DE1252340B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. a.:

B23k

DeutscheKl.: 21 b> 32/10

Nummer: 1252 340

Aktenzeichen: H 56038 VIII d/21 h Anmei detag: 15. Mai 1965 Auslegetag: 19. Oktober 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Wickelrohrschweißen mit Radiofrequenz, insbesondere von 450 kHz, mit Zu- und Ableitung des Stromes über beiderseits angeordnete Kontakte. Bei diesem Verfahren fließt der Strom längs den Bandkanten zur Schweißstelle und erhitzt auf diesem Weg das Band im Bereich der Schmalflächen über eine gewisse Tiefe auf Schweißtemperatur. Die erhaltene Schweißung ist im Frequenzbereich bis zu 600 kHz um so besser, mit je höheren Frequenzen gearbeitet wird, weil das Stromfeld sich dann wegen des Skineffekts scharf auf den Bereich der Bandr schmalflächen konzentriert, ohne daß umgekehrt die erhitzte Zone schmaler ausfällt, als für die unter dem Schweißdruck entstehende Stauchung zulässig ist.

Handelt es sich um Schraubennahtrohr, dann beobachtet man Ungleichförmigkeiten der Erwärmung quer über die zu erhitzenden Schmalflächen, und zwar zeigt sich an den vier Kanten der beiden aufeinander zu laufenden Schmalflächen die stärkste Erhitzung an den Kanten, die in der ersten Phase der Annäherung den kleinsten Abstand voneinander haben, und daß die Temperatur — quer über das Band gerechnet — zur jeweils anderen Kante hin abfällt. Dieser Effekt tritt allerdings erst bei Frequenzen im Radiofrequenzband wesentlich in Erscheinung, wird dann aber so ausgeprägt, daß nahe der Schweißstelle jede der beiden Schmalflächen nur in einem schmalen Streifen rotglühend erscheint, während die Fläche im übrigen schwarz bleibt. Damit ist naturgemäß eine saubere Schweißung nicht zu erhalten. Meist sind die Mängel so erheblich, daß man sich auch durch Nachschweißen von Hand nicht helfen kann:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Mangel abzuhelfen. Eine Lösung dieser Aufgabe wurde darin gefunden, daß von der äußeren Zone der Schweißfläche des zulaufenden Bandes und von der inneren Zone der Schweißfläche des schon gewickelten Bandes Ströme ab- und über Luftspalte der bereits erhitzten Außenfläche des schon gewickelten Bandes und der bereits erhitzten Innenfläche des zulaufenden Bandes zugeleitet werden. Man kann die gefundene Lösung aber auch in der Maßnahme sehen, daß in einem Raum, welcher von den beiden, besonders in ihren einander zugewandten — inneren — Zonen schon erhitzten Schweißflächen durchstoßen wird, zusätzlich elektrisch leitende Teile derart angeordnet werden, daß sie unter Einschluß der einander entferntesten Schweiß- und Oberflächenzonen und im Kontakt mit diesen des zulaufenden und des gewickelten Bandes einen engen Raum längs

Verfahren zum Wickelrohrschweißen mit Radiofrequenz

Anmelder:

HoeschAktiengesellschaft, Dortmund, Eberhardstr. 12

Als Erfinder benannt: Adalbert Sablotny, Hagen; Werner Wennemann, Dortmund-Kirchhörde

jener Zonen abgrenzen und mit ihren freien, oberflächenweisenden Enden gegebenenfalls an zu den Kontakten verlaufenden zusätzlichen direkten Stromzuführungen, in welche Kondensatoren eingeschaltet sind, angeschlossen sind.

Wenn man in dieser Weise verfährt, so verschwindet, wie die Erfahrung gezeigt hat, die ungleichmäßige Temperaturverteilung, und es wird gleichförmige Erhitzung erhalten. Die Schmalflächen des Bandes erscheinen dann über ihre volle Breite gleich hellrot, und es ergeben sich ebenso günstige Schweißbedinungen wie beim Schweißen von Längsnahtrohr, wo die hier in Rede stehenden Schwierigkeiten wegen der ganz symmetrischen Verhältnisse nicht auftreten.

Es ist beim Schweißen mit Längsnahtrohr aus der deutschen Auslegeschrift 1069 312 bekannt, den Schweißspalt kurz vor der Schweißstelle durch ein Kontaktstück zu überbrücken. Diese Maßnahme hat den Zweck, Lichtbogenbildung am Schweißpunkt und ein Wandern des Schweißpunktes zu verhindern. Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe dient diese bekannte Überbrückung des Schweißspaltes nicht, zumal diese Aufgabe beim Schweißen von Längsnahtrohr nicht gestellt ist.

Die Erfindung bezieht sich sodann auf eine zur Durchführung des angegebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung. Diese Vorrichtung arbeitet in üblicher Weise mit Kontakten zur Stromzuführung, die im Abstand von der Schweißstelle benachbart zu den der Schweißstelle sich nähernden Bandkanten am Band anliegt. Ihr wesentliches Merkmal besteht darin, daß im Bereich zwischen der Schweißstelle und den Kontakten Elektroden angeordnet sind, von denen jede einen Teil des an einem Kontakt zugeführten Schweißstroms vor Erreichen der Schweißstelle abzweigt und auf die Bandschmalfläche überleitet, die dem anderen Kontakt zugeordnet ist.

In der bevorzugten Ausführung dieser Vorrichtung steht die Fläche jeder Elektrode, an der der

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Strom auf die ihr gegenüberstehende Bandschmal- II-II in Fig. 1 und soll veranschaulichen, welche fläche übergeht, einem Flächenteil dieser Band- Temperaturverhältnisse sich ergeben, wenn man mit schmalfläche gegenüber, der von derjenigen Band- einer Maschine, wie sie schematisch in F i g. 1 darkante abgewandt ist, die den kleineren Abstand von gestellt ist, bei einer Frequenz im Radiofrequenzband der entsprechenden Kante der anderen Bandschmal- 5 schweißt. Dann zeigt sich nämlich die stärkste Erflächehat. : wärmung an den beiden nahe benachbarten Kanten 7

Die Elektroden können mit den Bandschmal- und 8, die hellrot glühen. Zu den entgegengesetzten flächen, auf die sie einen Teil des Schweißstroms Kanten 9 und 10 hin fällt die Temperatur stark ab. überleiten, in gleitender Berührung stehen und mit Schon in der Mitte verschwindet jede Rotglut, und in den ihnen zugeordneten Kontakten über je eine Im- io der Nachbarschaft der Kanten 9 und 10 erscheinen pedanz verbunden sein. Dabei kann der gesamte die Schmalflächen der Bandteile dunkel.
Schweißstrom mindestens auf einem Teil des Weges Es wird vermutet, daß diese unerwünschte, jede vom Kontakt zur zugeordneten Elektrode durch das einwandfreie Schweißung vereitelnde Temperatur-Band und vom Band auf die Elektrode über die Im- verteilung auf die Verteilung des elektrischen Feldes pedanz geleitet werden. Die Impedanzen sind zweck- 15 zurückzuführen ist, das sich zwischen den beiden mäßig kapazitiv und haben, wenn sie in Form ein- Bandteilen l und 2 ausbildet und bei den in Betracht stellbarer Kondensatoren verwendet werden, den Vor- kommenden hohen Frequenzen einen beträchtlichen teil leichter Stromregelung. Verschiebungsstrom führt. Dies ist in Fig. 3 bis 5

Die Zeichnung veranschaulicht ein Schema zur Er- veranschaulicht, welche Schnitte nach den Linien

läuterung der Wirkungsweise und des grundsätzlichen ao III-III, IV-IV und V-V in Fig. 1 darstellen. Dabei

Aufbaus einer erfindungsgemäß gestalteten Einrich- deuten die gestrichelten Linien zwischen den beiden

tung und ferner einige Ausführungsbeispiele. Es zeigt Bandteilen 1 und 2 (ohne Anspruch auf Exaktheit)

Fig. 1 eine schematische Darstellung der beiden den Verlauf der elektrischen Feldlinien an.
in einer Maschine zum Widerstandsschweißen von Bei noch verhältnismäßig großem Abstand gemäß Schraubennahtrohr der Schweißstelle zulaufenden 25 Fig. 3 ist die Feldverteilung einigermaßen gleichBandteile, mäßig. Zudem fließt noch ein geringer Verschiebungs-

F i g. 2 bis 5 im Maßstab vergrößerte Schnitte nach strom. Bei dem kleineren Abstand nach F i g. 4 haben

den Linien II-II, III-III, IV-IV und V-V in Fig. 1, sich die Kanten 7 und 8 schon so stark genähert, daß

F i g. 6 ein stark vereinfachtes Schaltschema einer das Feld sich in ihrer Umgebung konzentriert. Da

Ausführungsform der Erfindung, 30 zugleich die Größe des Verschiebungsstroms gestie-

Fi g. 7 ein Schema zur Veranschaulichung der geh ist, wird das Band in der Umgebung der Kanten 7

räumlichen Anordnung der Kontakte und Elektroden und 8 stärker erhitzt als anderswo, wobei die Erhit-

bei einer von Fig. 6 etwas abweichend gestalteten zung sich wegen des Skineffekts fast allein auf die

Aüsführungsform, Schmalflächen 5 und 6 erstreckt, während die Breit-

Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 7, 35 flächen des Bandes nahezu kalt bleiben. Ist schließ-

Fig. 9 einen Schnitt nach LinieIX-IX in Fig. 8 lieh der Abstand auf das kleine Maß gefallen, das in

und F i g. 5 gezeichnet ist, so ist die Feldkonzentration

Fig. 10 eine der Fi g. 8 entsprechende Darstellung Stärkstens ausgeprägt. In dieser Stellung fließt zudem

einer weiteren Ausführungsform. ein erheblicher Verschiebungsstrom.

Fig. 1 zeigt in einer rein schematisch gehaltenen 40 In dem zur prinzipiellen Erläuterung der Erfin-Stirnansicht —- gesehen in Richtung der Achse des dung dienenden Schema nach F i g. 6 erscheinen werdenden Rohres — die beiden auf die Schweiß- wieder die beiden Bandteilel und 2 mit Schmalstelle W in Richtung der gezeichneten Pfeile zu- flächen 5 und 6 und die zur Zuführung des Schweißlaufenden Bandteile, nämlich einen geraden oder ge- Stroms dienenden Kontakte 3 und 4, die hier auf den Streckten TeillundeineninderZeichnung vor dem 45 Breitflächen der Bandteile liegend dargestellt sind, Teil l zu denkenden gekrümmten Teil 2. Dieser letz- ohne daß diese Abweichung eine Bedeutung hätte, tere bildet natürlich eine Fortsetzung des Teiles 1, Gezeichnet sind ferner die zur Schweißstromquelle nachdem dieser nach Passieren der Schweißstelle führenden Zuleitungen 3 a und 4 a. Im Bereich zwiriahezu eine volle Windung zurückgelegt hat. Zur sehen der Schweißstelle W und den Kontakten 3, 4 besseren Übersicht sind die Mittel zum Antrieb und 50 sind zwei »Elektroden« 11 und 12 angeordnet, von zur Formung des Bandes in der Zeichnung fort- denen die Elektrode 11 mit dem Kontakt 3 über eine gelassen. Gezeichnet sind dagegen zwei Kontakt- Leitung 13 verbunden ist, die eine als Kondensator stücke 3 und 4, die durch für die Fortleitung von gezeichnete Impedanz 14 enthält, während entHochfrequenz geeignete Leitungen 3 a und Aa an sprechend die Elektrode 12 an den Kontakt 4 durch eine nicht gezeichnete Quelle hochfrequenten Stromes 55 eine Leitung 15 mit Impedanz 16 angeschlossen ist. angeschlossen sind. Eine geeignete Frequenz ist Die mit dem Kontakt 3 verbundene Elektrode 11 liegt 450 kHz. Die Kontakte 3 und 4 liegen mit Druck an an der dem Kontakt 4 zugeordneten Schmalfläche 6 den Schmalflächen 5 und 6 der beiden Bandteile an, und entsprechend die dem Kontakt 4 zugeordnete also an den Schmalflächen, die im Bereich der Elektrode 12 an der dem Kontakt 3 zugeordneten Schweißstelle W einander gegenüberstehen und 60 Schmalfläche 5 an. Dadurch wird der gesamte, durch — auf Schweißtemperatur erhitzt — ineinander- die Leitungen 3 α und 4 ο fließende Schweißstrom fließen. Die Mittel zur Erzeugung des dazu nötigen verzweigt. Ein Teil des bei 3 a zufließenden Stromes axialen Druckes sind gleichfalls nicht gezeichnet. fließt längs der strichpunktierten Linie 17 und somit Praktisch wird der Abstand der Kontakte 3 und 4 längs der Schmalfläche 5 zur Schweißstelle W und von der Schweißstelle kleiner gewählt, als aus Grün- 65 längs der strichpunktierten Linie 18, also längs der den der besseren Übersicht gezeichnet ist. Schmalfläche 6, zum Kontakt 4. Ein anderer Teil des

F i g. 2 zeigt einen im Maßstab vergrößerten bei 3 a zufließenden Gesamtstroms fließt über die

Schnitt durch die Bandteile 1 und 2 nach der Linie Leitung 13, die Impedanz 14 und die Elektrode 11

Claims (7)

zur Schmalfläche 6 und längs dieser Fläche entlang der gestrichelten Linie 19 zum Kontakt 4. Symmetrisch zu diesem Strompfad verläuft ein weiterer Pfad vom Kontakt 3 entlang der gestrichelten Linie 20 zu der an der Schmalfläche 5 anliegenden Elektrode 12 und von dort über die Leitung 15 und die Impedanz 16 zum Kontakt 4. Die über die beiden Elektroden 11 und 12 fließenden Ströme, die nicht über die Schweißstelle W geleitet werden, erzeugen an den Bandschmalflächen 5 und 6, bevor diese die Schweißstelle W erreichen, so viel zusätzliche Wärme, daß die ungleichmäßige Temperaturverteilung, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, im Bandabschnitt zwischen den Elektroden 11 und 12 und der Schweißstelle W verschwunden ist. Dabei entsteht die Wärme wahrscheinlieh in der Hauptsache innerhalb der Übergangswiderstände an den Berührungsflächen 21 und 22 zwischen den Elektroden 11,12 und den Schmalflächen 5,6. Grundsätzlich läßt sich die erstrebte Wirkung aber auch erreichen, wenn man auf eine »0 direkte Berührung verzichtet, die Elektroden also in geringem Abstand von den Schmalflächen anordnet und die vom Gesamtstrom abgezweigten Ströme über die damit entstandenen Luftspalte übergehen läßt, sich also auf die Wirkung der Jouleschen Wärme beschränkt, die von den übergehenden Strömen im Band erzeugt wird. Die Impedanzen 14 und 16 sind zur Vermeidung eines Kurzschlusses notwendig, können aber mit Vorteil außerdem zur richtigen Einstellung der mittels der Elektroden 11 und 12 übergeleiteten Ströme dienen. In F i g. 7 ist die räumliche Anordnung der Kontakte und Elektroden schematisch wiedergegeben, und zwar mit einer den Aufbau vereinfachenden Abwandlung, deren Merkmale noch deutlicher aus F i g. 8 und 9 hervorgehen. Die Elektroden 11 und 12 sind hier mit polschuhartigen Fortsätzen 23 und 24 versehen, deren Stirnflächen 25 und 26 den Breitflächen 27 und 28 der beiden Bandteile mit gewissem Abstand, also unter Bildung je eines Luftspaltes 29 und 30, gegenüberstehen. Der Strom geht also vom Bandteil 1 über den Luftspalt 29 auf die Elektrode 23 über, und entsprechendes gilt für den Bandteil 2, den Luftspalt 30 und die Elektrode 24. Eine besondere Leitungsverbindung zwischen den Kontakten 3 und 4 und den Elektroden 11 bzw. 12 kann damit fortfallen. F i g. 7, 8 und 9 veranschaulichen im übrigen eine besonders zweckmäßige Elektrodengestalt, deren Merkmal darin besteht, daß sich die Berührungsflächen 21 und 22 nur auf einen Teil der Schmalflächen 5 und 6 beschränken, und zwar einen Teil, der den Bandkanten 9 und 10 benachbart ist. Dadurch entsteht die von den übergeleiteten Strömen erzeugte Wärme vorwiegend dort, wo das von den Kontakten 3 und 4 her zulaufende Band, wie in F i g. 2 gezeigt, eine zu niedrige Temperatur hat. Schließlich zeigt Fig. 10 eine Ausführung, die zwar im Aufbau nicht so einfach ist wie die Ausführung nach F i g. 7 bis 9, dafür aber den Vorteil erleichterter Einstellung der an den Elektroden übergehenden Ströme durch zwischengeschaltete Impedanzen in Form von Kondensatoren hat. Die Elektroden 11 und 12 sind bei der Ausführung nach Fig. 10 nicht mit polschuhartigen Fortsätzen versehen, vielmehr durch je eine Leitung 31, 32 an die eine Belegung von Kondensatoren 33 und 34 angeschlossen. Die andere Belegung der Kondensatoren ist durch eine Leitung 35 bzw. 36 mit je einer Hilfs- elektrode 37 bzw. 38 verbunden, die lediglich den Zweck hat, einen Teil des von den Kontakten 3, 4 kommenden und längs den Schmalflächen 5,6 fließenden Stromes aus dem Band abzuzweigen und über die Kondensatoren 33, 34 zu den eigentlichen Elektroden 11,12 überzuleiten. Die Hilfselektroden und 38 können auf den Breitflächen der Bandteile 1, 2 ähnlich wie die Kontakte 3, 4 direkt anliegen. Sie können aber auch mit der Breitfläche des Bandes einen engen Luftspalt bilden. Man könnte in der Anordnung nach Fig. 10 die Leitungen 35 und statt an Hilfselektroden auch direkt an die Kontakte 3 bzw. 4 anschließen und hätte damit eine Anordnung, die mit dem Schema nach F i g. 6 vollständig übereinstimmt. Durch die Hilfselektroden 37, 38 wird jedoch der zusätzliche Vorteil erreicht, daß die Stromverzweigung nicht wie in F i g. 6 bereits an den Kontakten 3 und 4 erfolgt, daß also der gesamte von diesen Kontakten zugeführte Strom zunächst noch längs den Bandschmalflächen fließt und somit für die Erzeugung der Schweißwärme besser ausgenutzt wird. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Wickelrohrschweißen mit Radiofrequenz, insbesondere von 450 kHz, mit Zu- und Ableitung des Stromes über beiderseits angeordnete Kontakte, dadurch gekennzeichnet, daß von der äußeren Zone der Schweißfläche des zulaufenden Bandes und von der inneren Zone der Schweißfläche des schon gewickelten Bandes Ströme ab- und über Luftspalte der bereits erhitzten Außenfläche des schon gewickelten Bandes und der bereits erhitzten Innenfläche des zulaufenden Bandes zugeleitet werden.

2. Verfahren zum Wickelrohrschweißen mit Radiofrequenz, insbesondere von 450 kHz, mit Zu- und Ableitung des Stromes über beiderseits angeordnete Kontakte, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Raum, welcher von den beiden, besonders in ihren einander zugewandten — inneren — Zonen schon erhitzten Schweißflächen durchstoßen wird, zusätzlich elektrisch leitende Teile derart angeordnet werden, daß sie unter Einschluß der einander entferntesten Schweiß- und Oberflächenzonen und im Kontakt mit diesen des zulaufenden und des gewickelten Bandes einen engen Raum längs jener Zonen abgrenzen und mit ihren freien, oberflächenweisenden Enden gegebenenfalls an zu den Kontakten (3, 4) verlaufenden zusätzlichen direkten Stromzuführungen, in welche Kondensatoren eingeschaltet sind, angeschlossen sind.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit Kontakten zur Stromzuführung, die im Abstand von der Schweißstelle benachbart zu den der Schweißstelle sich nähernden Bandkanten am Band anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen der Schweißstelle (W) und den Kontakten (3, 4) Elektroden (11,12) angeordnet sind, von denen jede (z. B. 11) einen Teil des an einem Kontakt (z. B. 3) zugeführten Schweißstroms vor Erreichen der Schweißstelle (W) abzweigt und auf die Bandschmalfläche (z. B. 6) überleitet, die dem anderen Kontakt (z. B. 4) zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (z.B. 21) jeder

Elektrode (ζ. Β. 11), an der der Strom auf die ihr gegenüberstehende Bandschmalfläche (z. B. 6) übergeht, einem Flächenteil dieser Bandschmalfläche gegenübersteht, der von derjenigen Bandkante (z. B. 7) abgewandt ist, die den kleineren Abstand von der entsprechenden Kante (z. B. 8) der anderen Bandschmalfläche (z. B. 5) hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11, 12) mit den Bandschmalflächen (5,6), auf die sie einen Teil des Schweißstroms überleiten, in gleitender Berührung stehen und mit den ihnen zugeordneten Kontakten (3,4) über je eine Impedanz (14,16) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Schweißstrom mindestens auf einem Teil des Weges vom Kontakt (z. B. 3) zur zugeordneten Elektrode (z. B. 11) durch das Band (z. B. 1) und vom Band auf die Elektrode (z. B. 11) über die Impedanz (z. B. 33) geleitet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen kapazitiv sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 069 312,
963.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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