeführt wird.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   ^y \, Verfahren zum Verbinden von Metallteilen, bei • dem die zu verbindenden Teile zwischen einer als Gegenelektrode wirksamen Auflage und einer Rollenelektrode kontinuierlich vorgeschoben und \iinter der Wirkung eines auf die Rollenelektrode ausgeübten Druckes und eines zwischen der Rollenelektrode und der Auflage fließenden elektrischen Stromes erhitzt werden, wobei die Stromstärke derart eingestellt wird, daß ein Schmelzen in der Grenzfläche der zu verbindenden Teile verhindert wird, jedoch ein plastisches Fließen und damit eine Diffusion in der Grenzfläche auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Rollenelektrode so gewählt wird, daß sich die zu verbindenden Teile und die Rollenelektrode im Bereich deren Kontaktlinie mit den zu verbindenden

   10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß mit der Temperatur-Meßschaltuni (114) ein optisch auf die Kontaktlinie zwischer Elektrode (125 bzw.124) und Werkstück (126, 127 gerichteter Ultraschall-Sender (400) und ein da: Echosignal aufnehmender Ultraschall- Empfängei (408) gekoppelt sind, und das Ausgangssignal de« Ultraschall-Empfängers (408) mit der Leistung de: Ultraschall-Senders (400) laufend verglichen und be Abweichung hiervon als Regelgröße für dit Sollwert-Vorgabe herangezogen wird.