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"Schweißverfahren" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen
zweier Matallteile miteinander, deren Abmessungen in der Größenordnung von wenigen
mm liegen und die sich mit ebenen Flächen berühren, mit Hilfe eines energiereichen,
scharf gebündelten Elektronenstrahl.
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Das Verfahren richtet sich insbesondere an die Verschweißung von aus
Einzelteilen aufgebauten mechanischen Filtern, die in Longitudinalrichtung schwingende
Resonatoren aufweisen, und sei daher am Beispiel derartiger Filter näher erläutert.
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Ein solches mechanisches Filter ist in der Fig, 1 dargestellt. Es
besteht aus zwei elektromechanischen Wandlern 1, aus zwei Endstücken 2 aus Koppeldrähten
3., Eopp6lstUcken 4
und den eigentlichen Resonatoren 5. In dem einen
elektromechanischen Wandler wird die elektrische Energie in Schallenergie umgewandelt.
Diese regt über Endstücke 2 die Koppeldrähte 3 und die Koppelstücke 4 die Resonatoren
5 zu mechanischen Schwingungen an und durchläuft dabei das Filter0 Am anderen Endstück
wird die Schallenergie wieder abgenommen und in einen zweiten elektromechanischen
Wandler 1 in elektrische Energie rückgewandelt Die Gesamtanordnung mit Ausnahme
der Wandler besteht aus einer Metallegierung, die zu 80% Nickel enthält. Sie läßt
sich aus einem Stück drehen. Der Ausschuß in der Fertigung ist dabei Jedoch sehr
groß, da sich die verwendeten Metallegierungen nur sehr schwer drehen lassen und
die notwendigen Toleranzen von 0,01 mm an allen Einzelstücken eingehalten werden
müssen.
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Man ist daher beim Aufbau von Filtern größerer Bandbreite dazu#übergegangen,
dieses aus Einzelteilen zusammenzusetzen die miteinander verschweißt werden. Zu
diesem Zweck wurden die Koppeldrähte angespitzt, auf-die Stirnfläche des benachbarten
Resonators bzw. Koppelstücks gesetzt und unter Druck miteinander verschweißt. Diesen
Vorgang zeigen die Figuren 2a und 2b. Bei einem derartigen Anfbauverfahren erfolgt
Jedoch ein echlecht zu kontrollierender Materialauftrag
bei A wie
in der Fig. 2b dargestellt, welcher Anderungen in der Filterkurve hervorruft. Außerdem
wird in der Umgebung von A, die in der Fig. 2b durch gestrichelte Linien abgegrenzt
ist, durch den Schmelzvorgang beim Schweißen die Kristallstruktur in den Einzelteilen
in hohem Maß gestört.
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Hierdurch ergeben sich Anderungen in der ßchallgeschwindigkeit die
nicht vorherbestimmt werden können und die die Filtereigenschaften ebenfalls beeinflussen.
Weiterhin hat dieses Verfahren den Nachteil, daß - sofern die Stirnfläche -des Resonators
5 bzw. des Koppelstücks 4 abgedreht ist - der Schweißvorgang durch einen ggf. in
der Mitte des Resonators bzw..
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Koppelstücks verbliebenen Drehpimpels erschwert ist. Abhilfe könnte
geschaffen werden, indem man die St irnfläche nicht abdreht sondern abschleift.
ßchmalbandige Filter lassen sich dennoch nicht auf diese Weise herstellen, da der
Schweißvp-rgang zu viele unkontrollierbare Toleranzen zurückläßt. Diese zwar vom
Schweißen herrührenden Toleranzen lasten sictyin den Griff bekommen, wenn man die
beiden Teile mit Flächen hoher Güte aneinanderfügt - also- keines der Teile mit
einer Spitze ausbildet - und die Fuge zwischen den Teilen mit einem energiereichen,
scharf gebündelten Strahl, etwa einem Elektronen- oder,LaserstriEl bestrahlt. Dieses
Schweißverführen ist bekannt. Man bewegt dabei den Strahl in der Fuge so, daß
über
die gesamte Berührungsfläche eine Verschweißung der.
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Teile stattfindet. Dieses Verfahren ist am Beispiel eines Filterausschnitts
in Fig. 3 beschrieben. Der Koppeldraht 3 und der Resonator 5 werden mit ihren geschliffenen
Stirnflächen aneinandergesetzt und mit Hilfe eines Elektronenstrahls, der in den
Berührungsschlitz einfällt und in der von der Berührungsfläche angegebenen Ebene
bewegt wird, miteinander verschweißt. Bei einem Filter, das aus sehr vielen Einzelteilen
aufgebaut ist, wie es z. B. die Fig. 1 zeigt, ergeben sich Jedoch hierbei Schwierigkeiten,
wenn solche Filter rationell gefertigt werden sollen. Es müßte dann nämlich der
Elektronenstrahl jeweils auf die Ebenen der åeweiligen Berührungsflächen genau Justiert
werden. Da der Elektronenstrahl nur einen Durchmesser von wenigen /u hat, die Fertigungstdleranzen
jedoch in der Größenordnung von 0,01 mm pro Einzelteil liegen und diese sich über
die gesamte Filterlänge in nicht vorsehbarer Weise auf- oder abbauen, kann dieser
Vorgang nicht automatisiert werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unter Terwendung
eines solchen Elektronenstrahls arbeitendes Schweißverfahren anzugeben, das eine
rationelle Fertigung zuläßt, Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß der Elektronenstrahl in des Umgebung der miteinander
zu verschweißenden
Flächen senkrecht zu dieser Fläche derart bewegt wird, daß von ihm diese Fläche
mit Sicherheit getroffen wird und daß die Bewegungsgeschwindigkeit so gewählt ist,
daß bei der gegebenen Intensität des Strahles der von diesem getroffene Materialbereich
der zu verbindenden Teile schmilzt. Dabei kann der Elektronenstrahl in einer Richtung
einfallen, die in einer Ebene liegt, die mit den zu verschweißenden Flächen parallel
ist. Der Strahl kann mit den zu verschweißenden Flächen Jedoch auch einen Winkel
bilden.
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Es sind heute Elektronenquellen zur Hand, deren Strahl auf zwei bis
sieben /u Durchmesser gebündelt werden kann und die so energiereich sind, daß sie
Metall in einer Tiefe von mehreren mm im Bruchteil einer Sekunde zum Schmelzen bringen.
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Eine solche Strahlenquelle für die vorgenannte Aufgabe her-;^angezogen
ergibt den Vorteil, daß aufgrund dieser zeitlichen Kürze, mit der eine Schweißung
durchgeführt werden kann, die nähere Naterialumgebung sich nicht erwärmt und damit
das Kristallgefüge um die Schweißstellen herum nicht gestört wird. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird also in dem. Resonator zunächst nur eine Materialsäule zum Schmelzen
gebracht. Da gemäß der Erfindung Strahlenquelle und zu verschweißende ObJekte gegeneinander
bewegt werden, wobei bei
dem vorliegenden Filter diese Bewegung
in Filterlängsrichtung erfolgt, wird in dem Resonator und später in dem Koppeldraht,
oder umgekehrt, nur eine scheibenförmige Ebene in Längsrichtung von wenigen /u Stärke
geschmolzen. Die Verschweißung selbst besteht aus einer Linie, deren Breite vom
Strahldurchmesser abhängig ist. Es werden also nicht die vollen Flächen verschweißt.
Sollte diese Schweißverbindung in mehrfachen Fällen nicht ausreichend sein, kann
die Schweißung wiederholt werden, wobei man das Filter mit seiner Längsachse als
Drehachse gegenüber der Strahlenquelle verdreht. Man erhält auf diese Art und Weise
zwei oder ggf.
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mehr sich kreuzende Schweißlinien. Man kann hierbei so vorgehen, daß
man das Filter kontinuierlich um seine Längsachse dreht und den Strahl mit einer
von der Drehgeschwindigkeit abhängigen Frequenz längs des Filters in der Schweißstellenumgebung
längs dem Filter hin und her bewegt. Die. Kristallstruktur ist aufgrund des geringen
Strahldurchmessers nur in verschwindend geringem Maße gestört.
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Wenn man aus zwei oder mehr Richtungen der vorgenannten Art gleichzeitig
schweißt, dann ergibt sich infolge des Wärmeüberschusses am Kreuzungspunkt der beiden
Linien, daß am Kreuzungspunkt auch die nähere Umgebung des Materiales schmilzt.
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Dies kann u. U. von Vorteil sein (größere Festigkeit und.
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geringere Koppeldämpfung).
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Für die Bewegung des Elektronenstrahles bezüglich der Filterlängsachse
genügt es, wenn diese Bewegung nicht wesentlich größer ist als die zu erwartenden
Toleranzen an den Schweißstellen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, dann
möglich, die Strahlenquelle entlang einer Vorrichtung, in die sämtliche Filtereinzelteile
eingespannt sind, zu führen und in den Umgebungen der Schweißstellen entsprechend
der zu erwartenden Toleranzbreite einzuschalten. Da das Schweißen mit einem Elektronenstrahl
im evakuierten Raum erfolgen muß, gewinnt man damit den erheblichen Vorteil, daß
für die Schweißung eines kompletten Filters nur ein einziger Pump vorgang notwendig
wird. Es ist sogar möglich, mit einer entsprechenden Anzahl von Haltevorrichtungen
mehrere Filter parallel und/oder in Reihe in den evakuierten Schweißraum einzubringen
und mit einem Pumpvorgang mehrere Filter zu schweißen. Bei einem Verfahren, wo der
Strahl vor Jedem Einzelschweißvorgang auf die Schweißstelle Justiert werden müßten
ist das nicht möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sei am Beispiel der Fig 4
näher
erläutert. In der Fig. 4 bedeutet 3 wieder einen Koppeldraht, der mit einem benachbarten
Resonator 5 zu verschweißen ist. Ein Elektronenstrahl 6, der aus einer Elektronenstrahlquelle
7 stammt, dringt in den Resonator ein und bringt in diesem eine Materialsäule zum
Schmelzen.
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Dieser Vorgang beginne in der Stellung 3. Die Strahles quelle 7 wird
in Längsrichtung der Resonatoranordnung bewegt bis zur Stellung C. Sie hat damit
im dargestellten Beispiel die Berührungsflächen der beiden Einzelteile 3 und 5 passiert
und diese miteinander verschmolzen. Es entsteht eine Schweißlinie 8, wie sie in
Fig. 5a dargestellt ist und dort schraffiert hervorgehoben ist. Die Fig. 5b zeigt
das Schweißbild gleichfalls im Querschnitt, das durch nachfolgendes Verschweißen
aus einer um 900 verdrehten Richtung entstanden ist. Die Fig. 5c zeigt ein Schweißbild,
wie es bei gleichem Verschweißen aus zwei um 90°\verdrehten Richtungen mit Hilfe
zweier Elektronenstrahlquellen erhalten wird.
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Der Strahleinfall braucht nicht parallel zu der von den Berührungsflächen
angegebenen Ebene erfolgen, sondern kann mit dieser einen Winkel a einschließen,
wie die Fig. 6 zeigt.
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Das erfindungsgemäße Schweißverfahren ist ebenso geeignet,
solche
Einzelteile miteinander zu verschweißen, bei denen der eine, wie in der Fig. 7 dargestellt
ist, ausgedreht ist.
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Anstelle eines Elektronenstrahles kann für die Verschweißung in gleicher
Weise ein Laserstrahl verwendet werden.