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.Anordnung zur Herstellung von Schweißverbindungen Es ist vorgeschlagen
worden, die Herstellung von Schweißverbindungen dadurch zu erleichtern und zu verbessern,
daß die Schweißschmelze bzw. die miteinander zu verschmelzenden Gegenstände der
Einwirkung von Ultraschallschwingungen ausgesetzt werden. Bei der praktischen Anwendung
dieses Verfahrens treten jedoch noch erhebliche Schwierigkeiten auf.
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Auch hat man die Schweißschmelze der Einwirkung mechanischer Schwing-
oder Rüttelkräfte niedriger Frequenz von höchstens einigen hundert in der Sekunde
ausgesetzt. Die Intensität derartiger Rüttelkräfte ist bekanntlich durch die Schwingungsweite
und die Frequenz bestimmt. Zwar wird das Produkt dieser beiden Werte um so größer,
je größer die angewandte Frequenz ist, doch ebenso wird es um so größer, je größer
die angewandte Schwingungsweite ist. Durch die Einrichtung nach der Erfindung wird
nun in einfacher Weise die Erzeugung von großen Schwingungsweiten dadurch ermöglicht,
daß ein elektromagnetisch oder elektrodynamisch erregtes, ortsbewegliches, vorzugsweise
topfförmiges Schwing- bzw. Rüttelgerät während des Schweißens auf einen der miteinander
zu verschweißenden
Gegenstände oder auf beide gleichzeitig in der
Nähe der Schweißstelle aufgesetzt wird. Es wird dadurch ein Rüttelgerät geschaffen,
das leicht auf die verschiedenen, der Vielzahl der vorhandenen Schweißaufgabenangepaßten
Schweißgeräte montiert werden kann. Der-Aufbau des Gerätes ist so steif, daß trotz
dieser wahlweisen Verwendung bei verschiedenen Geräten stets eine Übertragung der
Schwingungen im wesentlichen nur in der geforderten Richtung erfolgt.
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An Hand der Zeichnung wird die Anordnung nach der Erfindung in einigen
praktischen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. r zeigt ein Beispiel, bei welchem zwei Blechplatten z und 2 mit
ihren Kanten miteinander verschweißt werden sollen. Die Schweißnaht ist mit 3 bezeichnet.
Erfindungsgemäß ist auf eine der beiden Blechplatten ein topfförmiges. elektromagnetisches
Rüttelgerät q. aufgesetzt. Däs Rüttelgerät kann mit der Blechplatte durch Schraubzwingen
od. dgl. fest verspannt werden, doch genügt es in der Regel, wenn das Rüttelgerät
auf die Blechplatte nur lose in der Nähe der Schweißstelle aufgesetzt wird. Die
Schweißverbindung kann an sich in beliebiger bekannter Weise, z. B. autogen oder
nach irgendeinem elektrischen Schweißverfahren, hergestellt werden. Wird während
der Schweißarbeit das Rüttelgerät in Betrieb gesetzt, wobei es zweckmäßig mit fortschreitender
Schweißarbeit jeweils der weiterrückenden Schweißstelle nachgerückt wird, so übertragen
sich die Schwingbewegungen auf die Schweißstelle, so daß diese in der beabsichtigten
günstigen Weise beeinflußt wird.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist das Rüttelgerät q. mit einem Bügel
q.' versehen, mittels dessen es auf die beiden Platten z_ und 2 gleichzeitig aufgesetzt
werden kann.
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Die Richtung und Form der erfindungsgemäß anzuwendenden Schwingbewegungen
können- an sich beliebig sein, wesentlich ist nur, daß sich die Schwingbewegungen
auf die Schweißschmelze übertragen. Die Schwingbewegungen können also sowohl geradlinig
als auch beispielsweise kreis- oder ellipsenförmig sein.
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Auch die Art der zur Erzeugung der Schwing- bzw. Rüttelbewegungen
verwendeten Schwing- bzw. Rüttelgeräte kann beliebig gewählt werden. Wie erwähnt,
sind jedoch elektromagnetische oder elektrodynamische Schwingungserzeuger und Rüttelgeräte
besonders vorteilhaft, und zwar einerseits wegen ihrer einfachen Anschlußmöglichkeit
an ein vorhandenes Wechselstromnetz und andererseits wegen ihrer widerstandsfähigen
Bauweise. Einige vorteilhafte Ausführungsbeispiele elektromagnetischer Rüttelgeräte
sind in den Fig. 3 bis 7 gezeigt.
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In Fig. 3 ist in einem topfförmigen Gehäuse Z ein elektromagnetischer
Schwingungserreger angeordnet, welcher aus einem Elektromagneten 12 und einem dessen
Polen vorgelagerten Anker =3 besteht. Der Elektromagnet ist an dem Böden des Gehäuses
unter Zwischenschaltung einer magnetischen Isolation 1q. starr befestigt. Der Anker
13 ist an der Mitte einer Blattfeder r5 befestigt, deren beide Enden auf dem Rand
des topfförmigen Gehäuse aufliegen. Das Gehäuse ist ferner mit einem Deckel 16 abgeschlossen.
Die Enden der Blattfeder 15 sind zwischen dem Gehäuserand und dem Deckel fest eingespannt.
Zweckmäßig kann der Gehäuse- oder Deckelrand geeignete Aussparungen zur Aufnahme
der Blattfederenden erhalten. Erforderlichenfalls kann noch eine Zusatzmasse
17 zur Vergrößerung der Masse des Ankers 13 vorgesehen werden.
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Die Wirkungsweise des Gerätes ist folgende: Wird die Erregerwicklung
des Magneten 12 an Spannung gelegt, so wird der gegenüber dem Magneten federnd gelagerte
Anker 13 im Takte der erregenden Frequenz zu kräftigen Schwingungen erregt. Die
durch den sich hin- und herbewegenden Anker hervorgerufenen Massenkräfte werden
durch die Feder 5 als -Rüttelkräfte auf das Gehäuse z und hiermit auch auf das Schweißgut
übertragen. -.
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Vorteilhaft ist es bei oder Anordnung nach Fig. 3, die Massen und
die `Federkonstante des Gerätes so aufeinander abzustimmen, daß die Eigenschwingung
des schwingenden Systems außerhalb der erregenden Frequenz liegt. Insbesondere ist
es vorteilhaft, diese Abstimmung derart vorzunehmen, daß die Eigenschwingung des
Schwingsystems unterhalb der erregenden Frequenz liegt. Hierdurch-wird erreicht,
daß bei gleicher Federbeanspruchung die Rüttelkräfte größer werden.
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Fig. q. zeigt im wesentlichen die gleiche Anordnung wie Fig. 3, sie
unterscheidet sich jedoch von dieser durch eine besondere Ausbildung des Elektromagnetsystems..
Auch hier ist der Kern eines am Boden des Gehäuses befestigten Elektromagneten 12
zweischenklig ausgebildet, doch sind seine beiden Schenkel verkürzt ausgeführt,
und der Anker 13 ist derart U-förmig ausgebildet, daß seine beiden Schenkel
in die auf dem Magnetanker angeordneten Magnetspulen hineingreifen. Der Luftspalt
zwischen Magnetkern und Anker befindet sich also im Innern der Magnetspule. Der
Anker wird von zwei stabförmigen Federn 15 (in der Zeichnung ist nur eine derselben
zu sehen) gehalten, welche in ähnlicher Weise wie die Blattfeder 15 der Fig. 3 zwischen
dem Rande des Gehäuses und dem Rand des Deckels 16 fest eingespannt sind.
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Bei der Erläuterung des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels ist
dargelegt worden, daß mittels einer mit dem federnd angeordneten Teil (Anker) verbundenen
Zusatzmasse 17 die Schwingbewegung, und zwar die Schwingungsweite, beeinflußt werden
kann. Bei der Ausführung nach Fig. q. wird eine solche Zusatzmasse in der Regel
nicht erforderlich sein, da hier der Anker 31 durch seine langen Schenkel bereits
eine vergrößerte Masse besitzt.
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Eine besondere Anbringungsart der Zusatzmasse ist in Fig. 5 gezeigt,
bei welcher eine Zusatzmasse 17 mittels einer Blattfeder, .ähnlich der Blattfeder
15 in Fig. 3, am Gehäuse angebracht und der Anker 13 mittels einer Blattfeder 18
an den beiden Armen r9 der Zusatzmasse angebracht ist. Durch diese Anordnung kann
erreicht werden, daß die Ankermasse praktisch stillsteht oder zum mindestens nur
kleine Ausschlage macht, während die Zusatzmasse =7 große Ausschläge ausführt und
hierdurch die Rüttelkraft des Gerätes vergrößert. Dies wird am besten dadurch erreicht,
daß die Abstimmung der Massen und der
Federkonstanten des in Fig.
5 gezeigten Gerätes auf die erregende Frequenz nach der Formel Cl -f - C2 = M(02
i erfolgt, worin cl die Federkonstante der Feder 15,
c2 die Federkonstante
der Feder 18, M die Masse der Zusatzmasse 17 und ar die erregende Kreisfrequenz
ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, die Massen und die Federkonstanten zusätzlich
nach der Formel C2 = m«), 2
abzustimmen, worin m die Masse des Ankers
13 ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Schwingungsweite der Zusatzmasse
17 unabhängig von Masse- und Dämpfungsänderungen praktisch konstant bleibt.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist der Anker
13 unter Zwischenschaltung einer Zusatzmasse 17 federnd mit dem Gehäuse verbunden,
wobei die Ausbildung und Anordnung der Zusatzmasse 17 und ihrer federnden Verbindung
mit dein Anker 13 einerseits und dem Gehäuse q. andererseits die gleiche ist wie
bei Fig. 5. Unterschiedlich ist jedoch, daß der Elektromagnet nicht am Gehäuse,
sondern an der Zusatzmasse 17 fest angebracht ist. Der Elektromagnet ist
also einerseits durch seine feste Anbringung an der Zusatzmasse federnd mit dem
Gehäuse und andererseits über die Feder 18 federnd mit dem Anker verbunden. Die
Vorteile dieser Anordnung sind ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 5. Auch hier
kann erreicht werden, daß trotz kleiner Luftspaltänderungen zwischen Elektromagnet
und Anker große Ausschläge der Zusatzmasse 17 und somit große Rüttelkräfte am Gehäuse
erzielt werden können, wenn die Abstimmung- so vorgenommen wird, daß (M -f- M')
' 0,)2 = c, (3) ist, worin M' die Masse der Zusatzmasse 17 einschließlich der Masse
des Elektromagneten 12 ist. Auch hier bleibt ferner die Schwingungsweite der Zusatzmasse
unabhängig von Masse- und Dämpfungsänderungen praktisch konstant, wenn zusätzlich
nach der Formel C2 = M(02 ( 4)
abgestimmt wird.
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Das in den Fig. 3 bis 6 erläuterte Gerät kann in mannigfacher Weise
abgewandelt werden. So können beispielsweise alle Ausführungsarten des Rüttelgerätes
entweder mit dem Boden oder auch mit dem Deckel auf das Schweißgut aufgesetzt werden.
Gegebenenfalls kann z. B. bei dem Gerät nach Fig. 3 an der Zusatzmasse
17 ein Klopfstößel befestigt und durch eine entsprechende Öffnung des Deckels
16 hindurchgeführt werden, so daß dieser Klopfstößel die Schwingbewegungen auf das
Schweißgut in Form von Klopfstößen überträgt. Ferner können bei allen Ausführungsbeispielen
des Gerätes die Federn an ihren beiden Enden nicht fest eingespannt, sondern gelenkig
gelagert sein. Auch die Form der Federn kann in verschiedenster Weise geändert werden.
Statt einer Blattfeder kann beispielsweise eine stabförmige Feder beliebigen Querschnittes
oder auch eine kreisrunde membranartige Federplatte verwendet werden. Wie der in
Fig. 3 dargestellte Anker 13 sowie die Zusatzmasse 17 in einer besonders vorteilhaften
Weise an der Feder 15 angebracht werden können, ist in Fig. 9 dargestellt. Die Hilfsmasse
17 ist hier in drei Teile unterteilt, von denen zwei Teile beiderseits des lamellierten
Ankers und der dritte Teil oberhalb der Blattfeder 15 angeordnet ist. Das Ganze
ist durch Schraubenbolzen fest miteinander verspannt. Die Hilfsmasse dient hierbei
also gleichzeitig zur Befestigung des Ankers an der Feder. Ferner ist es bei dieser
Anordnung vorteilhaft, daß eine Schwächung der Feder durch Nietlöcher od. dgl. vermieden
wird.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn an der Verbindungsstelle der Feder
mit dem Anker bzw. dem Magneten elastische Zwischenlagen vorgesehen werden. Wie
in Fig. 7 gezeigt ist, können hierfür beiderseits der Blattfeder Gummizwischenlägen
2o eingeklemmt werden.
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Die in Fig. 7 gezeigten Einzelheiten können sinngemäß auch bei den
Ausführungsbeispielen nach Fig. q. bis 6 angewendet werden.
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Einige besonders vorteilhafte Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung zeigen noch die Fig. 8 bis io. Das wesentliche Merkmal dieser
Ausführungsbeispiele besteht darin, daß sich der magnetische Kraftfluß nicht innerhalb
des Rüttelgerätes, sondern über das zu verschweißende Werkstück schließt.
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In Fig. 8 ist ein U-förmiger Magnetkern 21 mit seinen beiden Polen
der zu verschweißenden Blechplatte i zugewandt, so daß sich sein magnetischer Kraftfluß,
welcher von der Erregerspule hervorgerufen wird, über die Blechplatte schließen
kann. Der Magnetkern hängt an einem Federstab 22, welcher an seinen beiden Enden
in Ständern 23 gehalten wird. Die beiden Ständer sind in ihrer Höhe einstellbar,
so daß der Luftspalt zwischen den Polen des Magneten und der Blechplatte i je nach
Bedarf größer oder kleiner eingestellt werden kann. Werden die Erregerwicklungen
des Magneten an Spannung gelegt, so schwingt der Magnet im Takte der erregenden
Frequenz auf und ab und überträgt seine Schwing- bzw. Rüttelkräfte auch auf die
Blechplatte i. Da das Gerät nun Anziehungskräfte zwischen dem Magneten und der Blechplatte
i ausübt, braucht es in gleicher Weise wie das in Fig. i gezeigte Gerät nur lose
auf eine der zu verschweißenden Blechplatten aufgesetzt zu werden. Hierbei kann
es, ähnlich wie in Fig. 2 das mit einem Bügel versehene Gerät, derart auf die beiden
miteinander zu verschweißenden Teile gleichzeitig aufgesetzt werden, daß der magnetische
Kraftfluß, wie aus Fig. 8 ersichtlich, auch durch die Schweißschmelze geht.
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Um ein Mitschwingen der Spulen mit dem Kern des Magneten zu vermeiden,
können diese mit Spiel auf die Schenkel des Magneten aufgeschoben und in ihrer Lage
durch in der Fig. 8 gestrichelt eingezeichnete Halteglieder an den Ständern befestigt
werden. Vorteilhaft werden diese Halteglieder als weiche Federn ausgebildet, so
daß auch das Schwingen der Ständer von den Spulen ferngehalten wird.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist dem in Fig. 8 ähnlich, jedoch
mit dem Unterschied, daß hier statt des zweischenkligen ein dreischenkliger Elektromagnet
21 vorgesehen ist, von denen der mittlere eine
Erregerwicklung trägt.
Auch hier kann die Erregerwicklung mittels in der Zeichnung nicht dargestellter
Halteglieder, vorzugsweise weicher Federn, an den :Ständer 23 bzw. an irgendwelchen
sonstigen feststehenden Teilen befestigt werden. Ähnliche, vorzugsweise weichelastische
Halteglieder können auch zum Halten der Erregerwicklungen beliebiger anderer elektrisch
erregter Rüttelgeräte vorgesehen werden, indem beispielsweise bei den in Fig. 3
bis 6 gezeigten Rüttelgeräten die Erregerwicklungen mittels weicher Federn am Gehäuse
4 befestigt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. ro ist in gleicher Weise wie
bei Fig.9 ein dreischenkliger Elektromagnet vorgesehen. Neu ist jedoch bei diesem
Ausführungsbeispiel, daß der Magnet nicht mehr mittels einer besonderen Feder von
besonderen Ständern getragen wird, sondern daß er mit seinen beiden Außenschenkeln
unmittelbar auf der Blechplatte z steht, wobei die Hochteile des Magneten, welche
die drei Magnetschenkel miteinander verbinden, als Feder dienen. Der mittlere Schenkel
des Magneten ruht auf der Blechplatte = nicht auf, so daß zwischen diesem und der
Blechplatte die periodischen Anziehungskräfte erzeugt werden. Da die Federkonstante
des Magnetkernjoches in der Regel recht groß sein wird, so muß man zur Erzielung
einer kräftigen Schwingung, wie sie bei Resonanzabstimmung auf die erregende Frequenz
erreicht werden kann, die Masse des Magneten groß genug wählen. Gegebenenfalls ist
es hierzu erforderlich, an den Magnetkern noch eine Zusatzmasse 24 geeigneter Größe
anzubringen, wie es in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern es können auch beliebige andere Anordnungen gewählt werden.
Statt das Schweißgut zum Schwingen zu erregen, kann gegebenenfalls auch die Schweißschmelze
oder bei Abbrandschweißung auch der Schweißdraht zu Schwing-oder Rüttelbewegungen
erregt werden. Das Verfahren nach der Erfindung ist sowohl zum Schweißen beliebiger
Metalle, z. B. Leichtmetalle und deren Legierungen, als auch zum Schweißen anderer
Stoffe, wie beispielsweise Kunststoffe (z. B. Plexiglas), geeignet. Schließlich
können die dargestellten Rüttelgeräte auch zu beliebigen anderen Rüttelzwecken verwendet
werden, wie beispielsweise für Schwingmühlen, Betonrüttler, Entgasen von Schmelzen
usw.