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Verfahren und Vorrichtung zum Überziehen von Metallgegenständen mit
Metall Die Erfindung betrifft. das Überziehen von Metallgegenständen mit einem Metall
von niedrigerem Schmelzpunkt als demjenigen des zu überziehenden Gegenstandes und
insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, ein Verfahren und Vorrichtung zum
Überziehen entweder von geschweißten. Einnähtröhren oder von hartgelöteten Doppelnähtrohren
mit einem Metall von niedrigerem Schmelzpunkt als .demjenigen des Rohrmetalls.
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Die Erfindung will die Aufgabe lösen, die Verschwendung von Löt- oder
Schweißmaterial zu vermindern oder zu vermeiden. Die Lösung besteht in der Hauptsache
darin, daß der zu überziehende Gegenstand durch eine Kammer ---führt wird, von der
ein Teil aus einem Schmelztiegel besteht, in dem das Überzugsmetall geschmolzen
wird, und zwar bei einer Spiegelhöhe oberhalb des normalen Spiegels des geschmolzenen.
Metalls. DieseWirkung kommt dadurch zustande, daß das geschmolzene Metall veranlaßt
wird, sich über den normalen Spiegel' zu einem Wall oder Haufen, von solcher Höhe
zu erheben, daß der zu überziehende Gegenstand darin eintaueht. Eine bevorzugte
Art, diese Wirkung zu erzielen, besteht darin, auf das Metall im Schmelztiegel ein
Feld von verhältnismäßig hoher Frequenz, z. B. 96o Perioden, zur Einwirkung zu bringen,
wenrn ,das Überzugsmaterial aus Kupfer besteht. Das Feld, wird durch eine Induktionsspule
erzeugt, die genügend. elektrische Energie iibertragen kann, um das Überzugs- oder
Hartlötmetall in dem Schmelztiegel sowohl zu schmelzen als auch in der Mitte der
freien0berfläche über den zu überziehenden Gegenstand zu heben.
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Es ist vorteilhaft, über der freien Oberfläche des Metalls im Schmelztiegel
einen .geschlossenenRaum vorzusehen, in .den reduzierendes Gas unter Druck eingeblasen
wird. Die Kanäle werden vorzugsweise in den Blöcken angebracht, durch die der zu
überziehende
Gegenstand 'hindurcbg,eführt wird: Der Gasstrom wirkt
dann in der Weise, daß er überschüssiges geschmolzenes Metall von genanntem Gegenstand
entfernt und in den Schmelztiegel zurückbefördert; außerdem schafft er eine Atmosphäre,
in, der keine Oxydation des Gegenstandes oder Metalls erfolgen kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus, der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. In der Zeichnung sind Fig. i und 2 je
eine Draufsicht auf eine Anlage zur Herstellung von kupferhartgelötetem Doppelnaht-Stahlrohr,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. 2 schematisa dargestellte Hartlötapparatur,
Fig. 4 ein Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 und 6 eine schematische
Darstellung einer Anlage zur Erzeugung üb_ erzogener, geschweißter Stahlrohre, Fig.
7 ein Längsschnitt der in Fig. 6 dargestellten Überzugsapparatur.
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Zwei Stahlstreifen. S, die sich nach Fig. i und 2 nach links bewegen,
werden zwischen zwei Paareis Messer, Rollen io und i i hindurchgeführt, welche die
Kanten der Streifen abschrägen. Die Streifen laufen dann. durch eine Schmiervorrichtung
12 und zwischen Paaren von Rollen 13 eines Formers 14 h.indurch, der die
Streifen schrittweise in ein Rohr T umformt.
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Das Rohr T läuft dann durch ein Kaliber 15, in dem seine; Kanten fest
zusammengepreßt werden. Dann läuft das Rohr (Fig. 2) zwischen Paaren vorn Elektrodenrollen
17 und i8 eines Vorwärmers 16 hindurch, der an eine elektrische Kraftquelle angeschlossen
ist, um das Rohr zu erhitzen, bevor es durch die Überzugs- oder Hartlötapparatur
20 hindurchläuft, in welcher geschmolzenes Kupfer zum Verlöten der Rohrnähte zugesetzt
wird. Nach dem Hartlöten läuft das Rohr durch einen Kühler 6o mit einem Kühlmantel
61, durch den Wasser zirkuliert. Dann wird das Rohr T auf eine Haspel 62 aufgewunden,
die von einer Antriebsmaschine 63 in Bewegung gesetzt wird.
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Wie Fig. 3 und 4 zeigen, `hat das Lötbad 20 eine nichtleitende Grundplatte
21, die auf Trägern 22 ruht. In .der Grundplatte sind Ständer 23 und 24 befestigt,
die eine feuerfeste Platte 25 tragen. Diese hat dem. Rohr angepaßte Ringern 26 und
eine zentrale Öff-'mg 27, welche die Fortsetzung der Mündung des feuerfesten Schmelztiegels
28 bildet. Dieser Schmelztiegel sitzt in einem Mantel 29 aus Wärmeisoliermaterial,
der von der Grundplatte getragen. wird und von einer nichtleitenden Schicht
30 umgeben ist. Der untere Teil dieser Schicht steckt in einer kürzerem,
nichtleitenden Hülse 31, die aber die Induktionsspulv 32 aus abgeflachtem Kupferrohr
trägt, dessen zylindrische Enden 33 und 34 durch Leitungen 35 und 36 mit einer Wechselstromquelle
verbunden sind. Der von dieser gelieferte Strom kann z. B. 400 Volt und 96o Perioden
haben, wenn ,das Lötmaterial Kupfer ist. Die Wärme wird aus der Spule 32 durch Wasserzirkulation
allgeführt. Zu diesem Zweck sind die Spulenenden 33 und 34 mit nichtleitenden Muffen
37 und 38 versehen und werden von einem nichtleitenden Block 24a getragen, der an
einem Ständer 24 -durch Schrauben 24b befestigt ist.
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Die Öffnung 27 in der Platte 25 ist durch einen glockenförmigen, feuerfesten
Deckel 4o verschlossen, dessen obere zentrale Öffnung 41 durch einen Glasblock 42
verschlossen ist. Daneben. liegt eine Bohrung 43, durch die ein Kupferdraht W abwärts
bewegt wird. Die Rinnen 26 in der Platte 25 dienen zur Festlegung von Metallblöcken
q:5, durch deren gleichachsige Bohrungen 46 das Rohr T in Fig. 3 und 4 von rechts
nach links läuft. In jedem Block 45 ist ein schräger Kanal 47 angebracht, der durch
-ein Rohr 48 und. eine Muffe 49 mit einer Ouelle von reduzierendem, unter Druck
stehenden Gas verbunden ist. Die Blöcke 45 werden in den Rinnen 26 durch Laschen
50 gehalten, die an den Blöcken durch Schrauben 5 1 und, an den Ständern
23 und 24 durch Schrauben 52 befestigt sind. Ein auf der Grundplatte 21 stehendes
Gehäuse 53 umgibt die Spule 32 und die Büchse 31.
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Der hochfrequente, durch die Induktionsspule 32 fließende Wechselstrom
erzeugt in dem Schmelztiegel ein wechselndes elektromagnetisches Feld, welches den
in. den Schmelztiegelf eingeführten Kupferdraht zum Schmelzen bringt, Infolge der
Gegenwirkung zwischen dem Hochfrequenzfeld und den in. der Masse des durch dieses
Feld geschmolzenen Metalls erzeugten Wirbelströmen wird das Metall. in der Mitte
des Schmelztiegels aufwärts getrieben, wie durch die Strichpunktlini-e 54 angedeutet
ist, so daß ein Wall geschmolzenen Metalls über dem normalen Spiegel der freien.
Oberflach; gebildet wird, durch den das Rohr T hindurchläuft in einer durch die
Kanäle 47 eingeblasenen Atmosphäre von reduzierendem Gas. Der normale Spiegel der
freiem Oberfläche des Metalls liegt unter der Ebene der Rinnen 26. Das Metall henetzt
die Oberfläche des Rohres T und fließt an ihm entlazig. Dabei wird der überschuß
durch die aus den Kanälen 47 kommenden Strahlen des verdichteten, reduzierenden
Gases abgefegt und in den Schmelztiegel 28 zurückbefördert. Der von dem Apparat
für das Schmn°lzen des Kupfers und sein Auftreiben benötigte Betrag an elektrischer
Energie ist ungefähr 2o kVA; ungefähr ein Viertel dieses Betrages wird zum Schmelzen
des Kupfers gebraucht, die übrige Wärme wird von dem Rohr T absorbiert, während
es sich in dem Bad, 2o befindet, und auf einer Temperatur über dem Schmelzpunkt
des Kupfers gehalten. Da das Rohr T durch den Apparat 16 vorgeheizt wird, kann die
Geschwindigkeit, mit der das Rohr durch .das. Bad 20 gezogen wird, vergrößert werden,
weil die Wärme, die erforderlich ist, um die Temperatur des Rohres T über den Schmelzpunkt
des Metalls im Schmelztiegel 28 zu erheben, zu einem wesentlichen Teil durch die
Vorheizung geliefert wird.
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Eine abgeänderte Form des Überzugs- oder Hartlötbades 20 kann zum
Überziehen von ge-
schweißtem Stahlrohr verwendet werden, das von der in Fig.
5 und, 6 dargestellten Maschine erzeugt
wird. Ein nach links bewegter
Metallstreifen wird durch Rollenpaare 11o, 111, 112 und 113 schrittw-.eise in ein
Rohr T mit einer Stoßnaht verformt, die verschweißt wird, wenn sie durch eine nach
oben bewegte Rolle 115 gegen die übereinanderliegenden Elektrodenrollen 114 gepreßt
wird. Die Rolle 115 wird von einem bei 117 in einem Ständer 118 drehbar gelagerten
Hebel 116 getragen, der mit gleichbleibendem Druck durch Preßluft in einem auf einer
Grundplatte 12o montierten Balg 119 aufwärts gepreßt wird. Eine durch die Linie
121 dargestellte Leitung erstreckt sich abwärts zwischen die Kanten des Streifens,
so daß sie zwischen den. Rollen 111 und 112 in das Rohr eintritt und dann waagerecht
weiter verläuft. Durch diese Leitung wird eine reduzierende Atmosphäre in das Rohr
geblasen.
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Die Schmelzperlen, die sich während des Schmelzvorganges auf dem Rohr
bilden, werden durch ein Werkzeug 122 entfernt. Das Rohr läuft dann zwischen Paaren
von Schlichtrollen 123 und 124 und. dann zwischen Paaren von Elektrodenrollen 126,
127 und 128, deren Gehäuse 126a, 127a, 128a durch Rohre 129 miteinander verbunden
sind und zusammen, eine Glühkammer 125 bilden, in der eine reduzierende Atmosphäre
eingeschlossen ist.
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Das durch die Kammer 125 erhitzte Rohr läuft unmittelbar und solange
es noch heiß ist zu der mit 13o bezeichneten Apparatur, in der es einen nicht korrosiven
Metallüberzug, wie Kupfer, erhält, der aufs genaueste die Poren. in dem Rohr füllt
und es mit einem rostfreien Überzug versieht. Darauf läuft es durch ein Kühlrohr
17o, das von einem Mantel 171 umgeben ist, durch den kaltes Wasser zirkuliert. Das
Rohr wird dann auf einer Haspel 172- mit Kraftantrieb zur Beseitigung des Durch:hangs
aufgerollt.
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Nach Fig. 7 enthält das Überzugsbad 130 eine von einem Rahmen 132
getragene Grundplatte 131. An dieser Grundplatte 131 sind Metallständer 133 und
134 befestigt, welche eine nichtleitende Platte 135 tragen, die mit gleichachsigen
Rinnen 136 und einer zentralen Öffnung 137 versehen ist, die sich mit der Öffnung
eines feuerfesten Schmelztiegels 138 .deckt. Der Schmelztiegel sitzt in einem Gehäuse
139 aus wärmeisolierendem Material. Dieses Gehäuse ist in einen nichtleitenden Mantel
1.4o eingeschlossen, dessen unterer Teil in eine nichtleitende Büchse 141 paßt.
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Der obere Teil der Büchse trägt eine Induktionsspule 142 aus abgeflachtem
Kupferrohr, dessen zylindrische Enden 143 und 144 durch Leitungen 145 und 146 mit
einer Hochfrequenz-Wechselstromquelle von vorzugsweise goo Volt und 96o Perioden
verbunden sind. Die Wärme wird aus der Spule 142 durch in ihr zirkulierendes Wasser
abgeleitet. Nichtleitende Muffen 147 und 148 sind auf die Spulenenden 143 und 144
aufgesteckt, die von einem nichtleitenden Block 134" getragen werden, der mit dem
Ständer 134 durch Bolzen 134b verbunden ist.
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Die Platte 135 trägt einen feuerfesten Zylinder 15o mit einem feuerfesten
Deckel 151, in dem eine Glasplatte 152 eingebaut ist. Ein Draht W aus Kupfer oder
ähnlichem geeigneten Metall tritt in ,den Schmelztiegel 138 durch eine Bohrung 153
im Deckel 151 ein. Ein Teil der Spule 1q.2 umgibt den Zylinder 150 und ist in ein
auf der Platte 135 ruhendes feuerfestes Gehäuse 154 eingeschlossen.
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Die Rinnen 136 .der Platte 135 nehmen Metallblöcke 155 mit achsgleichen
Bohrungen 156 auf, durch welche das Rohr T von rechts nach. links läuft. Der rechte
Block 155 führt das Rohr, wenn es waagerecht bewegt wird; der linke Block 155 aber
trägt das Rohr nicht, weil die Bohrung 156 in allen Teilen gegenüber dem Rohr Luft
hat. Jeder Block 155 hat einen schrägen Kanal 157, der durch eine Leitung 158 und
eine Muffe 159 mit einer Quelle von reduzierendem Gas verbunden ist, das beim Ausströmen
durch die Kanäle 157 den an dem Rohr haftenden 1VIetallüberschuß abfegt und ihn
in den Schmelztiegel 138 zurückführt. Die Blöcke 155 werden in den Rinnen. 136 durch
Laschen 16o gehalten, die durch Schrauben 161 an den Blöcken und durch Schrauben
162 an den Ständern 133 und 134 befestigt sind. Ein auf der Platte 131 montiertes
Isoliergehäuse 163 umschließt die Büchse 141 und den unteren Teil der Spule 142.
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Der durch die Spule 142 laufende Wechselstrom von beispielsweise goo
Volt und 96o Perioden, wenn das MerzugsmaterialKupfer ist, erzeugt ein wechselndes
elektromagnetisches Feld in dem Schmelztiegel 138, welches den Zylinder des Überzugmetalls
auf eine hohe Temperatur erhitzt, so daß der Draht W beim Einführen schmilzt und
das geschmolzene Metall den Schmelztiegel anfüllt bis zu einem normalen Spiegel
unter der Ebene der Rinnen 136. Ferner treibt das von dem durch die Spule 142 fließenden
Wechselstrom erzeugte Hochfrequenzfeld die Mitte der freien Oberfläche des geschmolzenem
:Metalls über den normalen Spiegel, wie durch die Strichpunktlinie 164 angedeutet
ist, und bildet so einen Wall geschmolzenen Metalls, durch den das Rohr T hindurchläuft
und dabei eine Metallschicht mitnimmt, die das Rohr sogleich benetzt, w -eil dieses
sich in einer reduzierenden Atmosphäre befindet, die von dem durch die Kanäle 157
fließenden Gas geschaffen wird.
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Die von der Apparatur zum Schmelzen des Kupfers und zum Auftreiben
über den normalen Spiegel seiner freien Oberfläche benötigte elektrische Energie
beträgt ungefähr 2o kVA, deren kleinerer Teil beim Schmelzen des Kupfers verbraucht
wird; die übrige Energie wird verbraucht, um das Rohr innerhalb der Apparatur 13o
auf einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Kupfers in dem Schmelztiegel 138
zu halten. Weil das Rohr noch heiß- direkt von der Glühkammer 125 zu dem Bad
130 läuft, kann seine Durchlaufgeschwindigkeit durch das Bad vergrößert werden.
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Wenn eine elektrische Heizung der hier beschriebenen Art verwendet
wird, um das Kupfer oder ein anderes zum Hartlöten oder Überziehen des Stahlrohres
T verwendetes Metall zu erhitzen, gibt es nur einen geringen Verlust an Überzugsmetall
durch Forttragen überschüssigen Metalls durch .das Rohr
aus der
Heizkammer, weil der Spiegel der freien Oberfläche -des Überzugmetalls unter der
Wirkung des Hochfrequenzfeldes nur in der Mitte gehoben wird. Der an der Wand des
Schmelztiegels 28 oder 138 anliegende Spiegel der freien Oberfläche des geschmolzenen
Metalls liegt unter den Rinnen 26 oder 136, durch welche das Rohr T in die Kammer
einläuft und sie verläßt: Ein am Rohr beim Verlassen des Metallwalls 54 oder 164
anhaftender Überschuß von Überzugsmetall wird vollständig abgeblasen und .in den
Schmelztiegel zurückgeworfen durch den reduzierenden Gasstrom aus .dem linken Rohr
48 öder 158 der Fig. 4 oder 7.
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Beide in den Fig.4 und 7 dargestellten Apparaturen können benutzt
werden, um sowohl geschweißtes als auch kupfergelötetes, mehrnahtiges Stahlrohr
mit Kupfer zu überziehen. Die Höhe des über die freie Oberfläche erhobenen: Metallwalls
ist eine Funktion der der Induktionsspule zugeführten. elektrischen Energie. Die
'anwendbare elektrische Energiemenge ist aber begrenzt durch die Fähigkeit des bewegten
Rohres T, den. Hitzeüberschuß, so schnell, wie er erzeugt wird; wieder abzuführen.
Wenn der Hitzeüberschuß nicht so schnell, wie er erzeugt wird, wieder abgeführt
wird, wird das Überzugs- oder Lötmetall überhitzt. Darum kann durch die Spule mehr
als ein bestimmter Betrag an Energie nicht übertragen werden, und dieser bestimmt
die erreichbare Höhe des Walls.
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Offensichtlich können die beiden Anlagen nach Fig. 4 und 7 auch dazu
benutzt werden, andere Gegenstände als solche von der behandelten spezifischen Rohrform
mit Kupfer oder irgendeinem anderen Metall zu überziehen, das niedrigeren Schmelzpunkt
hat als der zu überziehende Gegenstand. Der zu überziehende Gegenstand könnte z.
B. ein Draht oder Stab oder ein Röhr von anderer Form sein. Jede solche andersartige
Form des zu überziehenden -Gegenstandes wird wohlverstanden ,durch die in dieser
Beschreibung verwendete Bezeichnung »Rohr« erfaßt.
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Wenn die Höhe des Walls 54 oder 164 während des Überziehvorganges
vergrößert werden soll, wird zweckmäßig, die in Fig.7 der Zeichnung dargestellte
Vorrichtung benutzt.- Da bei der in Für. 7 dargestellten, Apparatur die Hälfte der
Heizspule über dem Spiegel dies Überzügmetalls liegt, ist die Wirkung der Spüle
geringer als in der in Fig. 4 dargestellten Apparatur und es kann mehr elektrische
Energie angewendet werden, ohne dä,ß das Metall überhitzt wird. Man kann dann einen
höheren Wall erhalten als in der Apparatur gemäß' Fig. 4. Es wird zweckmäßig sein,
die Höhe des Walls. aus Überzugsmetall zu ändern, wenn andersartige Metalle verwendet
werden, wie z. B. Kupferlegierungen, Zinn, Blei oder Aluminium entsprechend ihren
verschiedenen Charakteristiken und Schmelzpunkten.
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Da die Ausführungen der Erfindung nur bevorzugte Formen darstellen,
kann man wohlverstanden noch andere Formen anwenden, ohne den Erfindungsgedanken
zu verlassen.