DE2453579A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzverschweissen von metallteilen - Google Patents

Description

THERMATOOL CORP., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates New York,- 280 Fairfield Avenue, Stamford Connecticut ,06902 (V.St.A.)

Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzverschweißen von Metallteilen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nebst. Vorrichtung zum Schmelzverschweißen mehrerer Mei^alX—'* teile miteinander, die an zu verschweißenden Abschnitten mittels eines hindurchfließenden elektrischen Stromes geschmolzen und anschließend durch Abkühlen verfestigt werden, so daß eine intermetallische Verbindung zwischen den Abschnitten gebildet wird.

Das Schmelzschweißen mittels eines elektrischen Stromes ist bekannt, und gewöhnlich wird dabei nur das Metall, an den sich berührenden Oberflächen der Teile oder an den miteinander zu verschweißenden Punkten der Teile bis zum Schmelzpunkt aufgeheizt. Gemäß US-Patent 2 625 637 und 3 022 407 wird eine Induktionsspule zur Induzierung eines elektrischen Stromes in die Metallteile in der Nähe der zu verschweißenden Oberflächen beschrieben, und solche Ströme fließen auf den

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Wiedereintrittspfaden konzentrisch zu den miteinander zu verbindenden Oberflächen=, Eine andere Art der Schmelzschweißung ist das Punktschweißen, es beruht auf dem Kontaktwiderstand zwischen den Teilen an den zu verschweißenden Punkten, welche die gewünschte begrenzte Schmelzung ergeben« Beim Punktschweißen werden die Teile gewöhnlich zwischen einem Elektrodenpaar zusammengepreßt, und der Strom fließt durch die Teile von einer Elektrode zur anderen. Die Frequenz des Stromes ist gewöhnlich niedrig, beispielsweise 60 Hz, und der Strom fließt geradlinig zwischen den Elektroden. Da sich bei niedrigen Frequenzen der größere Widerstandsanteil am Kontaktpunkt zwischen den Teilen befindet, heizt sich das Metall an den Kontaktpunkten früher bis auf Schmelztemperatur auf als weiter vom Kontaktpunkt und vom Strompfad entfernte Metallbereiche. Das heiße Metall wird dann durch den Elektrodendruck verquetscht, und es entsteht eine Fluß- und Schmiedeschweißung.

Da sich das Verhältnis des Kontaktwiderstandes zum effektiven Metallwiderstand mit der Frequenz des Stromes verringert, bevorzugt man niederfrequente Ströme oder Gleichstrom für die Punktschweißung_β Außerdem wurde das PunktschweiEverfahren gewöhnlich nur dann angewendet, wenn die sich gegenüberliegenden Oberflächenabschnitte der Teile für die Schweißelektroden zugänglich waren.

Eine Abweichung vom herkömmlichen Punktschweißverfahren ist in den US-Patenten 2 13 7 909 und 2 233 526 beschrieben. In dem ersten der beiden Patente wird ein Doppel-= punkt:—" Blind "-Schweißen beschrieben^ bei dem beide Schweißelektroden auf einer Oberfläche der beiden zu verschweißenden Teile angesetzt sind, und außerdem ist die Rede von einer Stromablenkeinrichtung; in dem letzten der beiden Patente wird eine ähnliche Schweißung durchge-

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führt, jedoch mit einer höheren Frequenz und einem speziellen Stromverteilapparat, um den Strom an den. •gewünschten Punkten zu konzentrieren. Die Verfahren aus beiden Patenten sind jedoch davon abhängig, daß ein Kontaktwiderstand zwischen den Teilen besteht, der größer ist als der effektive Widerstand in dem Metall, und. in beiden Patenten wird ein Spezialapparat mit dem Ziel benutzt., den Strom von der «mit den Elektroden in Berührung stehenden Oberflächen zu verdrängen und andererseits die Stromkonzentration an den Kontakt—"Punkten" zwischen den Oberflächen der zu verschweißenden Teile zu erhöhen und um auf diese Weise den Schmelzvorgang an diesen Punkten zu verstärken- Außerdem ist ein erheblicher Elektrodendruck erforderlich, um die gewünschte Schweißung zu erreichen, was wiederum, entsprechende Andruck einrichtungen erfordert, die solchen Drücken gewachsen sind.

Führt man, wie in den HS-Patenten 2 137 909 und 2 233 beschrieben, den Teilen Heizstrom zu und läßt, im Gegensatz zur Lehre dieser Patente, die Stromverteilapparate fort, dann würde die Verwendung eines Heizstromes mit relativ niedriger Frequenz und von einer Größe, die zum Schmelzen eines Abschnittes des zwischen den Elektroden befindlichen oberen Teiles ausreicht, keine Schmelzung erzeugt werden, weil aufgrund des Motoreffektes das geschmolzene Metall aus dem Raum zwischen den Elektroden herausfliegen würde- Außerdem würde das untere Teil zwischen den Elektroden ebenfalls schmelzen und dessen Metall entweder ebenfalls herausfliegen oder herabtropfen und ein Loch zwischen den Elektroden entstehen lassen} gewöhnlich wird das Metall unter den Elektroden schmelzen und dabei die Elektroden beschädigen und/oder sie aufgrund ihres Kontaktwxderstandes mit dem Werkstück an dem oberen Teil hängenbleiben lassen. Erhöht man die Stromfrequenz

und begrenzt den Strom auf eine Größe, die ein Schmelzen nur zwischen den Punkten an den sich berührenden Oberflächen zwischen den Elektroden ergibt, dann zeigt sich in ähnlicher Weise, daß die Frequenz immer noch relativ niedrig ist und eine Kombination aus Stromfrequenz und Stromgröße zu einem Schmelzen an solchen Stellen führt. Andererseits kann man herausfinden, daß man mittels einer etwas höheren Stromfrequenz das Schmelzen an solchen Punkten erreichen kann, wenn der in den Patenten ebenfalls beschriebene Stromablenkapparat benutzt wird, und das Metall der Teile zwischen den Elektroden wird unter solchen Bedingungen nicht geschmolzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein die Nachteile des Standes der Technik vermeidendes Verfahren nebst Vorrichtung zum schnellen Schmelzverschweißen mehrerer Metallteile miteinander zu schaffen.

Erfindungsgemäß ist die Frequenz des elektrischen Stromes so gewählt, daß der Effektivwiderstand des Metalles an der Schweißlinie entlang oder zwischen entgegengesetzten Seiten des Schweißpunktes bzw. der Schweißstelle rr.indestens gleich und vorzugsweise wesentlich größer als der Kontaktwiderstand zwischen den Oberflächen der miteinander zu verschweißenden Teile ist, und daß der Strom zumindest zu Anfang seine maximale Dichte an der Oberfläche des Teils aufweist, welche der den Strom durch die Teile fließenden Einrichtung am nächsten liegt. Diese Einrichtung kann entweder aus Kontaktelektroden oder einer Induktionsspule bestehen, die gemäß nachfolgender Beschreibung angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Stromfrequenz für bestimmte Schweißarten so gewählt, daß die Bezugstiefe in dem Metall der Teile bei Schweißtemperatur im wesentlichen gleich der Tiefe der gewünschten Schweißung

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ist, und falls erwünscht,, können Einrichtungen wie
beispielsweise Näheleiter angewendet werden, um den
Strom an dieser Oberfläche zu konzentrieren. Größe und Zeitdauer des Stromes sind in Relation zur Frequenz
des Stromes und den elektrischen sowie thermischen Eigenschaften der Teile so gewählt, daß das Metall der beiden Teile während der Stromanlegung an den gewünschten
Schweißabschnitt schmilzt, das geschmolzene Metall jedoch an der gewünschten Stelle verbleibt und nach dem
Abkühlen die gewünschte Schweißverbindung schafft. Weil eine Stromfrequenz gewählt wird,_; bei der das Metall einen relativ hohen Effektivwiderstand aufweist, kann die Strom— höhe viel kleiner sein als beim Schmelzen mit niedrigeren Frequenzen, und aus diesem Grunde wird die Tendenz des geschmolzenen Metalles, aufgrund des Motoreffektes von der gewünschten Stelle fortzufliegen, wesentlich reduziert. Durch diese Frequenzwahl wird auch in ähnlicher Weise eine Kontrolle über die Stramtiefe erreicht, und die Stromdauer läßt sich so auswählen, daß beide Teile nicht durchschmelzenf dadurch verhindert man das Herabtropfen geschmolzenen Metalles, und es bleiben keine
Locher wie bei Verwendung niedriger Frequenzen.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nebst Vorrichtung lassen sich mehrere Teile mittels eines quer
über die sich berührenden Oberflächen der Teile und an mindestens einem der Teile entlangfließenden Stromes,
dessen Größe und Dauer ausreicht, um mindestens ein Teil an der Schweißzone durch seine gesamte Dicke hindurch
zu schmelzen, schnell miteinander verschweißen. Ferner besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit _t mehrere Metallteile mittels einer Einrichtung schnell zusammenzuschweißen, welche den Stromfluß nur auf einer Seite von einem der Teile fließen läßt.

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Ferner ist es erfindungsgemäß mit Vorteil möglich, mehrere Metallteile unter Verwendung von an entgegengesetzten Enden des zu schmelzenden Abschnitts angesetzten Elektroden schnell miteinander zu verschweißen und die Länge dieses Abschnittes großer ausfallen zu lassen, als den Abstand zwischen den Elektroden.

Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen der Fachmann weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung entnehmen kann, unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert»■Darin zeigen:

Fig«. I eine perspektivische abgebrochene Darstellung zweier sich im Kantenbereich überlappender Metallplatten oder Bleche, die erfindungsgemäß miteinander verschweißt werden;

Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch eine Linie 2-2 von Fig. I^-;

Fig ο 3 eine Fig. 1 ähnliche Darstellung der fertiggestellten Schweißverbindung;

Fig« 4 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab im Verlauf einer Linie 4-4 von Fig. 3;

Fig_e 5 eine Fig. 1 ähnliche Darstellung, jedoch mit unterschiedlich angesetzten S tromzuführungselek troden;

Fig.» 6 eine weitere Fig_o 1 ähnliche Darstellung, bei der die Stromzuführungselektroden in von Fig. 1 und 5 abweichenden Positionen angesetzt sind|

Fig« 7 einen vergrößerten.Teilschnitt im Verlauf einer Linie 7-7 von Fig. 6|

Fig» 8 eine Seitenansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels, bei dem der Endabschnitt einer Metallplatte' bzw. eines Bleches um den Endabschnitt der anderen Metallplatte bzw. des anderen Bleches, mit dem die Schweißverbindung hergestellt werden soll, herumgeführt ist;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Verschweißung von zwei sich überlappenden Metallplatten oder Blechen in einem kantenfernen Bereich;

Fig. 10 eine schematische perspektivische Darstellung der Verschweißung von drei sich überlappenden Metallplatten oder Blechen;

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung zum Stumpfschweißen von zwei Metallplatten an zwei verschiedenen Stellen mit unterschiedlich angeordneten Kontaktelektroden;

Fig. 12 einen Schnitt durch eine Linie 12-12 von Fig. 11 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 13 eine schematische Darstellung zum Stumpfschweißen von jeweils drei übereinanderliegenden Metallplatten;

Fig. 14 eine perspektivische Darstellung zum

Verschweißen von mit Abkantstegen ver-, sehen.en Metallblechen;

Fig. 15 eine Darstellung der fertigen Schweißverbindung zu Fig. 14;

Fig. 16 eine andere, in Längsrichtung verteilte Anordnung von Schweißkontakten für ■ abgekanteten Bleche von Fig. 14;

Fig. 17 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 14, jedoch mit auf die Schmalseiten der Abkantstege aufgesetzten Elektroden;

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Fig» 18 eine schematische Darstellung zur erfindungsgemäßen Verschweißung eines Zahnkranzes mit einer gestanzten Nabe;

Fig. 19 einen Schnitt im Verlauf einer Linie 19-19 von Fig. 18;

Fig. 20 eine abgebrochene perspektivische Darstellung einer gegenüber Fig. 9 modifizierten Vorrichtung;

Fig. 21 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Ausführung von Fig. 20;

Fig. 22 eine Darstellung abgewandelter Stromzuführkontakte;

Fig. 23 eine Darstellung koaxialer Stromzuführkontakt ;

Fig. 24 einen Querschnitt der Anordnung von Fig. 23;

Fig. 25

und 26 je eine schematische Darstellung von Näheleitern in Verbindung mit Stromzuführkontakten beim Stumpfschweißen bzw. beim Überlapptschweißen;

Fig. 27 eine abgewandelte Vorrichtung zur Erzeugung von zwei Schweißpunkten an zwei Metallplatten;

Fig. 28 eine Darstellung zur Verschweißung eines Bolzens mit einem Metallblech;

Fig. 29 eine Seitenansicht zum Stumpfschweißen zweier Metallplatten in T-Form aufeinander;

Fig. 30 eine perspektivische Darstellung der fertigen Schweißverbindung von Fig. 29;

Fig. 31 eine Darstellung eines anderen T-förmigen Schweißerzeugnisses;

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Fig. 32 eine weitere Darstellung eines T-artigen Schweißer Zeugnis s es ;;

Fig. 3 3 eine perspektivische Darstellung zweier unter 90 erfindungsgemäß miteinander ver s chw ei ß t er Me t a 11 ρ 1 a 11 en;;

Fig. 34 jeweils einen Schnitt durch eine Platte, und 35 die mit einem Bolzen verschweißt wird;

Fig. 36 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Verschweißen eines Rohres mit einer Metallplatte;

Fig. 3 7 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung einer länglichen Schweißverbindung zwischen vorbeibewegten und sich überlappenden Metallplatten;

Fig. 38 eine andere Vorrichtung zur Erzeugung einer länglichen Schweißverbindung zwischen zwei Metallplatten, welche gegenüber den Stromzuführelektroden vorbeibewegt werden;

Fig. 39 einen Querschnitt durch die Anordnung von Fig. 38;

Fig. 40 eine perspektivische schematische Darstellung mit einem Magnetkern zur Konzentration des Stromes in den zu verschweißenden Teilen;

Fig. 41 einen Schnitt durch die Anordnung von Fig. 4Q; ·

Fig. 42 eine schematische Darstellung zur Anwendung einer Induktionsspule zur erfindungsgemäßen Zuführung des Heizstromes;

Fig. 43 einen Schnitt durch die Anordnung von Fig. 42;

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FIg. 44 einen Schnitt durch eine gegenüber Fig. 42 abgewandelte Anordnung, und

Fig. 45 einen weiteren Schnitt durch eine

gegenüber Fig. 42 abgewandelte Vorrichtung .

Zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst einige Vorbemerkungen zur Metallbeheizung durch elektrische Strome. Die entwickelte Wärme ist proportional dem Quadrat des Stromes multipliziert mit dem Effektivwiderstand des Pfades, durch den der Strom fließt. Der effektive Strompfad hängt ab vom SkIn-Effekt, d.h. der erhöhten Dichte an der Oberfläche des Teiles, dem Näherungseffekt, d.h. der Stromtendenz, in dem Teil so nahe wie möglich an dem Leiter einer Induktionsspule oder an einem einen entgegengesetzten Strom führenden Näheleiter zu fließen, und von der Referenztiefe, das ist die äquivalente Tiefe, bis zu der gleichmäßige Stromverteilung angenommen wird, definiert durch die Formel

d [mm J = 3160 »/"jT ^Γ . 25

Hierin ist ρ der spezifische Widerstand des Metalles In Ohm mal Inch, μ die relative magnetische Permeabilität, und f die Frequenz in Hertz. Hierzu ist zu bemerken, daß die Referenztiefe mit der Frequenz abnimmt, und das bedeutet wiederum,daß der Effektivwiderstand sich mit der Frequenz erhöht. Da die Referenztiefe also von der Permeabilität abhängig ist_? und da magnetische Materialien wie Stahl ihre magnetischen Eigenschaften bei einer bestimmten Temperatur (Curie-Punkt) verlieren, steht also fest_s daß die Referenztlefe für solche Materialien progressiv größer wird, wenn diese beheizt werden.

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Die nach vorstehender Formel berechnete Referenztiefe wird manchmal auch als die Tiefe bezeichnet, in der 86 % der Wärme entwickelt werden. Typische Referenztiefen gibt die nachfolgende Tabelle für verschiedene Metalle bei 21 C in mm an:

Frequenz - (kHz)

Material 0,06 3_ _10 100 400

Stahl* 1,025 0,165 0,05 0,015 0,0075

Aluminium 10,75 2,75 0,825 0,25 0,125

Messing 16 3,75 1,25 0,4 0,2

Kupfer 8,4 2,125 0,65 0,2 0,125

»Unterhalb Curie-Punkt

Für nicht metallische Stähle oder magnetische Stähle oberhalb des Curie-Punktes erhält man einen Näherungswert durch Multiplizieren mit 100.

Die Breite des Strompfades in dem Metallteil laßt sich ferner beeinflussen durch die Verwendung von Magnetstücken an den Seiten des Strompfades und durch Form und Abstand eines Näheleiters, welcher einen entgegengesetzt fließenden Strom führt. Bei hohen Frequenzen wird der Weg des Hauptstromanteils mehr durch die Reaktanz in dem Pfad und weniger durch dessen Widerstand bestimmt, und deshalb ist es möglich, daß der Hauptanteil des Stromes nicht dem kürzesten Weg zwischen zwei Elektroden folgt.

Wie erwähnt, nimmt der Kontaktwiderstand mit steigender Stromfrequenz ab, und bei Anwendung von hohen Frequenzen kann man relativ kleine Kontakte und Kontaktdrücke an-

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wenden im Vergleich zu niedrigen Frequenzen. Außerdem tritt bei hohen Frequenzen eine geringere Beheizung an den Kontaktpunkten auf, und während man bei Anwendung niedriger Frequenzen die sich berührenden Oberflächen der Elektroden und der zu verschweißenden Teile relativ sauber halten muß, ist dieser Sauberkeitsgrad bei hohen Frequenzen nicht notwendig. Die Oberfl i-hen der Teile können mit Zunder besetzt sein.

Natürlich wird aufgrund der thermischen Leitfähigkeit der Metalle Wärme auf außerhalb des Strompfades 1iegende Bereiche übertragen, aber wenn man das Metall in dem Strompfad schnell auf eine hohe Temperatur aufheizt und dann den Stromfluß unterbricht, dann läßt sich diese übertragene Temperatur im Gegensatz zu dem stromführenden Metall niedrig halten.

Aus all diesen Gründen ist der Stromflußpfad und seine effektiven Abmessungen, die Aufheizung sowie die erreichte Temperatur und die örtliche Begrenzung der Beheizung von vielen Faktoren abhängig, zu denen die An- oder Abwesenheit eines Näheleiters, die Positionierung der Induktionsspule oder der Stromzufuhrelektroden gegenüber den zu beheizenden Teilen, die Stromflußdauer, die elektrischen und thermischen Eigenschaften des Metalls, die Konfiguration der beheizten Teile, die Ab- oder Anwesenheit von magnetischen Materialien in der Nähe des Strompfades und dergleichen gehören. Erfindungsgemäß werden solche Mittel benutzt, mit denen sich die Beheizung der miteinander zu verschweißenden Teile lokalisieren und steuern läßt, und mit denen sich Abschnitte dieser Teile schmelzen lassen, ohne die Temperatur in dicht benachbarten Metallabschnitten bis auf Schmelztemperatur anzuheben.

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In der se hem a tischen Darstellung von Pig. 1 werden die sich überlappenden Kantenabschnitte zweier Bleche oder Platten 10 und 11 aus Metall miteinander verschweißt,, an denen man je eine erste und zweite Oberfläche 12 und bzw« erste und zweite Oberfläche 14 und 15 unterscheidet« Ein Abschnitt der ersten Oberfläche 12 berührt einen Abschnitt der ersten Oberfläche 14 der Platte 11 unter Bildung von kontaktgebenden Oberflächenabschnitten 16 zwischen ihnen* Die sich überlappenden Plattenabechnitte ruhen auf einer Unterlage 17, beispielsweise in Form, eines Kupferblockes, der durch Wasser gekühlt sein kann.,

Der Stromübertragung dienen zwei Kontakte 18, 19, von denen der Kontakt 18 eine erste; Flache auf der zweiten Oberfläche 13: der Platte 10 und der andere Kontakt 19 eine zweite Fläche auf der ersten Oberfläche 14 der Platte 11 berührt. Die Kante 20 der Platte 10 liegt zwischen den beiden Kontakten 18 und 19. Beide Kontakte 18 und 19 sind rein schematisch dargestellt und können im Gegensatz zur Zeichnung einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, beispielsweise kreisförmig,, quadratisch ader dergleichen gestaltet sein. In den verschiedenen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Kontakte gewöhnlich auf konventionelle,, nicht dargestellte Weise mit Wasser gekühlt und bestehen aus einem gut leitfähigen Metall wie Kupfer. Außerdem können ihre kontaktgebenden Oberflächen aus einem unterschiedlichen Metall, welches einen guten Verschleißwiderstand besitzt, hergestellt sein.

Eine an die Kontakte 18 und 19 angeschlossene Stromquelle 21 liefert bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und bei anderen Ausführungsbeispielen einen Strom mit einer solchen Frequenz, die bewirkt, daß der Effektivwiderstand

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des zwischen den Kontakten 18 und 19 befindlichen Metalls und damit des zwischen ihnen liegenden Strompfades mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen den kontakt— gebenden Oberflächenabschnitten 16 ist. Selbstverständlich wird weder der Effektivwiderstand noch der Kontaktw/id erstand wirklich gemessen. Den £ff ek't tvwidierstand kann der Fachmann auf bekannte Weise annähernd errechnen, aber der Kontakt— widerstand ist variabel und hängt von vielen Faktoren wie dem Kontaktdruck,; den Oberflächeneigenschaften, den Materialien, der Frequenz/ und dergleichen, ab. Die hier benutzte Formulierung "Effektivwiderstand ist mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen den Teilen" soll lediglich aussagen, daß nach dem Anlegen des Heizstromes an das Teil sich in einem Abstand von dem oder den Kontakt— punkten zwischen-den Teilen und im Strompfad befindliche Metallbereiche durch diesen Strom mindestens genauso schnell aufgeheizt werden, wie das Metall an diesem oder diesen Kontaktpunkten, so daß diese Bereiche die Schmelztemperatur zumindest genauso schnell erreichen, wie das Metall an dem oder den Kontaktpunkten«

Ferner wird die Frequenz des von der Stromquelle 21 abgegebenen Stromes vorzugsweise so gewählt, daß in dem Metall der Platten 10 und.11 eine Referenztiefe entsteht, die kleiner ist als die Metalldicke zwischen den ersten und zweiten Oberflächen der Bleche oder Platten 10 und 11. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist die Frequenz und damit die Referenztiefe vorzugsweise so gewählt, daß der Strom zumindest anfangs auf eine den Oberflächen der Platten 10 und 11 nahegelegene Zone begrenzt wird, die in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien 22 angedeutet ist. Handelt es sich beim den Platten 10 und 11 um magnetischen Stahl, dann erhöht sich die Referenztiefe, wenn das Metall in dem Strompfad eine Temperatur erreicht,

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die mindestens gleich' der Curie-Punkt-Temperatur ist.

Selbstverständlich muß die Frequenz des Stromes auch so gewählt werden, daß die Stromgröße nicht nur klein genug ist, um ein Herausdrängen des geschmolzenen Metalles zu verhindern, sondern auch groß genug ist , um das gewünschte Metall innerhalb der Stromzuführzeit zu schmelzen, ohne daß anderes Metall wie beispielsweise unterhalb der Kontakte 18 und 19 schmilzt, oder beide Platten 10 und 11 zwischen den Kontakten 18 und 19 durchgeschmolzen werden. Bezüglich der letzteren Begrenzung ist zu sagen, daß ein Strom mit einer Referenztiefe in dem Metall der Platten 10 und 11, die gleich oder größer der Dicke der dünneren der beiden Platten ist, das Metall zwischen den Kontakten 18 und 19 zum Schmelzen bringt, aber auch zum Durchschmelzen der'Metall durch beide Platten tendiert, und zwar innerhalb der Zeit, die zur Durchführung der gewünschten Schmelzung erforderlich ist. In einigen Fällen kann dies zulässig sein, wenn man nachfolgend beschriebene Einrichtungen unterhalb der Platte 11 anwendet, welche das Austropfen des geschmolzenen Metalles unter Schwerkraft— einfluß verhindern. Ist jedoch die Referenztiefe des Stromes zu klein, dann kann die zum Durchschmelzen der Plattendicke von Platte 10 erforderliche Zeit so groß sein, daß die Hitze durch Wärmeleitung außerhalb der gewünschten Zone verbreitet wird und dort das Metall außerhalb der gewünschten Schweißzone schmilzt. Dazwischenliegende Referenztiefen vermeiden jedoch solche Probleme, weil der Strom hauptsächlich auf die gewünschte Zone •zwischen den Kontakten 18 und 19 begrenzt wird, und das Schmelzen des Metalles bis zur gewünschten Tiefe durch Wärmeleitung wird durchgeführt, bevor das Metall außerhalb der gewünschten Zone schmilzt, und damit vermeidet' man auch das vollständige Durchschmelzen der Platten 10 und 11.

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Bei nach vorstehender Beschreibung richtig eingestelltem Strom fließt dieser gemäß Fig. 1 und 2 vom Kontakt 18 zum Kontakt 19 und dabei nahe den Oberflächen der Platten 10 und 11, die den Kontakten 18>und 19 am nächsten liegen, und Stromgröße und -dauer so gemessen sind, daß das Metall der Platten 10 und 11 zwischen den Kontakten 18 und 19 schmilzt, ohne das Metall unterhalb der Kontakte 18 und zu schmelzen, und ohne ein Heraustreiben des geschmolzenen Metalles durch Motoreffekt zu bewirken, dann erzielt man eine Schweißverbindung gemäß Fig. 3 und 4, nachdem das geschmolzene Metall abgekühlt ist. Die Abkühlung der Metallschmelze und deren Verfestigung wird entweder nur durch Unterbrechung des Stromes, durch Reduzierung der Stromgröße unterhalb des zum Metallschmelzen erforderlichen Wertes', und/oder durch verstärkte Kühlung erzielt, beispielsweise durch Richten eines Luft-oder Wasserstromes auf das geschmolzene Metall.

In Fig. 3 und 4 sind die Platten 10 und 11 mittels aus denselben unter Einwirkung des über die Kontakte 18 und zugeführten Stromes herausgeschmolzenen Metalles 23 miteinander verbunden. Man beachte, daß das geschmolzene Metall 23 sich zwischen den Kontakten 18 und 19 befindet und zu beiden Platten gehört. Man beachte aber auch, daß das Metall im Kontaktbereich zwischen den Kontakten 18 und 19 und zwischen den Platten 10 und 11, und ferner das auf den dem jeweils anderen Kontakt abgewendeten Seiten der Kontakte 18 und 19 liegende Metall nicht geschmolzen ist.

Wie schon gesagt, ist die Ausdehnung des Schmelzbereiches im Metall von verschiedenen Faktoren abhängig, zu denen die Frequenz, Dauer und Größe des Heizstromes gehören. Natürlich hängt die Ausdehnung des Schmelzbereiches auch

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von den Metalleigenschaften der Platten 10 und 11 und von deren Abmessungen ab, und deshalb muß man die besten Bedingungen zur Herstellung einer gewünschten Schmelzverbindung empirisch ermitteln» Nachfolgend werden jedoch einige optimale Schweißbedinqungen anhand verschiedener Ausführungsbeispiel e beschrieben»

Fig. 5 weicht insofern von Fig. 1 ab, als hier der Heizstrompfad zwischen den Kontakten 18 und 19 die Kante 20 der Platte 10 nicht unter einem Winkel von 90°, sondern einem anderen Winkel schneidet. Dies ist aber auch der einzige Unterschied, sonst wird die Schmelzschweißung zwischen den Platten 10 und 11 in gleicher Weise wie zuvor in Verbindung mit Fig. 1 bis 4 beschrieben ausgeführt.

Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der Erfindung berührte der eine Kontakt die eine Oberfläche des einen Metallteils und der andere Oberfläche des anderen Metallteils, also gemäß Fig» 2 berührte Kontakt 18 die Oberfläche 13 von Platte 10 und der Kontakt 19 die Oberfläche 14 von Platte 11. Somib fließt d-er Strom quer zu den an den Kontaktpunkten sich berührenden Oberflächen, quer zur Ebene der kontaktgebenden Oberflächenabschnitte 16, und andererseits im wesentlichen parallel zu den kontaktgebend berührten Oberflächen. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für solche Fälle, wo beide Kontakte die gleiche Oberfläche des einen Metall teils berühren, aber in einem solchen Falle ist vorzugsweise die Referenztiefe mindestens gleich der Dicke des kontaktgebend berührten Metallteils und kleiner als die kombinierte Dicke der Teile.

Gemäß Fig. 6 und 7 berühren die Kontakte 18 und 19 die

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zweite Oberfläche der Platte 10 oberhalb der kontakt-.gebenden Oberflächenabschnitte 16, und bei richtiger Wahl der Frequenz, Größe und Dauer des Stromes werden die Platten 10 und 11 durch das zwischen den Kontakten 18 und 19 befindliche Metall 23 verschweißt. Der in Fig. 7 durch unterbrochene Linien angedeutete Strompfad 24 verläuft zwischen den Kontakten 18 und 19 im wesentlichen parallel zur Oberfläche 13 und quer zu der Oberfläche 13 und der Ebene der kontaktgebenden Oberflächenabschnitte 16 zwischen den Kontakten 18 und 19. Im Gegensatz zu den zuvor erwähnten Punktschweißmethoden erfolgt hier das Schmelzen an der Oberfläche 13 vor dem Schmelzen an den kontaktgebenden Oberflächenabschnitten 16, und der Schmelzvorgang schreitet mit der Zeit nach unten fort. Somit läßt sich die¹ Schmelztiefe durch entsprechendes Einstellen der Dauer und Frequenz des Stromes steuern, aber Frequenz und Größe des Stromes müssen so gewählt werden, daß ein Effektivwiderstand im Metall der Platte 10 erzielt wird, der mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen den Oberflächenabschnitten 16 ist, damit eine Stromgröße eingestellt wird, die nicht zur Herausdrängung des gesamten geschmolzenen Metalles führt und nur ein Schmelzen in der gewünschten Zone gewährleistet. Bei magnetischem Stahl ist die ursprüngliche Referenztiefe gewöhnlich kleiner als die Dicke der Platte 10, aber vorzugsweise ist die End-Referenztiefe mindestens gleich der Dicke der Platte 10_s aber kleiner als die kombinierte Dicke der Platten 10 und 11 zusammen»

Das zuvor in Verbindung mit Fig„ 6 und 7 beschriebene Verfahren eignet sich besonders für solche Anwendungs- fälle, νιο man beim Verschweißen eines Bleches mit einem anderen Element Schweißmarken auf der sichtbaren Ober-

fläche des Bleches vermeiden möchte. Beispielsweise bei. der Herstellung von KFZ-Türen ist es üblich, ein Außenhautblech mit einem anderen Blech oder Element zu verschweißen. Fig. 8 zeigt ein solches Außenhautblech 25 mit einem umgelegten Falzabschnitt 27, welcher mit dem Ende eines anderen Elementes 26 verschweißt werden soll. Von den beiden hintereinanderliegenden Schweißkontakten ist nur der eine Kontakt 18a in Fig. 8 dargestellt, der andere Kontakt liegt (ähnlich Fig. in einem Abstand dahinter. Die Schweißverbindung erfolgt zwischen dem Falzabschnitt 27 und dem Element 26, und das Außenhautblech 25 bleibt frei von Schweißmarken.

Bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 6 bis 8 überlappten sich die Bleche nur im Bereich ihrer Kanten, die hier beschriebenen Verfahren eignen sich jedoch ebenso -gut für Platten bzw. Bleche 10 und 11, die sich in weit größerem Maße überlappen, und die Kontakte und 19 sind auf dem Blech bzw. der Platte 10 um ein Stück voneinander entfernt, welches kleiner ist als deren jeweiliger Abstand vom Blechrand. Die Bleche oder Platten 10 und 11 können sich gemäß Fig. 9 fast oder vollständig überlappen. Die Lage .der Kontakte und 19 auf der oberen Platte 10 ist beliebig, und die Herstellung der Schweißverbindung erfolgt wie bei Fig. und 7.

Erfindungsgemäß lassen sich jedoch auch mehr als ein Blech- bzw. Platten-Paar zusammenschweißen. So ist beispielsweise in Fig. 10 das Blech 10 durch ein weiteres Metallblech 28 überdeckt und die Herstellung einer alle drei Bleche verbindenden Schweißverbindung erfolgt wie in den Figuren 1 bis 3.

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Erfindungsgemäß können gemäß Fig. 11 auch zwei Bleche

10 und 11 zusammengeschweißt werden, deren Seitenkanten 29 stumpf gegeneinandertoßen» Bei der Anordnung von Fig. 11 liegen die Kontakte 18 entweder zu beiden Seiten der zusammenstoßenden Seitenkanten 29, oder sie sind so angeordnet, daß sie die sich berührenden Oberflächen überbrücken; die letztere der beiden Anordnungen hat den Vorteil, daß eine gute Passung zwischen den Seitenkanten nicht erforderlich ist. Natürlich wird wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Frequenz so gewählt, daß der Effektivwiderstand des zwischen den Kontakten 18 und Vj befindlichen Metalls mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen den sich berührenden Seitenkanten 29 ist, und vorzugsweise wird die Frequenz noch so gewählt, daß die Referenztiefe des Stromes in dem Metall der Bleche 10 und 11 kleiner als die Dicke dieser Bleche ist. Verwendet man jedoch Vorrichtungen zum Festhalten des geschmolzenen Metalles, dann kann die Referenztiefe des Stromes mindestens gleich der Dicke der Bleche 10 und 11 gewählt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 12 befinden sich die beiden Kontakte 18 und 19 auf gegenüberliegenden Seiten der stumpf zusammenstoßenden Seitenkanten 29, und der Strom beschränkt sich im wesentlichen auf den mit unterbrochenen Linien angedeuteten Strompfad 30, wenn die Referenztiefe kleiner als die Dicke der Bleche 10 und

11 ist. Die Schweißtiefe wird normalerweise mindestens gleich der Referenztiefe sein, und sie kann sich auf Wunsch über die Gesamttiefe der Bleche 10 und 11 erstrecken, wenn man den Heizstrom langer fließen läßt, als zum Erschmelzen des Metalles bis zur Referenztiefe notwendig ist. Um ein Heraustropfen geschmolzenen Metalles zwischen den Kontakten 18 und 19 zu vermeiden, wenn die

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Referenztiefe des Stromes etwa gleich der Dicke der Bleche 10 und 11 gewählt wurde, oder wenn man den Strom solange fließen läßt, daß er das Metall tiefer als bis zur Referenztiefe schmelzen läßt, dann kann man die zu schmelzenden Bereiche der Bleche 10 und 11 mit einer Stützplatte 31 aus einem hoch teraperaturfesten Isoliermaterial wie beispielsweise. Siliziumnitrit unterlegen, welche die unteren Oberflächen der beiden Bleche 10 und 11 berührt.

Mit Hilfe der in Verbindung mit Fig. 11 und 12 beschriebenen Schweißverfahren kann man gleichzeitig mehr als zwei Metallbleche stumpf zusammenschweißen. Das sieht dann aus wie in Fig. 13, wo weitere Metallbleche 3 2 bis 35 mit ihren Seitenkanten stumpf zusammenstoßend auf die Bleche 10 und 11 aufgelegt worden sind, um mit analog zu Fig. angesetzten Kontakten 18 und 19 simultan zusammengeschweißt zu werden. Die dabei für den Strom gewählte Referenztiefe ist dabei mindestens gleich der kombinierten Dicke der zwei obersten Bleche 32, 33 oder.34, 35, so daß ein Schmelzen des Metalles in relativ kurzer Zeit und ohne Aufheizen des Metalles außerhalb des gewünschten Schmelzbereiches beim Anlegen des Heizstromes erzielt wird.

Gemäß Fig. 14 werden erfindungsgemäß zwei Metallelemente 42 und 43 mit ihren unter je 90 abgewinkelten Abkantungen 40 bzw. 41 zusammengeschweißt. Dabei berühren sich jeweils die ersten Oberflächen der Abkantungen 40 und 41, während zwei Kontakte 18d und 19b an, ihren zweiten Oberflächen 44 bzw. 45 angesetzt sind. Die Seitenkanten 46 bzw. 47 der beiden Abkantungen 40 und 41 blicken in die gleiche Richtung.

Als Kontakte 18b und 19b könnte man zwar auch die zuvor

benutzten Kontakte 18 und 19 benutzen, aus später erläuterten Gründen ist es jedoch von Vorteil, wenn diese je einen Kontaktabschnitt 48 bzw. 49 und einen Näheleiterabschnitt 50 bzw. 51 besitzen.

Wie bei allen anderen Ausführungen der Erfindung liegt der Effektivwiderstand des Metalles der Abkantungen 40 und 41 zwischen den Kontaktabschnitten 48 und 49 auf einem Wert, der mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen den kontaktgebenden Oberflächen 52 ist, und vorzugsweise liefert die Stromquelle 21 den Heizstrom mit einer Frequenz, welche an den Abkantungen 40 und 41 eine Referenztiefe bildet, _t die kleiner als deren Dicke ist. Wegen der vorhandenen Näheleiterabschnitte 50 und 51 fließt d^ver größte Teil des Hochfrequenzstromes jedoch in der Nähe der Oberflächen der Abkantungen, einschließlich deren Seitenkanten 46 und 47, auch wenn die Referenztiefe gleich oder größer als die Dicke der Abkantungen 40 und 41 ist. Setze man also Näheleiterabschnitte 50 und 51 ein, dann braucht die Referenztiefe nicht kleiner als die Dicke jeder Abkantung 40 und 41 zu sein.

Ist die Referenztiefe des Stromes kleiner als die Einzeldicke jeder Abkantung 40, 41, und fehlen die Näheleiterabschnitte 50 und 51 der Kontakte 18b und 19b, dann fließt der Strom von dem einen Kontaktabschnitt 48 zum anderen Abschnitt 49 und umgekehrt mehr entlang der Oberflächen der Abkantungen 40, 41 und weniger auf dem kürzesten Weg zwischen den beiden Kontaktabschnitten 48, 49, und deshalb schmelzen auch die Abkantungen an ihren Oberflächen eher als in größerer Tiefe. Den ähnlichen Effekt erzielt man bei Benutzung der Näheleiterabschnitt 50 und 51.

Fig. 15 zeigt die mittels der Vorrichtung von Fig. 14 hergestellte Schweißstelle 23, und die Tiefe des Schweißmetalls 23 ist nach zuvor Gesagtem von der Referenztiefe, Größe und Dauer des angelegten Stromes abhängig.

Soll abweichend von Fig. 14 und 15 eine langgestreckte Schweißverbindung zwischen den Abkantungen 40,41, erzielt werden, dann benutzt man die Schweißvorrichtung von Fig. 16, deren Kontaktabschnitte 18c und 19c je einen mit jeder der beiden entgegengesetzt liegenden Oberflächen 44, 45 der Abkantungen 40, 41 in Verbindung stehende Kontaktabschnitte aufweisen und die an je eine Klemme der Stromquelle 21 angeschlossen sind. Sobald die Stromquelle einen Strom liefert, fließt er in Längsrichtung der Abkantungen 40, 41 und läßt diese zwischen den beiden Kontakte 18c und 19c schmelzen, so daß nach dem Abkühlen eine Schweißverbindung entsteht. Bei der Ausführung von Fig. 16 braucht die Referenztiefe des Stromes nicht unbedingt kleiner als die Dicke der einzelnen Abkantungen 40 und 41 zu sein, vielmehr wird die Referenztiefe hauptsächlich durch die Tiefe der gewünschten Schweißverbindung bestimmt, wie in Verbindung mit Fig. 11 und 12 bereits beschrieben ist-. Vorzugsweise ist jedoch die Referenztiefe des' Stromes in den Abkantungen .40 und 41 gemäß Fig. 16 kleiner als die Höhe der Seitenkanten 46 und 47 oberhalb der Oberflächen der horizontal verlaufenden Abschnitte der Metallelemente 42 und 43. Als Hilfe zur Eingrenzung des geschmolzenen Metalls dienen seitliche Stützplatten 31a und 31b aus einem hoch-temperaturfesten Isoliermaterial, ähnlich wie Stützplatte 31 von Fig. 12.

Ähnlich wird gemäß Fig. 17 vorgegangen, wo die Kontakte

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und 19 direkt auf die Seitenkanten 46 und 47 der Abkantungen 40 und 41 aufgesetzt sind, und wenn ein Strom gemäß der Beschreibung zu Fig» 16 angelegt wird, entsteht eine Schweißverbindung 23 zwischen den Kontakten 18 und 19. Die Gesichtspunkte für die Wahl von Frequenz, Größe und Dauer des Heizstromes sind im wesentlichen die gleichen wie für das vorausgehende Ausführungsbeispiel von Fig. 16.

Fig, 18 und 19 betreffen das Verschweißen eines Kragens 54 einer gestanzten Metallnabe 53 mit einem Zahnkranz 55, alles abgebrochen dargestellte Eine Oberfläche des Kragens 54 liegt mit Kontakt an einer Innenoberfläche 56 des Zahnkranzes 55 an_s und die Kontakte 18 und 19 liegen an der oberen Seitenfläche des Zahnkranzes 55 in der Nähe der kontaktgebenden Oberflächen an» Die Schweißung kann analog zur Beschreibung von Fig» 17 durchgeführt werden.

Um den Abfluß von geschmolzenem Metall zwischen den beiden Kontakten 18 und 19 zu verhindern, liegt nahe dem Kragen 54 ein hoch-temperaturfester Isolierblock 57 an, der beispielsweise aus Keramik, Siliziumnitrit, Transit oder dergleichen hergestellt ist«. Während des Aufheizvorganges im Metall auf Schmelztemperatur hält der Isolierblock 54 das geschmolzene Metall zwischen den Kontakten 18 und 19 fest, und sobald nach dem Abschalten des Stromes das geschmolzene Metall abgekühlt wurde, liegt eine Schweißverbindung 23 zwischen dem Kragen 54 und dem Zahnkranz 55 vor» Nach dem Festwerden des Metalles wird der Isolierblock entfernt.

Das in den Figuren 20 und 21 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt insbesondere insofern eine Abwandlung gegenüber Fig,, 9 dar, als hier eine Platte bzw. ein Block 58

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aus hoch-temperaturfestem Isoliermaterial wie Siliziumnitrit zwischen den veränderten Kontakten 18d'iund 19d eingesetzt ist. Wie bereits erwähnt, tendiert das geschmolzene Metall zur Verdrängung zwischen den Strom zuführenden Kontakten aufgrund des Motoreffektes, und diese Verdrängung des Metalles läßt sich auch bei relativ starken Strömen auf ein Minimum reduzieren, wenn man den zu verschweißenden Metallabschnitt durch den Block '58 aus Isoliermaterial abdeckt.

Die Kontakte 18d und 19d unterscheiden sich von denen in Fig. 9 insofern, als sie Näheleiterabschnitte 59 und 60 besitzen, die den von Fig. 14 (50, 51) ähnlich sind. Sie dienen der Sturmkonzentrierung auf dem sich direkt zwischen Kontaktabschnitten 61 und 62 der Kontakte 18d und 19d erstreckenden Strompfad ο Die Kontaktabschnitte 61 und 62 können aus einem hoch-verschleißfesten und hoch-temperaturfesten Material hergestellt sein.

Wie mehrfach erwähnt, können die Kontakte verschiedene Abmessungen und Querschnitte aufweisen, und gewöhnlich bestehen sie aus einem hoch-leitfähigen Metall wie Kupfer, möglicherweise mit Ausnahme ihrer Kontaktflächen, und gewöhnlich werden sie intern mit Wasser gekühlt. In Fig. 22 dargestellte modifizierte Konta.kte 18e und 19e sind zwar wassergekühlt, haben jedoch je einen Schlitz 65 bzw. 66 auf der jeweils dem zu schmelzenden Metall abgekehrten Seite, durch die Wasser aus den kontakten 18e und 19e heraur. und auf das Blech 10 fließen kann. Das durch Kaiale 67 und 68 in Richtung von Pfeilen 69 und 70 zugeführte Wasser berührt nicht nur die Oberflächen des Bleches 10 an den unteren Enden der Kanäle 67, 68 sondern fließt auch noch durch die Schlitze 65 und 66 in Richtung der Pfeile 71 und 72 nach

außen. Dieser Wasserstrom hilft nicht nur das Schmelzen des Metalles unterhalb der Kontakte 18e und 19e verhindern, sondern hält zusätzlich die Temperatur des Metalles außerhalb der gewünschten Schweißzone relativ niedrig. Das Wasser fließt nicht in die Schmelzzone selbst, und die Kontakte haben immer annähernd gleiche Kühlbedingungen.

Mit Hilfe zweier Koaxial-Kontakte I8f und 19f erzeugt man zwischen denselben gemäß Fig« 23 und 24 eine ringförmige Schweißverbindung 23„ Dabei ist vorzugsweise mindestens der innere Kontakt 18f mittels eines Zentralkanals 73 wassergekühlt, da seine Kontaktfläche mit dem Blech 10 eine wesentlich höhere Stromkonzentration aufweist, als die ringförmige Kontaktfläche des äußeren Kontaktes 19f.

Sollen die Abmessungen der Schweißzone größer gestaltet werden als der sich direkt von einem Kontakt zum anderen erstreckende Strompfad, dann muß der Heizstrom von der Stromquelle 21 zu mindestens einem der Kontakte 18 und 19 über einen Näheleiter 74 fließen, wie Fig. 25 und 26 zeigen. Wie der Fachmann seit langem weiß, läßt ein solcher Näheleiter 74 den Strom in dem Metall hauptsächlich einem Pfad folgen, welcher den Abmessungen des Näheleiters nahe folgt.

Gemäß Fig. 25 verbindet der Näheleiter 74 die Stromquelle 21 mit dem Kontakt 19 und besitzt einen ersten Abschnitt 75, welcher den kontaktgebenden Seitenkanten 29 naheliegt, und außerdem einen zweiten Abschnitt 76, der ebenfalls in der Nähe der kontaktgebenden Oberflächen 29 verläuft und schließlich auf der Oberseite des Bleches 11 endet. Statt den kürzesten Weg zwischen den Kontakten 18 und 19 zu nehmen, fließt der Strom in dem Metall bei

dem Ausführungsbeispiel von Fig. 25 hauptsächlich auf einem unmittelbar unterhalb in der Nähe des Näheleiters 74 verlaufenden Pfad und heizt dabei das Metall im Strompfad und unterhalb des Näheleiters 74 bis auf Schmelztemperatur auf, so daß eine Schmelzschweißung entsteht, deren Länge etwa gleich dem Abstand zwischen Kontakt 18 und dem von diesem entferntesten Stück des Näheleiters 74 ist. Dieser Strompfad ist durch eine unterbrochene Linie 74a angedeutet.

Fig. 26 zeigt den gleichen Näheleiter 74 in Verbindung mit sich an ihren Endabschnitten überlappenden Blechen 10 und 11. In Fig. 26 folgt der Strom einem durch unterbrochene Linien 79 angedeuteten Strompfad unmittelbar unterhalb des Näheleiters 74, und die Länge der zwischen den Blechen 10 und 11 entstehenden Schmelzschweißung entspricht etwa dem Abstand zwischen dem Kontakt 18 und dem von diesem am weitesten entfernten Stück des Näheleiters 74. In beiden Ausführungen von Fig. 25 und 26 kann der zweite Abschnitt 76 des Näheleiters 74 kürzer gestaltet sein, so daß in diesem Falle der Abstand zwischen den Kontakten 18 und 19 größer als dargestellt ist.

Durch gleichzeitige Anwendung des in Verbindung mit den Figuren 6 bis 9 beschriebenen Verfahrens und mit Hilfe von drei an die Hochfrequenz-Stromquelle 21 angeschlossenen Kontakten 18, 19 und 18g kann man zwei Schmelzschweißungen erzeugen. Die beiden äußeren Kontakte 18 und 18g sind etwa gleich weit vom mittleren Kontakt 19 entfernt, welcher an die eine Klemme der Stromquelle 21 angeschlossen ist. Die beiden Außenkontakte 18 und 18g sind dagegen parallel an die andere Klemme der Stromquelle angeschlossen, und die auf diese Weise vom Mittelkontakt 19 nach beiden Seiten

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fließenden Ströme sind im wesentlichen gleich» Macht man die Abstände zwischen dem Mittelkontakt 19 und dem Kontakt 18 bzw. 18g unterschiedlich, dann erzielt man auf bekannte Weise ungleiche Ströme.

Es folgen« einige Anwendungsbeispiele für die Erfindung, bei denen nicht nur einfache Bleche oder Platten verschweißt werden sollen. Gemäß Fig„ 28 soll eine Säule 77 mit einer Platte 78 verschweißt werden? dabei kann die Säule 77 in ein Loch der Platte 78 eingesetzt werden und mit der Oberseite der Platte 78 abschließen« In einem solchen Falle ist die Referenztiefe des Stromes in dem Metall der Platte 78 vorzugsweise kleiner als deren Dicke. Wie bei vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die Frequenz des Stromes auch hier so bemessen, daß der Effektivwiderstand des Metalles zwischen den Kontakten 18 und mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen Säule und Platte 78 ausfallt«, Bei Anlegung des Heizstromes an die Platte 78 gemäß Fig. 28 schmilzt das Metall zwischen den Kontakten 18 und 19, und nach Abkühlung des geschmolzenen Metalls entsteht die Schweißverbindung 23 zwischen Säule 77 und Platte 78«

Es kann aber auch eine Schweißverbindung hergestellt werden, ohne zuvor ein Loch in die Platte 78 einzuarbeiten, in welches die Säule eingesteckt wird. Man kann beispielsweise gemäß Fig. 28 die obere Stirnfläche der Säule 77 gegen die Unterseite der Platte 78 pressen und eine Schmelzschweißverbindung zwischen beiden Elementen dadurch herstellen, daß man der Platte 78 in zuvor beschriebener Weise über die Kontakte 18 und 19 den Heizstrom zuführt» Bei dieser Anordnung ist die Referenztiefe des Stromes in dem Metall der Platte 78 vorzugsweise mindestens gleich der Dicke der Platte, und vorzugs-

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weise sind dabei die Kontakte 18 und 19 um eine Strecke voneinander entfernt, die nicht größer als der Durchmesser der Säule 77 ist.

Gemäß Fig. 29 und 30 wird durch Anschweißen einer hochkant stehenden Metallplatte 80 auf die Hauptoberfläche einer Metallplatte 81 ein T-Träger gebildet. Zu diesem Zwecke wird das zwischen zwei Kontakten 18h und 19h, die mittels zweier Federn 82 und 83 elastisch gegen die Platte 80 bzw. 81 gedrückt werden, bei Anlegen des der Quelle 21 entstammenden Hochfrequenzstromes geschmolzen. Hierbei ist vorzugsweise die Referenztiefe des Stromes in dem Metall der Platten 80 und 81 kleiner als deren Dicke, und nach dem Abkühlen des geschmolzenen Metalles entstehen die in Fig. 30 dargestellten Schweißstellen 23.

Weitere Schweißanwendungen mit anderen·Lagen der Elemente zueinander zeigen die Figuren 31 bis 33. In'Fig. 31 wird ein T-Träger aus den Platten 80 und 81 durch Anwendung des in Verbindung mit den Figuren 6 bis 9 beschriebenen Schweißverfahrens hergestellt. In Fig. 32 ist ein Metallwinkel 84 unter Anwendung des Verfahrens gemäß Fig. 1 bis 4 mit einer Platte 85 verschweißt, und in Fig. 33 ist ebenfalls nach dem Verfahren in Verbindung mit Fig. bis 4 eine Platte 86 rechtwinklig mit einer anderen Platte 87 verschweißt.

Fig. 34 zeigt das Aufschweißen einer zylindrischen Säule 77auf die Platte 78, jedoch anders als gemäß Fig. 28. Vielmehr entspricht hier die Säule 77 dem Mittelkontakt 18f, und ein äußerer Hohlzylinder 90 dem Kontakt 19f von Fig. 23 und 24. Im Gegensatz zum Kontakt 18f ist die Säule 77 jedoch nicht gekühlt, und sie wird

in Richtung eines Pfeiles 91 mittels einer Kraft, welche gegenüber der Andruckkraft für den Kontakt 18f relativ groß ist, nach unten gegen die Platte 78 gedrückt.

Bei der bevorzugten Ausführung ist der Effektivwiderstand des Metalles der Platte IQ zwischen der Säule 77 und dem Zylinder 90 annähernd gleich dem Kontaktwiderstand zwischen dem Ende der Säule 77, welches die Oberfläche der Platte 78 berührt, bei der Frequenz des Stromes. Auch ist die Referenztiefe des Stromes in der Platte 78 kleiner als deren Dicke. Bei Zufuhr eines Stromes an die· Säule 77 und den Hohlzylinder 90 von der Stromquelle 21 schmilzt sowohl das Metall zwischen Säule 77 und Hohlzylinder 90 als auch das Metall am unteren Ende der Säule 77 sowie das Metall der Platte 78 im Säulenbereich, und nach dem Abkühlen des geschmolzenen Metalls wird hier eine Schweißstelle gebildet. Zeit und Dauer des von der Stromquelle 21 zugeführten Heizstromes reicht aus, um mindestens die Oberfläche der Platte 78 anzuschmelzen} dennoch ist es bei Anlegen einer ausreichenden Kraft in Richtung des Pfeiles 91 nicht notwendig, wirklich das untere Ende der Säule 77 zu schmelzen, weil dort eine Aufheizung des Metalles der Säule 77 erfolgt, die zu einer Schmelzschweißverbindung mit der Platte 78 führt. Effektiv entsteht unter den aufgeführten Bedingungen eine kombinierte Schmiede-Schmelzschweißung.

Es sei bemerkt, daß die Stromkonzentration am unteren Ende der Säule 77 größer als an den Kontaktoberflächen zwischen Zylinder 90 und Platte 78 ist. Zur Erhöhung der Stromkonzentration und somit zur Aufheizung des unteren Endes der Säule 77 mag diese an ihrem unteren Ende· so geformt sein, daß eine weitere Erhöhung der Stromdichte erzielt wird. Aus diesem Grunde hat gemäß Fig. 35 die Säule 77a einen Ansatz 92 welcher gegenüber der Platte 78 eine kleine-re Kontaktfläche ergibt als die gesamte Säule 77 von Fig.

Analog zu Fig. 34 wir.d in Fig. 36 ein Metallrohr 93 mit Platte 78 verschweißt, und dieses Metallrohr 93 kann beispielsweise ein Boiler-Rohr sein, und die Platte 78 hat zu diesem Zwecke eine koaxial zur Innenbohrung des Rohres sitzendes Loch 94.

In den Figuren 34 bis 36 war immer nur von einer Säule'77, 77a bzw. einem Rohr 93 und dessen Verschweißung mit der Platte 78 die Rede. Man kann nach Wunsch jedoch auch eine Anzahl solcher Säulen oder Rohre gleichzeitig mit einer Platte 78 verschweißen, indem man sämtliche beteiligten Säulen 77, 77a bzw. Rohre 93 und die zugehörigen Hohlzylinder 90 in Serie mit der Stromquelle 21 verbindet.

Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen blieben die Kontakte während der Zufuhr des Heizstromes gegenüber den zu verschweißenden Metallteilen und dem schmelzenden Metall in dem gewünschten Schweißbezirk stationär. Nach Wunsch kann man auch anstelle einer Einzelschmelzschweißung eine Nahtschweißung herstellen, indem man die Kontakte gegenüber den Metallteilen oder die Metallteile gegenüber den Kontakten bewegt, während man den Heizstrom zuführt. In jedem Falle wird die Anwendungszeit des Heizstromes in jeder vorbestimmten Zone durch die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Kontakten und Teilen gesteuert, und nicht durch Ein- und Ausschalten des Stromes.

Fig. 3 7 zeigt die Herstellung einer Nahtschweißung 23 an den sich überlappenden Kantenabschnitten der Platten oder Bleche 10 und 11, im wesentlichen unter Anwendung des in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Verfahrens, jedoch unter zusätzlicher Relativbewegung zwischen den Kontakten 18 und 19 sowie den Platten 10 und 11 während . der Heizstromzufuhr. Die Kontakte 18 und 19 können beispiels-

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weise stationär sein und sich im Gleitkontakt mit den Platten 10 und 11 befinden, während diese sich in Richtung eines Pfeiles 95 bewegen^ wobei gleichzeitig Strom von der Quelle 21 zugeführt wird. Die Vorschubgeschwindigkeit der Platten 10 und 11 in Richtung des Pfeiles 95 ist so gewählt, daß das geschmolzene Metall kontinuierlich zwischen den Kontakten 18 und 19 erzeugt wird, während sich die Platten 10 und 11 daran vorbeibewegen.

Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel von Fig., 37 als auch bei allen zuvor oder nachher beschriebenen kann der Schmelzzone mittels eines Rohres 96 ein Edelgas und/oder ein Flußmittel zugeführt werden» Ein Edelgas wie beispielsweise Stickstoff trägt zur Reduzierung der Oxidation bei, und ein Flußmittel ist gut für andere bekannte Zwecke.

In den Figuren 38 und 39 wird unter Anwendung des in Verbindung mit den Figuren 6 bis 9 beschriebenen Verfahrens eine Schweißnaht zwischen zwei Platten oder Blechen 10 und 11 erzeugt. Man benutzt hier Rollkontakte 18i und 19i aus einem hoch-leitfähigen Material wie Kupfer, gelagert auf einer isolierenden Welle 98, anstelle von Gleitkontakten. Diese Rollkontakte 18i und 19i werden in Richtung eines Pfeiles 96 relativ zu den Platten 10 und 11 bewegt und rollen dabei auf diesen ab, während der Hochfrequenzstrom auf der Quelle 21 mittels Bürsten 99 und 100'auf die Rollkontakte übertragen wird. Vorzugsweise sind die Rollkontakte 18i und 19i wassergekühlt, und die Platten oder Bleche 10 und 11 können auf einer drehbaren Walze 101 abgestützt sein. Mit Hilfe der Anordnungen von Fig. 37 bis 39 kann man auch eine Serie von in Abständen angeordneten Schmelzschweißungen erzeugten, indem man die Relativbewegung zwischen Kontakten und Metallteilen intermittierend durchführt und die Stromzufuhr besorgt,

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während Kontakte und Teile stationär sind.

Wie schon gesagt, kann man durch zwischen die Stromquelle und einen oder beide Kontakte zwischengeschaltete Näheleiter oder Näheleiterabschnxtte den Strom auf einen gewünschten Pfad konzentrieren. Ferner kann man durch seitlich des Strompfades angeordnete magnetische Materialien die Stromkonzentration noch verstärken. In diesem Sinne zeigt Fig. 40 eine Anordnung, wo sowohl Näheleiter als auch magnetische Elemente sich gegenseitig bei der Konzentration des Stromes auf einen relativ schmalen Pfad zwischen den stromzuführenden Kontakten unterstützen. Die in Fig. 40 dargestellten I8j und 19j entsprechen etwa den Kontakten 18d und 19d von Fig. 20, und sie besitzen Kontaktabschnitte 107 und 108. Zur verstärkten Stromkonzentration befindet sich zwischen den Kontaktabschnitten 107 und 108 ein Magnetelement 109, welches beispielsweise aus einer Ankahl · von Lamellen aus magnetischem Stahl, oder bei relativ hoher Stromfrequenz aus einem magnetischen Keramikmaterial bestehen kann..

Gemäß Fig. 41 besitzt das Magnetelement 109 einen unteren Kanal 110, der das magnetische Material gegenüber dem Strompfad bzw. der Oberseite der Platte 10 in vertikaler Richtung auf Abstand bringt. Die Seitenzonen des Magnetelementes 109 berühren jedoch die Oberseite der Platte auf jeder Seite des gewünschten Strompfades. Durch diese Anordnung wird die Breite des Strompfades unter Vermeidung seitlicher Stromablenkungen in das Metall der Platte reduziert.

In den zuvor beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispielen wird der Strom den zu verschweißenden Teilen

mit Hilfe von Kontakten zugeführt, welche eine oder mehrere Oberflächen der Teile berühren. Nun kann gemäß •Fig. 42 der Strom zum Fluß in eine gewünschte Schweißzone den Teilen auch durch eine relativ kleine Induktionsspule 111 zugeführt werden, die man unter der Bezeichnung "Pfannkuchen"-Spule kennt« Diese wird in einem engen Abstandsverhältnis zur Oberfläche der Platten oder Bleche 10 und 11 geführt und schließt im wesentlichen die Zone ein, wo geschmolzenes Metall produziert werden soll. Die Gesichtspunkte bei der Herstellung einer Schmelzschweißung in Verbindung mit der Induktionsspule 111 anstelle von Kontakten für die Zufuhr des Heizstromes sind im wesentlichen die gleichen wie die für die Kontaktanwendung, und die erzeugte Schweiüung ist in beiden Fällen etwa gleich. Fig. 42 zeigt eine so erzeugte typische Schweißstelle.

Gemäß Fig. 43 ist ein Isolierblock 112 aus einem hochtemperaturfesten Isoliermaterial wie Siliziumnitrit zwischen einer Induktionsspule 111 und den sich überlappenden Oberflächen der Platten 10 und 11 eingeschoben, um den SchmelzmetalIfluß zurückzuhalten und Schmelzmetallverluste durch Motoreffeiet auf ein Minimum zu reduzieren. Ferner kann der Isolierblock 112 als Abstandsstück für die Induktionsspule 111 benutzt werden.

In ähnlicher Weise ist in Fig. 44 eine Isolierplatte 2wischengelegt und ein Magnetkern 114 in die Mitte der Induktionsspule 111 gesetzt, um in bekannter Weise den Betrag des in die Platten 10 und 11 induzierten Stromes zu steigern.

In Fig. 45 wird die Anordnung von Fig. 44 zum Stumpfschweißen zweier Platten oder Bleche 10 und 11 benutzt. Es ist auch möglich , die Isolierplatte 113 dabei analog

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zu Fig. 11 unterhalb der BiechelO und 11 anzuordnen.

Eine bekannte Hochfrequenz-Stromquelle für Schweißzwecke umfaßt einen HF-Oszillator, einen HP-Transformator, Leitungen zwischen Transformator und Oszillator, und Kontakte oder Induktionsspule, und ferner eine Wasserkühleinrichtung zum Kühlen des Transformators, der Leitungen und der Kontakte bzw. Induktionsspule. Die.elektrischen Verluste im Transformator, den Leitungen, Kontakten und dergleichen können 40 bis 50 % der Ausgangsleistung des Oszillators betragen, und so einfach sich die Ausgangsleistung des Oszillators messen läßtj so schwierig ist es, die Leistung in den zu verschweißenden Teilen zu messen. Andererseits läßt sich jedoch durch Veränderung der Oszillator-Ausgangsleistung die Leistung in den zu schweißenden Teilen beeinflussen, denn mit steigender Oszillator- Ausgangsleistung steigt die in den Teilen verbrauchte Leistung und umgekehrt. Der Betrag der zur Herstellung einer gewünschten Schweißung in den Teilen benötigten Leistung ist aus vorher genannten Gründen von vielen Faktoren abhängig. Deshalb ist es ratsam, die für das Zusammenschweißen zweier Metallteile in bestimmter Relation zueinander erforderlichen Optimalbedingungen an Leistung, Frequenz und dergleichen empirisch zu ermitteln. Wir, empfehlen folgende Richtlinien für eine · Annäherung an die am besten geeigneten Bedingungen:

(1) Da sich unabhängig von der Kontaktfläche zwischen den stromzuführenden Kontakten und den Metallteilen der Strom bei hohen Frequenzen auf einen relativ .schmalen Pfad konzentriert, kann die Kontaktfläche relativ klein gehalten werden, -beispielsweise 12,8 12,8 mm für jeden Stromzufuhrkontakt.

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(2) Sofern nicht besondere Einrichtungen wie Näheleiter (sieheFig- 25 und 26) benutzt werden, ist die Größe der Schmelzmetallfläche vorzugsweise nicht größer als etwa 12 8 mm i^m Durchmesser oder 12,8 mm im Quadrat, und die Stromzufuhrkontakte sollten die Metallteile nahe neben der zu schmelzenden Metallzone berühren.

(3) Bei der zuvor beschriebenen Stromzufuhreinrichtung sollte die maximale Ausgangsleistung des Oszillators etwa 100 Kilowatt für eine Schmelzmetallfläche von etwa 6,4 mm im Quadrat betragen, um eine übermässige Verdrängung des geschmolzenen Metalls zu verhindern.

(4) Die Frequenz des Stromes ist so gewählt, daß der Effektivwiderstand für die Metallteile mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen den Teilen ist«

(5) Ferner wird die Frequenz des Stromes für Überlappt- und für Stumpfschweißungen als Funktion der Metalldicke und der gewünschten Schweißtiefe von den Lippen kanten bei Lippenschweißungen gewählt* Für dickere Metalle wird also eine niedrigere Frequenz gewählt.

(6) Für Überlappt-Schweißungen gemäß Fig. 1 und 5 und 10 ist die Referenztiefe vorzugsweise kleiner als die Dicke des dünneren der Metallteile. Sind für Überlapptschweißungen gemäß Fig. 6 bis 9 beide Kontakte auf eine Oberfläche eines Teils aufgesetzt, dann wird die Referenztiefe vorzugsweise mindestens gleich der Dicke des von den Kontakten berührten Teils und kleiner als die kombinierte Dicke der sich überlappenden Metallteile gewählt. Verwendet man jedoch Einrichtungen zum Zurückhalten des geschmolzenen Metalles gemäß Fig. 12

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und 45, um das Heraustropfen von Schmelzmetall aus dem unteren Teil zu verhindern, dann kann die Referenztiefe in einigen Fällen gleich oder etwas größer sein als die kombinierte Dicke der sich überlappenden Metallteile. Sind ferner relativ lange Schweißzeiten von etwa 8 Sekunden zulässig, dann erhält man zuverlässige Schweißverbindungen mit einer Referenztiefe, die der halben Dicke des oberen Metallteil es entspricht, und mit einer relativ geringen Leistung, da das Schmelzen bis in die gewünschte Tiefe und in das bzw. die unteren Teile durch Wärmeübertragung erreicht wird.

(7) Für Stumpfschweißungen gemäß Fig. 11 bis 13 ist die Referenztiefe vorzugsweise kleiner als die Dicke der Teile auf entgegengesetzten Seiten der stumpf zusammenstoßenden Oberflächen. Manchmal verwendet man jedoch wie beim Überlappt-Schweißen eine Referenztiefe, die gleich oder etwas größer ist als die Dicke der Teile, wenn gleichzeitig eine kürzere Aufheizzeit und Zusatzeinrichtungen verwendet werden, welche das geschmolzene Metall vom Herabtropfen zwischen den Kontakten hindern.

(8) Für Überlappt-Schweißungen an aneinanderliegenden Abkantungen gemäß Fig. 14 ist die Referenztiefe vorzugsweise kleiner als die Dicke jeder Abkantung und, falls möglich, gleich der gewünschten Schweißtiefe von der Kantenfläche der Abkantung her. Haben die Kontakte jedoch gemäß Fig. 14 Näheleiterabschnitte, dann mag die Referenztiefe gleich der Dicke der stärkeren Abkantung sein, insbesondere bei Benutzung von Einrichtungen, welche das Heraustropfen von Schmelzmetall verhindern. Ist ferner die Referenztiefe kleiner als die Dicke einer Abkantung, dann kann man Strom zuführen, bis die Schweißtiefe den gewünschten Wert erreicht hat.

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(9) Für andere Überlappt-Schweißungen wie die in Fig. 16 sowie 17 bis 19 dargestellten, wo die Kontakte in Richtung der Ebene der sich berührenden Oberflächen in einem Abstand voneinander angeordnet sind, wird die Referenztiefe hauptsächlich durch die gewünschte Tiefe der Schweißung und die Hohe der Abkantungen bestimmt=

(10) Vorzugsweise ist in allen Fällen die Referenztiefe mindestens gleich der halben gewünschten Schmelztief e»

(11) Man wählt die Dauer des Heizstromes so, daß die gewünschte Schmelzung ohne wesentliche Verdrängung des Schmelzmetalls oder wesentliche Erweichung des unterhalb der Kontakbe befindlichen Metalles erreicht wird« Erhöht man beispielsweise die Leistung so weit_s daß die gewünschte Schmelzung von magnetischem Stahl innerhalb von 0,1 Sekunden erfolgt, dann wird viel von dem geschmolzenen Metall herausgedrängt«, Im allgemeinen sollte die Zeitdauer für solchen Stahl zwischen 0,25 und 3 Sekunden liegen, kann aber auch bis zu 8 Sekunden ausgedehnt werden, wenn das Metallteil dicker als die Referenztiefe ist» Mit Ausnahme von Verschweißungen an Abkantungen_s für die bereits erwähnte andere Gesichtspunkte gelten, liegt die bevorzugte Zeitdauer zwischen 0,25 und 2 Sekunden, wenn die Referenztiefe größer als die Dicke des Metallteiles ist ο

(12) Da sich der Effektivwiderstand mit zunehmender Frequenz erhöht, verringert sich mit höheren Frequenzen der Heizstrom und damit die Tendenz zum Verdrängen des geschmolzenen Metalles» Dies gilt beispielsweise für 400 kHz , auch wenn die Heizstromdauer relativ kurz

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ist, beispielsweise 0,25 bis 3 Sekunden. Andererseits können trotz größerer¹ Ströme relativ niedrige Frequenzen von beispielsweise 3kHz benutzt werden, vorausgesetzt, die Größe des Stromes ist klein genug, um eine erhebliche Verdrängung geschmolzenen Metalles durch Erhöhung der Stromdauer zu verhindern. ·

(13) Die zu verschweißenden Teile können aus dem gleichen Metall oder verschiedenen Metallen bestehen, bei Verwendung unterschiedlicher Metalle sollten diese jedoch relativ nahe beieinanderliegende Schmelztemperaturen besitzen und in der Lage sein, sich im geschmolzenen Zustand zu legieren.

(14) Zum Härten neigende Metalle wie Kohlenstoffstähle mögen entweder vor oder nach dem Schmelzen des Metalles beim Abkühlen schnell beheizt werden, indem man einen Heizstrom in die Schweißzone fließen laßt, der kleiner als der zum Schmelzen des Metalles benötigte Strom ist. Dieser kleinere Strom kann von der gleichen Einrichtung entnommen werden, die zum Schmelzen benutzt wird, und die Stromgröße läßt sich mit der Zeit variieren»

Die nachfolgend aufgeführten Schweißb'edingungen haben in Verbindung mit zartem 1010-Stahl und dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6.zufriedenstellende Schweißergebnisse erbracht:

BEISPIEL I

Oszillator-Ausgang - 25-50 Kilowatt

Strom-Frequenz - 450 Kilohertz - nominell

Referenztiefe - annähernd 0.00 73 mm

unter Curie-Punkt (etwa 720-⁰C) und 0. 73 _mrn oberhalb Curie-Punkt

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Strom-Dauer - 0,5 Sek. bei 25 kW und

0,25 Sek. bei 50 kW.

Dicke der Bleche - 0,7825 mm ..

Überlappungsgrad - 9,5 mm

Schweißfläche - 4,'8 . 4,8 mm

annähernd

BEISPIEL II

Oszillator-Ausgang - 50 - 100 Kilowatt

Stromfrequenz - 450 Kilohertz - nominell

Referenztiefe - wie in Beispiel I

Stromdauer - 4 Sek. bei 50 kW und

2 Sek« bei 100 kW ο

Dicke der Bleche 1,565 mm

Überlappungsgrad - 9,5 mm

Schweißfläche - wie in Beispiel I

Beispiel III

Generator-Ausgang - 50 - 100 Kilowatt

Stromfrequenz - 10 Kilohertz - nominell

Referenztiefe - annähernd 0_f05 mm

unter Curie-Punkt und 5 mm oberhalb Curie-Punkt

Stromdauer - 6 Sek. bei 50 kW und

Sek. bei 100 kW.

Dicke der Bleche - 3,2 mm Überlappungsgrad - .9, 5 mm Schweißfläche - ' wie in Beispiel I

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Ein weiteres Beispiel betrifft durchgeführte Versuche beim Verschweißen eines Stahlzahnkranzes mit einem Innendurchmesser von 350 mm mit einer gestanzten Metallnabe, wie in Verbindung mit Fig. 18 und 19 schon beschrieben. Bei einer Stromfrequenz von etwa 10 kHz ergaben sich folgende Resultate:

BEISPIEL TV

50-60 Kilowatt

It
ti

Kontakt-Abstand	81	mm	Strom dauer	Anmerkungen
7,	81	mm	1 Sek.	Heizen kein Schmelzen
7,	81	mm	3 Sek.	Schmelzen und Schweißen, mit etwas Metall- Auslauf
7,	5	mm	4 Sek.	Il
9,	3 Sek.	Schutzdamm aus Keramik gemäß Fig, 19

Schmelzen und Schweißen ohne Auslaufen

Bei den verschiedenen Ausführungen kann man ganz nach Wunsch Metall in Form von Draht, Pulver oder Chips zur Schweißzone zusetzen, indem man dieses Zusatzmetall entweder in die Metallschmelze eingibt oder vor dem Schweißen auf die Schweißfläche legt.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Schmelzschweißungen zwischen mehreren Metallteilen, indem ein Hochfrequenzstrom zwischen zwei entgegengesetzten Seiten der gewünschten Schmelzschweißung für eine Dauer fließt, die zum Schmelzen des Metalles zwischen diesen Zonen ausreicht; anschließend wird das geschmolzene Metall abge-

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kühlt. Die Stromfrequenz wird unter Berücksichtigung
von elektrischen und mechanischen Charakteristiken der zu verschweißenden Teile so gewählt, daß ein Strom von einer Größe fließt, der nicht zur Verdrängung des geschmolzenen Metalles aufgrund des Motoreffektes führt. Die Stromfrequenz wird zumindest so hoch gewählt, daß
daraus ein Effektivwiderstand des Metalles resultiert, der mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen
den Teilen ist» Bei der Vorrichtung kann hochtemperaturfestes Isoliermaterial zur Begrenzung des geschmolzenen Metalles, eine Näheleitereinrichtung zur Beeinflussung des Strompfades, und/oder eine magnetische Einrichtung in der Nähe des Strompfades zur Konzentrierung dess
Stromes benutzt werden.

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Claims (37)

1. Ansprüche

   l^/ Verfahren zum Schmelzverschweißen mehrerer Metallteile miteinander, von denen mindestens eines mit mindestens einem Oberflächenabschnitt mindestens einen Oberflächenabschnitt eines anderen Metall teils kontaktgebend berührt, wobei eine Schweißverbindung an und in der Nähe dieser Oberflächenabschnitte entsteht;, dadurch gekennzeichnet, daß in die Metallteile ein elektrischer Hochfrequenzstrom in einer Richtung eingeleitet wird, die sich von einem ersten, von dem kontaktgebenden Oberflächen— abschnitt entfernten Oberflächenbereich des einen Metallteils zu einem zweiten, in einem Abstand von dem ersten entfernten Bereich und auf einer nicht die kontaktgebende Oberfläche bildenden Oberfläche dieses Metallteils erstreckt} daß der Strom mit einer so bemessenen Frequenzfließt, daß der effektive Metallwiderstand zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen den kontaktgebenden Oberflächenabschnitten ist; daß der Strom mit einer Zeitdauer und Größe fließt, die ausreicht, um das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich befindende Metall mindestens des einen Teils zu schmelzen, ohne das gesamte geschmolzene Metall . zwischen dem ersten und zweiten Bereich zu verdrängen; und daß danach das geschmolzene Metall zur Abkühlung und Verfestigung gebracht wird. ·
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom mit einer Dauer und Größe fließt, die ausreicht, um zusätzlich zu dem Metall des einen Teils mindestens einen Abschnitt des sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich befindlichen Metalles des anderen Teiles

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   zu schmelzen, ohne das gesamte geschmolzene Metall zwischen dem ersten und zweiten Bereich zu verdrängen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen, welche den ersten bzw· zweiten Bereich enthalten, zwischen denen der Hochfrequenzstrom zum Fließen gebracht wird, e.inen geringen Abstand von den kontaktgebenden Oberflächenabschnitten besitzen; und daß Dauer und Größe des Stromes ausreichend bemessen werden, um das Metall des einen Teils und mindestens eine Portion von Metall des anderen Teils zwischen dem ersten und zweiten Bereich ohne Verdrängung des gesamten geschmolzenen Metalles zwischen den beiden Bereichen zum Schmelzen zu bringen, ohne dabei Metall beider Teile zu schmelzen, welches sich jeweils auf den einander abgekehrten Seiten beider Bereiche befindet.
4. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,-dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Hochfrequenzstrom durch Anlegen von Kontakten im ersten und zweiten Oberflächenbereich und durch Zuführen von Strom zu diesen Kontakten zum Hineinfließen in die Metallteile gebracht wird.
5. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei).den verschiedenen Teilen um ein Paar von Metallteilen handelt, von denen jedes eine vorbestimmte Dicke zwischen einer ersten und einer entgegengesetzt liegenden zweiten Oberfläche besitzt, und von denen die erste Oberfläche des einen Metallteils sich im Kontakt mit der ersten Oberfläche des anderen Metallteiles befindet.
6. 6. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des

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   Stromes so bemessen ist, daß dessen Referenztiefe in dem Metall der Teile kleiner als die kombinierte Dicke beider Metallteile ist.
7. 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Stromes so bemessen ist, daß dessen Referenztiefe in dem Metall des einen Teiles kleiner als die Dicke dieses Metallteiles ist.
8. 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Oberflächenbereich sich beide auf der zweiten Oberfläche des einen Metallteiles befinden. -
9. 9. verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Portion der ersten Oberfläche des einencTeils nur eine Portion der ersten Oberfläche- des anderen Metall* teils kontaktgebend berührt, und daß der .erste und der zweite Oberflächenbereich jeweils auf der zweiten Oberfläche des einen Teils und der ersten Oberfläche des an~ deren Teils angeordnet sind, so daß der Strom von dem ersten Bereich an der zweiten Oberfläche des einen Teils entlang, über die kontaktgebenden Oberflächen hinweg und an der ersten Oberfläche des anderen Teils entlang zum zweiten Bereich fließt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Abschnitt der ersten Oberfläche des einen Teils nur einen Abschnitt der ersten Oberfläche des anderen Metallteils berührt, und daß der erste und zweite Oberflächenbereich sich beide auf der zweiten Oberfläche des einen Metallteils befinden, so daß der Strom von dem ersten Bereich und an der zweiten Ober-

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    fläche des einen Teils entlang zum zweiten Bereich fließt.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die verschiedenen Teile aus einem Metallteile-Paar bestehen, von denen jedes Teil entgegengesetzte erste und zweite Oberflächen und eine dazwischenliegende Kantenoberfläche aufweist und eine vorbestimmte Dicke zwischen seinen beiden Oberflächen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kantenoberfläche des einen Teils im Kontakt mit der Kantenoberfläche des anderen Teils befindet, daß der erste Bereich auf einer der beiden Oberflächen des einen Teils und der zweite Bereich sich auf der korrespondierenden Oberfläche des anderen Teils befindet, und daß der Hochfrequenzstrom durch Anlegen von Kontakten an den ersten und zweiten Bereich und durch Versorgen der Kontakte mit Strom in die Teile hineinfließt, wobei dieser Strom von dem ersten Bereich an der Oberfläche des einen Teils entlang, über die sich berührenden Kantenoberflächen hinweg und an der Oberfläche des anderen Teils entlang zum zweiten Bereich fließt.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Stromes so gewählt ist, daß die Referenztiefe des Stromes in dem Metall der Teile kleiner als die Dicke des einen Teiles ist.
13. 13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Teile ein Paar von Metallteilen sind, von denen jedes entgegengesetzt gerichtete erste und zweite Oberflächen sowie dazwischenliegende Kantenoberflächen und eine vorbestimmte Dicke zwischen den beiden entgegengesetzten Oberflächen aufweist, daß sich die Kantenoberfläche des einen Teils in Kontakt mit der Kantenoberfläche des anderen Teils

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    befindet, daß der erste. Bereich sich auf einer der beiden Oberflächen des einen Teiles und auf der korrespondierenden Oberfläche des anderen Teils befindet, daß der zweite Bereich sich auf beiden Oberflächen mit dem ersten Bereich darauf befindet, daß der Hochfrequenzstrom durch Anlegen von Kontakten an den ersten und zweiten Bereich sowie durch Versorgen, dieser Kontakte mit Strom zum Einfließen in die Teile gebracht wird, und daß der Strom von dem ersten Bereich an der Oberfläche von beiden Teilen entlang zum zweiten Bereich fließt.
14. 14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den verschiedenen Metallteilen um ein Paar von Metallteilen mit je einer aufragenden Abkantung handelt, daß jede Abkantung entgegengesetzte erste und zweite Oberflächen sowie eine dazwischenliegende Kantenfläche und eine vorbestimmte Dicke zwischen den beiden Oberflächen besitzt, und daß die erste Oberfläche der einen Abkantung sich im Kontakt mit der ersten Oberfläche der anderen Abkantung befindet und die Kantenflächen beider Teile in die gleiche Hauptrichtung blicken.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich sich auf der zweiten Oberfläche der einen Abkantung und der zweite Bereich sich auf der zweiten Oberfläche der anderen Abkantung befindet, und daß der Hochfrequenzstrom durch Anlegen von Kontakten an den ersten und zweiten Bereich und durch Anlegen von Strom an diese Kontakte zum Einfließen in die Teile gebracht wird, so daß der Strom von dem ersten Bereich an der Oberfläche des einen Teils entlang, über die sich berührenden Kantenflächen hinweg und an der Oberfläche des anderen Teils entlang zum zweiten Bereich fließt. (Fig. 14, 15).

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16. 16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Bereich sich auf den Kantenflächen befinden, und daß zur Übertragung des Hochfrequenzstromes in die Teile Kontakte an den ersten und zweiten Bereich angelegt und mit Strom versorgt werden, so daß der Strom von dem ersten Bereich an den Kantenflächen der Abkantungen entlangfließt (Fig. 17).
17. 17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Stromes auch so gewählt wird, daß die Referenztiefe des Stromes in dem Metall der Teile kleiner als die Höhe der Abkantungen oberhalb der Restabschnitte der Teile ist.
18. 18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Teile aus einem Paar von Metallteilen ausgebildet werden, von denen eines entgegengesetzt gerichtete erste und zweite Oberflächen und das andere Teil eine aufragende Abkantung mit entgegengesetzt gerichteten ersten und zweiten Oberflächen und einer dazwischenliegenden Kantenfläche besitzt, daß die erste Oberfläche der Abkantung sich im Kontakt mit einer Oberfläche des einen Teils befindet, daß der erste Bereich sich auf einer Oberfläche mindestens eines Teiles befindet, welches nicht den Oberflächenabschnitt bildet, der das andere Teil berührt, und daß der zweite Bereich sich auf einer Oberfläche mindestens des anderen Teils befindet, welches nicht den das andere Teil berührenden Oberflächenabschnitt bildet, daß der Hochfrequenzstrom über an den ersten und zweiten Bereich angelegte Kontakte zugeführt wird, und daß die Frequenz des Stromes so gewählt ist, daß die Referenztiefe in dem Metall des einen Teils kleiner als der Abstand zwischen dessen erster und zweiter Oberfläche ist.

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19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil eine Kantenfläche zwischen seiner ersten und zweiten Oberfläche besitzt, welche sich im Kontakt mit der ersten Oberfläche der Abkantung befindet, und daß der erste und zweite Bereich sich sowohl auf der ersten Oberfläche des einen Teils als auch auf der Kantenfläche des anderen Teils befindet, (Fig. 19).
20. 20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche des einen Teils die im Kontakt mit der Kantenfläche des anderen Teils in Verbindung stehende Fläche desselben ist, und daß der erste Bereich sich auf der ersten Oberfläche des einen Teils und der zweite Bereich sich auf der zweiten Oberfläche der Abkantung befindet.
21. 21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die verschiedenen Teile ein Paar von Metallteilen sind, von denen jedes entgegengesetzt liegende erste und zweite Oberflächen, und von denen zumindest ein Teil eine, dazwischenliegende Kantenfläche besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenfläche des einen Teils sich im Kontakt mit der ersten Oberfläche des anderen der beiden Teile befindet.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, · daß der erste Bereich sich auf der ersten Oberfläche des einen Teils und der zweite Bereich sich auf einem Abschnitt der ersten Oberfläche des anderen Teils befindet, welches nicht der Abschnitt desselben ist, der in Kontakt mit der Kantenfläche steht.

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23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich sich auf der zweiten Oberfläche des anderen Teil«s befindet.
24. 24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Bereich sich auf der zweiten Oberfläche des anderen Teils und auf dem Abschnitt der zuletzt genannten zweiten Oberfläche befinden, die der Kantenfläche entgegengesetzt liegt.
25. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch, gekennzeichnet, daß die Frequenz des Stromes so gewählt ist, daß die Referenztiefe desselben in dem Metall des anderen Teils größer als die Ejicke des anderen T-eils zwischen dessen erster und zweiter Oberfläche ist.
26. 26. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch An-. Ordnung einer Induktionsspule in der Nähe der Teile in diese eingeleitet wird, die sich im wesentlichen nur von und zwischen dem ersten Bereich zum zweiten Bereich erstreckt und mit Strom versorgt wird.
27. .27· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Teil ein Zapfen und der Abschnitt der Oberfläche des anderen Teils eine Stirnfläche des Zapfens ist, und daß der an die Kontakte angelegte elektrische Hochfrequenzstrom dadurch in die Teile eingeleitet wird, daß die Kontakte an den ersten und zweiten Bereich angesetzt werden.
28. 28. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Veil ein Rohr und der Abschnitt der Oberfläche des anderen Teils eine Stirnfläche dieses Rohres

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    ist, und daß der Hochfrequenzstrom durch Anlegen der Kontakte an den ersten und zweiten Bereich und durch Verbinden der Kontakte mit einer Stromquelle in die Teile eingeleitet wird.
29. 29. Vorrichtung * zum Schmelzverschweißen mehrerer Metallteile miteinander, von denen mindestens eines mit mindestens einem Abschnitt seiner Oberfläche sich in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der Oberfläche: eines anderen Teiles befindet, so daß kontaktgebende Oberflächenabschnitte zwischen dem einen und dem anderen Teil gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei stromzu— führende Kontakte (18, 19) in einem Abstand voneinander besitzt, die mit der Oberfläche mindestens eines der Teile in Berührung bringbar sind, welche nicht die kontaktgebenden Oberflächenabschnitte zwischen einem Paar von Ebenen bildet, die sich im wesentlichen senkrecht zu den von den Kontakten berührten Oberflächenabschnitten und im wesentlichen senkrecht zum Strompfad zwischen den beiden Kontakten erstrecken, und daß die Kontakte mit einer.Hochfrequenzstromquelle (21) verbunden sind, deren Ausgangsleitung und Stromfrequenz so gewählt ist, daß der Effektivwiderstand des Metalles zwischen den Kontakten mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen den kontaktgebenden Abschnitten ist, so daß das zwischen den Kontakten befindliche Metall früher schmilzt als das Metall unterhalb der Kontakte, ohne das gesamte geschmolzene Metall zwischen den Kontakten zu verdrängen.
30. 30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Quelle (21) und den Kontakten (18, 19) eine Näheleitereinrichtung (z.B. 50, 51) angeschlossen ist, die sich in enger Nachbarschaft einer Oberfläche von mindestens einem der Teile erstreckt und so an die Stromquelle angeschlossen, ist, daß der Strom darin in einer Richtung fließt, welche der Stromrichtung in der Oberfläche entgegengesetzt ist.

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31. 31. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Berührung mit einer Oberfläche mindestens eines der Teile zwischen den Ebenen eine hochtemperaturfeste Isoliereinrichtung (z.B. 31) befindet, um die Bewegung von geschmolzenem Material aus dem Raum zwischen den Ebenen zu begrenzen.
32. 32. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine magnetische Einrichtung (z.B. 109) aus der Nähe des einen Kontaktes (z.B. 18j) bis zur Nähe des anderen Kontaktes (19j) und zu beiden Seiten, jedoch in einem Abstand von dem Strompfad des zwischen den Kontakten fließenden Stromes erstreckt, um den Strom auf diesen Pfad zu konzentrieren (z.B. Fig. 41).
33. 33. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kontakte (z»B_o 19f) einen Hohlzylinder und der andere Kontakt (18f) koaxial in dem erstgenannten Kontakt und in einem Abstand davon angeordnet ist,(z.B. Fig. 24).
34. 34. Vorrichtung zum Schmelz-Zusammenschweißen mehrerer Metallteile, von denen mindestens eines mit mindestens einem Abschnitt seiner Oberfläche sich in Kontakt mit mindestens einem Oberflächenabschnitt eines anderen der Teile befindet und kontaktgebende Oberflächenabschnitte zwischen dem einen und dem anderen Teil bildet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsspule (z.B.111) nahe der nicht kontaktgebenden Oberflächenabschnitte bildenden Oberflächen mindestens eines der Teile (10...) angeordnet und an eine Hochfrequenz-Stromquelle (21) angeschlossen ist, so daß in den Teilen ein Strom von einem ersten Bereich auf einer Oberfläche der Teile zu einem zweiten Bereich auf einer Oberfläche der Teile fließt;

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    daß Ausgangsleistung und Frequenz der Stromquelle so beschaffen sind, daß der Effektivwiderstand des Metalles zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich mindestens gleich dem Kontaktwiderstand zwischen den kontaktgebenden Abschnitten ist und das Metall zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich ohne Verdrängung des gesamten dort vorhandenen geschmolzenen Metalles schmilzt; und daß die Induktionsspule zwischen den Bereichen angeordnet ist und sich im wesentlichen parallel zu der erstgenannten Oberfläche erstreckt.
35. 35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetkern (114) vorhanden ist, um den sich die Induktionsspule (111) erstreckt (Fig. 44, 45).
36. 36. Vorrichtung nach Anspruch 34, oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der erstgenannten Oberfläche und der Induktionsspule (111) und dem Magnetkern (114) eine hochtemperaturfeste Isoliereinrichtung (113) befindet, um eine Bewegung von geschmolzenem Metall aus dem Raum zwischen den Bereichen zu begrenzen (Fig. 44, 45).
37. 37. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Induktionsspule (111) und der erstgenannten Oberfläche ein hochtemperaturfestes Isolierelement (112) befindet, um eine Bewegung von geschmolzenem Metall aus dem Raum zwischen den Bereichen zu begrenzen (Fig. 43).

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