DE2365692C2 - Schweißkasten zum induktiven Hochfrequenzschweißen eines Metallrohres aus nichtmagnetischem elektrisch gutleitendem Werkstoff - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sirfi auf einen Schweißkasten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Um einen Streifen in ein Rohr zu formen und durch Induktionswärme zu verschweißen, wird eine Reihe von Walzgerüsten oder Matrizen verwendet, um progessiv den flachen Streifen in eine rohrförmige Form zu überführen. Der rohrförmige Streifen erstreckt sich dann durch eine ihn umgebende Induktionsspule, weiche ausreichend elektrische Energie liefert um die Streifenkanten auf Schweißtemperatur zu erhitzen. Der Streifen durchläuft dann einen Schweißkasten, der wenigstens ein Paar gegenüberliegender Schweißrollen enthält, die die erhitzten Streifenkanten mit ausreichender Kraft zusammendrücken, um die Kanten miteinander zu verschweißen und so ein flüssigkeits- und druckdichtes Rohr auszubilden; vgl. die deutsche Patentanmeldung C 51 617b, 7/20 (ausgelegt am 8- 2.1953).

Damit die Kanten des Rohres immer in der gleichen geometrischen Lage zueinander liegen, wird bei dem so bekannten Schweißkasten ein Schlitzführer verwendet, der in den Schlitz zwischen den Streifenkanten kurz vor dem Schweißpunkt eingreift. Dieser Schlitzführer ist gegenüber dem Metallrohr isoliert um einen Kurzschluß&trom zwischen den Streifenkanten zu vermeiden.

Insbesondere beim Schweißen von Materialien mit niedrigem elektrischen Widerstand, wie z. B. Kupfer, ist wesentlich mehr elektrische Energie erforderlich als bei einem Metall oder einer Legierung mit einer geringen Leitfähigkeit. Es ist jedoch schwierig, diese hohe Energie tatsächlich der Schweißstelle zuzuführen, da ein nicht geringer Teil der von der Induktionsspule induzierten Ströme von dem Metallrahmen und anderen Teilen des Schweißkastens abgezogen wird. Neben einer Erhitzung des Schweißkastens und der Reduzierung der elektrischen Leistung können innerhalb des Schweißkastens Kurzschlußstromwege auftreten, die die auf die Streifenkanten übertragene Energie weiter verringern.

Kurzschlußströme können insbesondere im Bereich der Schweißrollen auftreten, da diese in der Nähe der Induktionsspule liegen. Aus der erwähnten Patentanmeldung C 5 161 ist es bekannt eine Schweißrolle, die unmittelbar über der Schweißnaht zur Anwendung kommt aus isolierendem oder keramischem Material, demnach einem nicht magnetischen Material zu fertigen. Die Schweißrollen können auch aus Bronze gefertigt werden. Sinn dieser Maßnahmen ist das von der Induktionsspule ausgehende elektromagnetische Feld möglichst wenig zu beeinflussen. Daß aber bei einer Fertigung der Schweißrollen aus Bronze über diese Rollen Kurzschlußströme in den Schweißkasten eingeleitet werden können, ist in dieser Anmeldung nicht erkannt worden.

Aus der DE-PS 4 08 072 ist ein andersartiger Schweißkasten bekannt Der Schweißstrom wird bei diesem bekannten Schweißkasten über die Schweißrollen dem zu schweißenden Rohr zugeführt. Um hier den Stromeintritt in das zu schweißende Rohr möglichst in der Gegend der Schweißnaht zu konzentrieren, sind die Schweißrollen lediglich in dem dort anliegenden Bereich als Schweißelektroden ausgebildet Diesen Elektroden wird über die Welle der Schweißrollen der notwendige Schweißstrom zugeführt Der übrige Teil der Schweißrollen dient als Druckorgan, mit dem das zu schweißende Rohr zusammengedrückt wird. Selbstverständlich müssen diese Bereiche der Schweißrollen gegenüber den Elektrodenbereichen elektrisch isoliert werden. Hierzu ist bei dem bekannten Schweißkasten zwischen der Welle der Schweißrollen und dem als Druckorgan dienenden Teil der Schweißrollen eine Isolierung vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweißkasten der in Frage stehenden Art zur Hochfrequenzschweißung von nichtmagnetischen elektrisch gut leitenden Metallen so zu verbessern, daß insbesondere im kritischen Bereich der Schweißrollen Kurzschlußströme zuverlässig vermieden werden.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch das im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst

Demgemäß wird zwischen jeder Schweißrolle und der zugehörigen Welle eine Zwischenlage aus einem synthetischen Kunststoff als Isolierung angeordnet. Vorzugsweise besteht diese isolierende Zwischenlage aus einem Polyamid oder einem Tetrafluoräthylen.

Gemäß der Erfindung wird zuverlässig verhindert, daß sich über die Schweißrollen und das Gehäuse des Schweißkastens Kurzschlußstromwege einstellen können, die die Schweißwirkung mindern. Durch eine solche Isolierung wird auch verhindert, daß sich durch etwaig auftretende Kurzschlußströme das Gehäuse des Schweißkastens unzulässig erwärmt.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellt dar

F i g. 1 schematisch eine bekannte Hochfrequenz-Feuerschweißvorrichtung, bei welcher ein Schweißkasten gemäß der Erfindung angewendet werden kann;

Fig.2 eine teilweise geschnittene Ansicht des Schweißkastens in Richtung des Rohrweges während des Schweißens gesehen;

F i g. 3 einen Teilschnitt einer Schweißwalzenanordnung des Schweißkastens nach F i g. 2, wobei zwischen der Schweißwalze und dem Rest der Konstruktion eine Isolierung angeordnet ist, um so einen Kurzstromweg

innerhalb des Schweißkastens zu eliminieren.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf F i g, 1 ist ein typisches Schweißgerät 1 zum Verschweißen eines Metallstreifens in der Form eines vorgeformten offenen Rohres 2 in ein Rohr gezeigt Das Gerät kann die gegenüberliegenden Kanten 3 und 4 miteinander verschweißen, welche den Längsspalt 5 in dem offenen Metallrohr 2 bilden.

Das offene Rohr 2 wird in einem Walzwerk (nicht gezeigt), welches in Fluchtung unmittelbar vor dem ι ο Gerät 1 angeordnet ist, geformt Das Walzwerk ist bekannter Art und kann eine Vielzahl von Walzgerüsten oder Matrizen enthalten, welche den Metallstreifen in ein offenes Rohr formen.

Die Schweißwalzen 6 bestehen aus einem Paar Druckrollen bekannter Art, die die gegenüberliegenden Seiten des Rohres 2 angreifen und verursachen, daß sich der längs erstreckende Schlitz 5 im wesentlichen an dem Schweißpunkt 7 schließt, um einen V-förmigen Schlitz 8 zu bilden. Wenn das offene Rohr 2 sich zu dem Schweißpunkt 7 bewegt, werden die Kanten 3 und 4 an dem Spalt 8 längs der Schweißnaht 9 zusammengeschweißt

Die Kanten 3 und 4 an dem V-förmigen Schlitz 8 werden mittels einer Induktionsspule 10 erhitzt Die Induktionsspule 10 ist eine Spule mit einer Windung.

Die Spule 10 ist als Schmiedemetallrohr ausgebildet Die Spule ist elektrisch mit einer Hochfrequenzstromquelle (nicht gezeigt) verbunden. Der Hocbfrequenzstrom beträgt normalerweise wenigstens 100 KHz und vorzugsweise wenigstens 400 KHz oder höher. Die Spule ist ebenfalls mit einer Quelle eines Kühlmediums (nicht gezeigt) verbunden, welches durch das Rohr strömt um es vor Überhitzung zu schützen.

Ein Widerstand / ist vorgesehen, um die Wirksamkeit j5 der Induktionsspule 10 durch Erhöhung der Impedanz der Hochfrequenzstromwege um das rückwärtige Teil des offenen Rohres 2 zu erhöhen. Hierdurch wird der Stromfluß um das rückwärtige Teil des Rohres 2 reduziert u*.d der Stromfluß längs den Rohrkanten 3 und 4 erhöht welcher von einem Punkt an der Rohrkante 3 neben der Spule 10 zu dem Schweißpunkt 7 und zurück längs der gegenüberliegenden Kante 4 zu einem Punkt in der Nähe der Spule 10 fließt. Hieraus ergibt sich eine wirksamere Erhitzung der Kanten 3 und 4 des offenen Rohres 2, wobei die Kanten auf Schweißtemperatur erhitzt sind, wenn sie den Schweißpunkt 7 erreichen.

Der Widerstand / kann irgendeine bekannte Konstruktion aufweisen und umfaßt einen Mantel 11, der mit einem hohlen Stützarm 12 verbunden ist der sich abwärts durch den Spalt 8 erstreckt.

Eine Quelle eines Kühlmediums (nicht gezeigt) wie beispielsweise Wasser ist mit dem hohlen Stützarm 12 verbunden, so daß Wasser in den Mantel 11 und um einen Kern eines magnetischen Materials M fließen kann, der darin gehalten ist Das magnetische Material in dem Kern sollte isolierend sein, um den Kern im wesentlichen frei von den Wirbelstromverlusten zu halten.

Da weiterhin der Winkel des V-förmigen Schlitzes 8 wesentlich ist, ist eine NahtfUhrungseinrichtung 14 angeordnet, um die Kanten des Rohres 2 in genauem Abstand voneinander zu erhalten und um somit den gewünschten Winke' zu erzielen. Die Nahtführungseinrichtung kann aus einem geeigneten Isoliermaterial sein und erstreckt sich abwärts in den Spalt, so daß das Walzgerüst vor dieser Stellung (nicht gezeigt) verursacht, das die Rohrkanten 3 und 4 gegen gegenüberliegenden Seiten der Nahtführnng 14 gedrückt werden 50 daß die Kanten einen gleichmäßigen Abstand behalten.

Unter Bezugnahme auf F i g, 2 ist eine Schnittansicht einer typischen Schweißkastenkonstruktion 20 gezeigt Die Schweißkastenkonstruktion 20 nach Fig.2 ist bekannter Art und enthält zwei Schweißwalzen 6, die, in horizontaler Richtung auf einem schweren Maschinenbett (nicht gezeigt) angeordnet sind. Die Induktionsspule 10 nach F i g, 1 ist genau vor dem Schweißkasten angeordnet, und das Rohr 11 bewegt sich in eine Richtung weg von dem Betrachter.

In dem Schweißkasten 20 nach Fig.2 ist eine Bodenplatte 21 vorgesehen, die auf dem Maschinenbett (nicht gezeigt) angeordnet ist Auf der Oberfläche der Bodenplatte 21 ist eine Basisplatte 22 des Schweißkastens 20 angeordnet der horizontal gegen die Bodenplatte 21 bewegbar ist, um die Mittelachse zwischen den Schweißwalzen 6 mit der Mittelachse der Walzgerüste oder Matrizen (nicht ρ' ::eigt) auszurichten. Der Kasten 20 ist seinerseits von rechtwinkliger Konstruktion mit zwei Seitenwänden 23 und zwei Endwänden 24, die miteinander verbunden sind, um einen rechteckigen Kasten zu bilden, und welche ebenfalls mit der Bodenplatte 22 verbunden sind. Die Wände 23 und 24 und die Bodenplatte 22 sind mit Hilfe herkömmlicher Befestiger wie beispielsweise Bolzen miteinander verbunden, oder sie sind miteinander verschweißt

Die Ausrichtung des Schweißkastens 20 gegen die Bodenplatte 21 erfolgt mittels einer Schraubeneinstellung 25. Nachdem eine geeignete Ausrichtung erzielt ist wird die Bodenplatte des Schweißkastens an der Basisplatte mittels Bolzen B befestigt Jede Schweißwalze 6 ist in einem bewegbaren Schlitten 26 getragen. Jede Seitenwand 23 hat eine Hohlnut 27, die gleitbar den bewegbaren Schlitten 26 aufnehmen kann.

Auf jeder Seite eines jeden Trägers 26 in Übereinstimmung mit den Seitenwänden 23 des Schweißkastens 20 ist ein erhobener Abschnitt 28 oder ein Keil angeordnet, welcher innerhalb der Nuten 27 in den Seitenwänden 23 des Schweißkastens gleiten kann, um so die Horizontalbewegung der Schweißwalzen 6 in dem Schweißkasten 20 zu ermöglichen.

Wie bei dem geschnittenen Schlitten 26 gezeigt ist, hat jeder Schlitten ein Loch 29, durch welche sich ein Wellenstumpf 30 erstreckt

Es sind Lager 31 und 32 verwendet, um die Drehbewegung des Wellenstumpfes 30 innerhalb des Schlittens zu schaffen. Eine Einrichtung 33 zum Schmieren der Lager 31 und 32 ist beispielsweise in der Form einer Passung 34 und Leitungen 35 und 36 vorgesehen, die mit dem Loch 29 und den Lagern 31 und 32 in Verbindung stehen.

Es sind Dichtungen 37 vorgesehen, um zu -rerhindern, daß eine beträchtliche Schmiermittelmenge austritt Jedes Lager 31 und 32 paßt in versenkte Abschnitte 38 des Loches 29, die sich von der oberen und unteren Seite des Schlittens 26 erstrecken. Die Toleranzen zwischen dem Wellenstumpf 30, den Lagern 31 und 32 und den Abschnitten 38 des Schlittens 26 müssen .«eh.- gering gehalten werden, so daß eine Ausrichtung der Schweißwalzen 6 und ihre mechanische Stabilität aufrechterhalten werden können.

Am unteren Ende des Wellenstumpfes 30 ist ein mit Gewinde versehener Abschnitt 39 vorgesehen und an dem oberen Ende ist ein Flansch 40 angeordnet, der auf dem oberen Laser 32 gleitet. Eine Mutter 41 ist auf dem

mit Gewinde versehenen Abschnitten 39 des Wellenstumpfes 30 gesichert, um den Wellenstumpf in seiner Lage zu blockieren. An der oberen Seite des Flansches 40 des Wellenstumpfes 30 und einstückig damit ist ein Nabenabschnitt 42 vorgesehen, um welchen die Schweißwalze 6 gesichert sein kann. Die Schweißwalze 6 umfaßt eine zylindrische Walze mit einer halbkreisförmigen Ausnehmung 43 an ihrem Umfang. Die Ausbildung der Ausnehmung wird von dem Querschnitt des zu schweißenden Rohres bestimmt und kann to gewünschtenfalls ausgewählt werden. Die Schweißwalze 6 weist ein Loch 44 auf, das sich zentral dadurch von ihrer oberen Fläche erstreckt, und einen versenkten Bohrungsabschnitt 45 auf, der konzentrisch mit dem Loch 44 ist und sich von der unteren Fläche der Walze erstreckt und um die Nabe 42 des Wellenstumpfes 30 paßt. Ein mit Gewinde versehenes Loch 46 in dem

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seine Mitte erstreckt, ist vorgesehen, und die Schweißwalze 6 ist an dem Wellenstumpf mit Hilfe eines Bolzens 47 angeordnet, der sich durch das Loch 44 in der Schweißwalze 6 erstreckt und in das mit Gewinde versehene Loch 46 geschraubt ist. Die Schweißwalze 6 und der Schlitten 26 auf der anderen Seite des Schweißkastens 20 haben genau die gleiche Konstruktion.

Der Abstand zwischen den Schweißwalzen 6 kann mit Hilfe einer Gewindewelle 48 eingestellt werden, welche Abschnitte 49 und 50 aufweist, die mit entgegengesetzt gerichteten Gewinden auf jeder Seite eines gewindelo sen Abschnittes 51 versehen sind. Jeder der entsprechenden Abschnitte 49 und 50 erstreckt sich mit in mit Gewinde versehenen Löcher 52 und 53 in jedem Schlitten 26, so daß, wenn die Welle in einer gegebenen Richtung gedreht wird, die Schweißwalzen entweder enger zueinander oder weiter voneinander bewegt werden. Eine Mikrometerscheibe 54 ist vorgesehen, um den Abstand zwischen den Schweißwalzen genau einzustellen.

Die Induktionsspule 10 nach Fig. 1, welche den Strom zu den Rohrkanten 3 und 4 führt, die miteinander verschweißt werden sollen, ist so nahe wie möglich unmittelbar vor den Schweißwalzen 6 und demzufolge in enger Nähe zum Schweißkasten 20 nach F i g. 2 angeordnet, der die Schweißwalzen hält.

In dem Schweißkasten 20 nach Fig. 2 ist die Isolierung zwischen der Schweißwalze 6 und der 5>tummplwp|le 30 angeordnet, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist, weil diese beiden Teile sich nicht zueinander bewegen.

Der Bolzen 47, welcher die Schweißwalze 6 mit der Stummelwelle 30 befestigt, ist von der Schweißwalze 6 durch eine Isolierscheibe 70 und eine Isolierhülse 71 in dem Loch 44 isoliert. Die Schweißwalze 6 ist selbst von der Stummelwelle 30 durch eine Isolierkappe 72 isoliert, die über der Nabe 42 angeordnet ist und sich über den Flansch 40 !^r Stummelwelle erstreckt.

Das Isoliermaterial ist aus einem Polyamid oder einem Tetrafluoräthylen ausgewählt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Schweißkasten zum induktiven Hochfrequenzschweißen eines Metallrohres aus nichtmagnetischem elektrisch gutleitendem Werkstoff, z. B, aus Kupfer, mit einem Metallrahmen, mindestens zwei von dem Rahmen einstellbar getragenen Schlitten sowie mindestens jeweils einer drehbaren Welle, die in Jedem der Schlitten gelagert ist, und mit einer an jeder Welle drehfest angeordneten, aus einem nicht magnetischen MetalJ hoher elektrischer Leitfähigkeit bestehenden Schweißrolle, von denen die zu verschweißenden Rohrkanten zusammenpreßbar und miteinander feuerverschweißbar sind, wobei der Schweißkasten innerhalb eines möglichen Kurzschlußstromweges eine elektrische Isoliereinrichtung zwischen zwei sich nicht relativ zueinander bewegenden Metallteilen aufweist dadurch g a -kennzeictiset, daß die Isoliereinrichtung als eine aus einem synthetischen Kunststoff bestehende » Zwischenlage (70, 71, 72) zwischen jeder Schweißrolle (6) und der zugehörigen Welle (30) angeordnet ist
2. 2. Schweißkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Zwischenlage (70, 71, 72) aus einem Polyamid oder einem Tetrafluoräthylen besteht