Verfahren zum Erhitzen und Zusammenschweissen von zwei Metallteilen mit Hochfrequenzstrom Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung bzw. Vorrichtung zum Erhitzen und Aneinanderschweissen von zwei Metallteilen, durch welche entlang ihren Rändern Hochfrequenzstrom geleitet wird. Unter anderem ist die Erfindung ins besondere zum Stumpfschweissen und zur über lappungsschweissung der Enden bzw. Rändern von Stahlblechen oder Bandmetall geeignet.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die mit ge ringem Abstand parallel zueinander verlaufenden Ränder von zwei Metallblechstücken dadurch auf Schweisstemperatur zu erhitzen, dass eine Hochfre quenzstromquelle derart angeschlossen wird, dass der Strom an dem Rand des einen Stückes entlang bis zu dessen Ende fliesst, dann zu dem entsprechenden Ende des anderen Stückes übergeleitet und an dessen Rand entlang zu der Stromquelle zurückgeführt wird.
Dabei sollten die in entgegengesetzter Richtung an den beiden nahe beieinander verlaufenden Rändern flie ssenden Hochfrequenzströme durch gegenseitige In duktion an den zu verschweissenden Flächen der Ränder derart konzentriert werden, dass die Schweiss ränder auf die genaue Schweisstemperatur erhitzt werden; der Strom sollte dann abgeschaltet und die erhitzten Ränder gegeneinandergepresst werden. In Abänderung dieses Verfahrens wurde vorgeschlagen, die Hochfrequenzströme in derselben Richtung an den beiden parallel zueinander verlaufenden Rändern entlang zu führen und an diesen durch einen Strom leiter zu konzentrieren, der zwischen den Rändern angeordnet ist und an dem der Strom in der ent gegengesetzten Richtung fliesst.
Soweit bekannt, haben diese Verfahren bisher keine praktische Anwendung gefunden und wurden bei der Durchführung von Versuchen aus den nachstehenden Gründen auch als praktisch unbrauchbar befunden. Obwohl der be- kannte Skineffekt (Hautwirkung) bei Hochfrequenz strom an sich den Stromfluss auf die miteinander zu verschweissenden Ränder konzentriert, so trat diese bei den erwähnten Vorschlägen als vorteilhaft ver mutete Wirkung nicht mit genügender Gleichmässig keit ein. Zwar wurden die Enden der Schweissränder auf Schweisstemperatur erhitzt, der Stromfluss wurde aber zwischen diesen Enden nicht genügend auf die Ränder konzentriert.
Wenn daher diese mittleren Teile der Schweissränder auf Schweisstemperatur er hitzt werden sollten, so wurden die Endteile der Schweissränder, an denen der Strom konzentrierter ist, überhitzt und infolgedessen für eine gute Schwei ssurig zu weich. Dieser Übelstand trat insbesondere bei verhältnismässig langen Schweissrändern auf, war jedoch bei Versuchen auch für Schweissränder fest stellbar, die nicht länger als ein oder zwei Zoll waren.
Eine weitere Schwierigkeit ergab sich aus dem Um stand, dass beim Erhitzen der Schweissränder auf Schweisstemperatur und insbesondere bei dem er läuterten ungleichmässigen Erhitzen ein derart starkes Werfen der Randteile auftrat, dass beim Zusammen pressender Ränder bzw. Verschweissen die Schweiss zone wellig wurde und störende Höcker und Täler aufwies. Auch sollte nach den erwähnten Vorschlägen Hochfrequenzstrom von 30 Kilohertz angewendet werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei dieser Frequenz die gegenseitige Induktion zwischen den den Heizstrom führenden Rändern nicht eine solche Stromkonzentration in den Rändern hervorzurufen vermag, dass entweder die tatsächlichen Randflächen der zu verschweissenden Ränder wirksam erhitzt wer den oder eine Erwärmung und Erweichung des Metalles hinter den Rändern und damit das Werfen und sonstige störende Beeinflussungen bei Aufrecht erhaltung einer für ein einwandfreies Schweissen ge- nügenden Festigkeit bzw. Stützwirkung des hinter dem eigentlichen Schweissrand anstehenden Metalles vermieden werden.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ermöglicht, diese Nachteile völlig zu vermeiden, und besteht darin, dass die Impedanz derjenigen Teile der Stromwege, die hinter den Schweissrändern verlaufen, vor dem Schweissen mit Mitteln so geregelt wird, dass ein solches Ausmass von Stromkonzentration an die sen Rändern erreicht wird, als erforderlich ist, um die Ränder gleichzeitig gleichmässiger auf ihrer gesamten Länge auf Schweisstemperatur zu erhitzen.
Die Erfindung ist, wie sich zeigte, besonders ge eignet zum sicheren und glatten Stumpfschweissen der Enden von Stahlstücken in den Beizrändem in Stahl werken oder bei Walzwerkstrassen oder zur Herstel lung von zusammenhängenden Metallbändern oder -streifen, aus denen Rohre gebildet werden sollen, ferner, um Ränder von Stahlplatten einwandfrei und glatt zusammenzuschweissen. Ausserdem können bei Anwendung der Erfindung auch andere Metalle als Eisen oder Stahl geschweisst werden, z. B. Aluminium oder Kupfer hoher Leitfähigkeit, die bei Anwendung von Induktionserhitzung zum Schweissen nicht ein wandfrei erhitzt werden können.
Schliesslich ist die Erfindung auch beim Zusammenschweissen von Metallteilen anwendbar, die aus verschiedenem Metall bestehen und verschiedene Schweisstemperaturen er fordern.
Merkmale von Ausführungsbeispielen der Erfin dungen ergeben :sich aus .der nachfolgenden Beschrei bung anhand der Zeichnung. In dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung einer wei teren bevorzugten Ausführungsform, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt zu Fig. 2, Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung einer ande ren Ausführungsform der Anordnung, Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht von Teilen der Ausführungsform nach Fig. 4 in der Stellung, die sie während des Erhitzungsvorganges einnehmen, Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch eine der Fig.
4 entsprechende Ausführungsform in grösserem Massstab, bei der die einzelnen Teile ebenfalls in der Stellung dargestellt sind, die sie beim Erhitzen ein nehmen, Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung, bei der die einzelnen Teile jedoch in der Stellung gezeigt sind, die sie beim Schweissvorgang einnehmen, Fig. 8 einen Teilschnitt für eine Ausführungs form nach Fig. 6, die jedoch zum Überlappungs schweissen dient und Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Darstellung der Teile nach beendeter Überlappungsschweissung. Nach Fig. 1 der Zeichnung sind zwei Metallstrei fen 10, 11, die beispielsweise aus verhältnismässig breitem und dünnem Stahl bestehen, mit ihren Rän- dern 12, 13 dicht beieinander angeordnet.
An diesen Rändern sollen die Metallstreifen 10, 11 miteinander verschweisst werden. Mit 14 und 15 sind zwei Platten oder Stäbe bezeichnet, die aus Material hoher elek trischer Leitfähigkeit, z. B. Aluminium oder Kupfer oder anderem Material, bestehen, das vorzugsweise eine höhere elektrische Leitfähigkeit hat als das Metall der miteinander zu verschweissenden Teile 10, 11. Die Stäbe oder Platten 14, 15 sind verhältnis mässig starr ausgebildet und so angeordnet, dass sie die Streifen 10, 11 mit Anpressdruck berühren und sie nach unten fest auf eine Unterlagsfläche aufpressen, die eine elektrisch isolierte Stützfläche aufweisen kann. Die Platten oder Stäbe 14, 15 können auch unter den Metallstreifen 10, 11 angeordnet sein.
Die Stirnränder 16, 17 der starren Glieder 14, 15 sind verhältnismässig dicht beeinander angeordnet, liegen aber, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, etwas hinter den Rändern 12, 13, an denen die Metall streifen 10, 11 miteinander verschweisst werden sol len. Der Abstand der Ränder 16, 17 sowie die Ränder 12, 13 sind in der Zeichnung der Deutlichkeit halber etwas grösser dargestellt, als er in Wirklichkeit ist. Die Ränder 16 und 17 sollen so weit hinter den Rändern 12, 13 angeordnet sein, dass sie nicht mit Teilen der Ränder 12, 13 in Berührung kommen, die leicht erhitzt werden und beim Erhitzen auf Schweisstem peratur erweichen.
Mit 18 ist eine Hochfrequenzquelle bezeichnet, deren Klemmen bei 19 und 20 an die starren Glieder 14, 15 angeschlossen sind. Die anderen Enden dieser Glieder sind durch einen elektrischen Leiter 21 mit einander verbunden, .dessen Klemmen bei 22, 23 mit den Gliedern 14 und 15 verbunden sind. Auf diese Weise ist ein Stromkreis gebildet, der von der Hoch frequenzstromquelle über das eine starre Glied 14 zu dessen anderem Ende, dann auf das andere Ende des anderen starren Gliedes 15 und von da zurück zu der anderen Klemme der Hochfrequenzquelle führt.
Da die Ränder 16 und 17 verhältnismässig dicht bei einander angeordnet sind, fliesst der Hochfrequenz strom bzw. der Teil des Stromes, der in den starren Gliedern 14, 15 entlang geht, statt in die zu ver schweissenden Glieder 10 und 11 überzutreten, dicht an den Rändern 16 und 17 entlang. Da aber diese Glieder 14 und 15 mixt den zu verschweissenden Teilen 10, 11 in leitender Berührung stehen, und zwar in Druckberührung, gehen beträchtliche Teile des Stromes in die zu verschweissenden Teile 10, 11 über, und da die Ränder 12 und 13 sehr dicht beieinander angeordnet sind, wird der Strom an diesen Rändern stark konzentriert.
In vielen Fällen können gute Ergebnisse erreicht werden, wenn bei der Anordnung nach Fig. 1 die Ränder 16 und 17 gerade verlaufen und gleich mässigen Abstand voneinander haben. Wegen des Nachbarschaftseffektes wird der in den Metallteilen 10 und 11 fliessende Strom stark an den Rändern 12 und 13 konzentriert. In vielen Fällen wird er dabei auch genügend gleichmässig sein, um eine befrie- digende Schweissung zu ermöglichen, wenn die Ränder nach dem Erhitzen auf Schweisstemperatur und dem Abschalten des Stromes gegeneinandergepresst wer den. Wenn dagegen die leitenden Glieder 14 und 15 nicht angeordnet wären, so könnte dies nicht er reicht werden.
In vielen Fällen kann es aber bei der Anordnung nach Fig. 1 und gerade verlaufenden Rändern 16 und 17 auch vorkommen, dass Teile der Ränder 12 und 13 überhitzt werden, während andere Teile der Rän der noch zu kühl bleiben, um eine gleichmässige Schweissung zu gewährleisten. Diese Schwierigkeit kann vermieden werden. Wenn z. B. Teile der Ränder 12, 13, die an oder nahe der mit dem Bezugszeichen 25 bezeichneten Stelle liegen, zu kühl bleiben sollten, nachdem andere Stellen bereits die Schweisstemperatur erreicht haben, so kann diese Wirkung ausgeglichen werden, indem bei 27 und 28 in den Rändern der starren Glieder 14 und 15 Ausnehmungen bzw. Ein buchtungen angeordnet werden.
Wenn anderseits Teile der zu verschweissenden Ränder, beispielsweise bei 29 und 30, zu heiss werden würden, bevor andere Teile die Schweisstemperatur erreichen, so kann die ser Schwierigkeit dadurch begegnet werden, dass die Ränder 16 und 17 mit Vorsprüngen 31, 32 ver sehen werden. Die Einbuchtungen und Ausnehmun- gen 27, 28 bewirken, dass die Impedanz für den Hochfrequenzstrom, der in den Elementen 14, 15 fliesst, beim Vorbeifliessen an diesen Ausnehmungen bzw. Einbuchtungen gesteigert ist, so dass der Strom fluss in diesen Elementen Wegen folgt, die etwas weiter von den Randteilen 25, 26 entfernt liegen als an anderen Stellen.
Es ergibt sich hieraus, dass die Konzentration des Stromes in den Randteilen 25, 26 herabgesetzt wird, wodurch diese Teile selbst bei Anwendung grösserer Erhitzung weniger erhitzt wer den. In den vorspringenden Bereichen 31, 32 wird der in den starren Gliedern 14, 15 fliessende Strom dichter an die Randteile 29 und 30 gedrängt, wobei man normalerweise annehmen könnte, dass in diesen Teilen mehr Strom fliesst und diese Teile, obwohl sie bereits überhitzt sind, weiter erhitzt würden.
Da aber die Ausnehmungen 27 und 28 dem Stromfluss in den Elementen 14 und 15 eine grössere Impedanz bieten, wird ein grösserer Teil des Stromes nach unten in die Teile 10, 11 in diesen Bereichen eingeleitet, wodurch die Erhitzung der Randteile 25, 26 ge steigert wird, was gerade zur Vermeidung der Fehler quellen der oben erwähnten früheren Vorschläge erstrebt wird. Obwohl angenommen werden könnte, dass die vorspringenden Teile 31 und 32 bewirken könnten, dass die Teile 29 und 30 in grösserem Aus masse erhitzt würden, trotzdem es erwünscht ist, sie weniger zu erhitzen, so wird doch eine solche Wir kung durch den Seiteneffekt verhindert, der verur sacht, dass die Impedanz in den Bereichen 31 und 32 der Elemente 14, 15 herabgemindert wird.
Hierdurch fliesst in den Randteilen 29, 30 weniger Strom, wodurch eine Überhitzung vermieden wird. Die Form und der Verlauf der Randteile der lei tenden Glieder 14, 15 werden vorzugsweise durch Versuche bestimmt. Dies kann in der Weise erfolgen, dass die zu verschweissenden Teile 10 und 11, die aus einem bestimmten Metall, z. B. Stahl, bestehen, und die eine bestimmte Breite und Dicke haben, bei An wendung von starren Gliedern 14 und 15 von eben falls bestimmten Abmessungen in der in Fig. 1 dargestellten Weise angeordnet werden, aber zunächst in der Form, dass die Ränder 16 und 17 gerade ver laufen.
Wenn dann bei der Durchführung des Ver suches mit dieser Anordnung Hochfrequenzstrom zugeführt wird und festgestellt wird, dass bestimmte Bereiche der Ränder 12 und<B>13</B> zu kühl bleiben, nachdem andere Stellen bereits überhitzt sind, so werden die Randteile der Glieder 14, 15 an diesen kühleren Stellen zurückgeschnitten, unterbrochen oder mit Ausnehmungen in einem .solchen Ausmass versehen, dass die Unterhitzung vermieden wird.
Wenn anderseits Teile 29, 30 beispielsweise zur Überhitzung neigen oder die Schweisstemperatur nicht so rasch erreichen als andere Teile, so werden die angrenzenden Teile der Glieder 14, 15 bei 31, 32 in der dargestellten Weise verlängert, wodurch die Impedanz des dicht an den Bereichen 29 und 30 fliessenden Stromes verringert wird und die L7ber- hitzung vermieden wird.
Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus Fig. 2, in der die, selben Teile der Anordnung mit denselben Bezugs zeichen bezeichnet sind wie in Fig. 1. In diesem Fall wird das leitende Glied 15 beispielsweise in fester Lage gegen den Metallstreifen 11 an der durch die Pfeile 34, 35 bezeichneten Stelle nach unten gepresst, was beispielsweise durch Druckzylinder erfolgen kann, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind.
Das starre Glied 14 kann in derselben Weise gegen den Metall streifen 10 angepresst werden, indem der Anpress- druck in Richtung der Pfeile 36 und 37 ausgeübt wird. Der Strom wird den starren Gliedern 14 und 15 durch Kontakte 38, 39 zugeführt, die an die Hoch frequenzquelle angeschlossen sind. Wenigstens der Kontakt 38 kann als Gleitkontakt ausgebildet sein, der mit dem Ende des starren Gliedes 14 in Gleit- berührung steht. Diese Kontakte oder Elektroden können, wie es bei Hochfrequenzgeräten an sich be kannt ist, vorzugsweise mit Kühlkanälen versehen sein.
Die starren Glieder 14 und 15 können, wenn sie häufig gebraucht werden, ebenfalls gekühlt wer den. Die entgegengesetzten Enden der starren Glieder 14 und 15 sind durch ein U-förmiges Kontaktglied 40 miteinander verbunden, das vorzugsweise ebenfalls kühlbar ist und von dem mindestens der Teil 41 in Gleitberührung mit dem starren Glied 14 steht.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die einander gegenüberliegenden Ränder der starren Glieder 14 und 15 bei 43 und 44 abgeschrägt, so dass der in ihnen fliessende Strom nach unten dicht an die Ränder 12, 13 der Glieder 10, 11 gedrängt wird, die miteinander zu verschweissen sind. Bei dieser Ausführungsform ist die Impedanz der Ränder der starren Glieder 14 und 15 durch enge Schlitze 45 verändert, die in die Ränder eingeschnitten sind und beispielsweise rechtwinklig zu ihnen nach hinten verlaufen. Die Schlitze enden in kreisförmigen Öffnungen 46.
Die besondere Form, Anzahl und Lage dieser Unterbrechungen der Ränder 14 und 15, ent sprechend Fig. 2, ist nur als Beispiel dargestellt und kann geändert werden. Zweckmässig wird die An ordnung der Unterbrechungen durch Versuche fest gestellt, wie sie vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden sind. Auf diese Weise können die besten Ergebnisse beim Zusammenschweissen der Streifen oder Platten verschiedenster Art und Ab messungen ermittelt werden. Infolge des Nachbar schaftseffektes wird der Hochfrequenzstrom dazu neigen, dicht an den vorderen Teilen der Ränder 43, 44 zu fliessen und in die Ränder 12 und 13, die mit einander zu verschweissen sind, überzutreten.
Jedoch wird die Impedanz für den Strom in den Rändern 43, 44 an den Schlitzen 45 wesentlich-gesteigert, wodurch ein grösserer Teil des Stromes dazu gebracht wird, von den Rändern 43, 44 in das Metall der mitein ander zu verschweissenden Teile 10 und 11 über zutreten und an den Rändern 12 und 13 derselben entlangzufliessen. Die Heizwirkung wird daher an den den Schlitzen benachbarten Stellen der Ränder 12 und 13 gesteigert.
Auf diese Weise können die mittleren Teile der Ränder 12 und 13, die, wie ein gangs erwähnt, bei den Vorschlägen früherer Art zu kühl blieben, infolge der Anordnung der starren Glie der 14, 15 und der Randausbildung derselben eben so schnell auf Schweisstemperatur gebracht werden als die Teile der Ränder 12 und 13, die den Kontakt gliedern 38, 39 oder 40 näherliegen.
Beim praktischen Betrieb der Anordnung nach Fig. 2 können unterhalb der miteinander zu ver schweissenden Metallstreifen 10 und 11 weitere starre Glieder angewendet werden, und zwar beiderseits der herzustellenden Schweissnaht. Die Stromanschlüsse können dabei in der gleichen Weise wie für die starren Glieder 14, 15 nach Fig. 2 angeordnet werden. Auf diese Weise kann in bestimmten Fällen die An ordnung nach Fig. 2 an der Unterseite der Metall streifen 10 und 11 gewissermassen verdoppelt werden, wobei diese Verdoppelung bei verhältnismässig dün nem Metall nicht immer erforderlich ist.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 wird der Hoch frequenzstrom, der vorzugsweise eine Frequenz in der Grössenordnung von 100 Kilohertz oder mehr aufweist, den Kontakten 38 und 39 zugeführt, wobei der Abstand zwischen den Rändern 12 und 13 bei spielsweise<B>0,16</B> cm bis 0,32 oder gar 0,64 cm be tragen kann. Wenn dann die Flächen der Ränder 12 und 13 Schweisstemperatur erreicht haben, was an dem Grad der Weissglut bemerkbar ist, wird der Strom abgeschaltet und das aus dem starren Glied 14 und dem Metallstreifen 10 gebildete Ganze durch eine in Richtung des Pfeiles 50 angewendete Kraft in der Fig. 2 nach links gepresst, was beispielsweise durch einen Druckzylinder bewirkt werden kann, wie er in Verbindung mit Fig. 3 dargestellt ist.
Auf diese Weise werden die Ränder 12 und 13 durch den Anpressdruck fest gegeneinandergepresst und zusam mengeschweisst, wobei sich, wie oben erläutert, eine einwandfreie Schweissnaht ergibt.
Nach dem in Fig. 3 dargestellten senkrechten Querschnitt sind die starren leitenden Glieder 14, 15 über den miteinander zu verschweissenden Metall teilen 10 und 11 angebracht und unterhalb dieser Teile entsprechende leitende Glieder 14' und 15' angeordnet. Das Ganze ist dabei auf einer mit einer geeigneten Isolierung oder durch eine Isolierung ge bildeten Tragkonstruktion 51 angebracht.
Zum Zu sammenpressen der Teile 15, 11, 15' einerseits und 14, 10, 14' anderseits sind Druckzylinder 35', 37' angeordnet, die diese Teile in Pressberührung mit einander bringen. Ähnliche isolierende Verbindungs und Tragmittel können für die Teile 14, 10, 14' bei 52 angeordnet sein, die bei 53 verschiebbar gelagert sind und mit einem Druckzylinder 50' verbunden sind, mittels dessen die Ränder 12 und 13 unter Druck zusammengepresst werden können, nachdem der Hochfrequenzstrom abgeschaltet ist.
Wie bereits erwähnt, wird der Hochfrequenzstrom vorzugsweise mit einer Frequenz in der Grössenord nung von 100 Kilohertz oder höher, beispielsweise bis zu 450 Kilohertz oder sogar noch höher, ange wendet. Dies erfolgt deshalb, weil die Tiefe, auf die der Strom in die Randflächen der zu erhitzenden Ränder 12, 13 eindringt, sich nach dem umgekehrten Quadratwurzelgesetz ändert. Die Kurve, welche diese Tiefe bei steigenden Frequenzen zeigt, offenbart, dass beim Steigen der Frequenz um etwa 10 Kilohertz und etwas höher die Eindringtiefe langsam oder gradlinig abfällt, dass aber bei einem Steigen der Frequenz von etwa 50 Kilohertz bis auf etwa 100 Kilohertz ein vergleichsweise scharfer Abfall der Eindringtiefe stattfindet.
Das heisst, wenn die Frequenz eine Grössen ordnung von etwa 100 Kilohertz erreicht, wird der Strom plötzlich stärker in den tatsächlichen End- flächen konzentriert, so dass die Erhitzung auf Schmelztemperatur und Erweichung des Metalles auf einen Bruchteil eines Tausendstel Zoll Tiefe be schränkt werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass das Metall in grösserer Tiefe noch fest bleibt und ermöglicht, dass die erweichte Oberfläche unter Druck fest in Schweissberührung mit der anderen Fläche gebracht werden kann, wobei zugleich die Wirksam keit des Erhitzungsvorganges stark gesteigert wird. Wenn z.
B. mit einer Frequenz von 10 Kilohertz gearbeitet wird, so kann eine befriedigende Schwei- ssung nicht erreicht werden. Die Eindringtiefe des Stromes ist dabei drei- oder mehrmals grösser als bei einer Frequenz von etwa 100 Kilohertz. Was aber bei solch geringen Frequenzen noch störender ist, ist der Umstand, dass die Impedanz der Stromwege in den Gliedern 14 und 15 sich zu sehr derjenigen der Stromwege entlang den zu schweissenden Rändern nähert, um eine befriedigende Schweissung zu erhalten.
Wenn Metallstücke miteinander stumpf ver schweisst werden sollen, die aus verschiedenen Metal len bestehen, beispielsweise wenn ein Metallstück aus einem Metall, das verhältnismässig leicht schmilzt, an ein anderes Metallstück aus einem Metall an geschweisst werden soll, das erst bei einer wesentlich höheren Temperatur erweicht, so stellte dies bisher ein schwieriges Problem dar, das mit den bisher be kannten Verfahren der Hochfrequenzinduktionshei zung oder mit den bekannten Verfahren der Licht bogenschweissung kaum zu lösen war. Bei der vorliegenden Anordnung kann einer der zu schwei ssenden Teile, z. B. der Metallteil 10, jedoch ohne weiteres aus einem anderen Metall als der Teil 11 bestehen, und zwar aus einem solchen Metall, das eine höhere Schweisstemperatur erfordert als der Teil 11.
Dabei kann ein solcher Temperaturunterschied erreicht werden, indem die Ränder der Platten oder Stäbe 14 und 15 verschieden geformt werden oder verschiedenen Abstand von den zu schweissenden Rändern erhalten. Wenn z. B. der Rand des Metall stückes 10 auf eine höhere Temperatur erhitzt werden soll, so kann der Rand 43 der Platte 14 mit einer grösseren Anzahl von Schlitzen oder Unterbrechungen versehen werden als der Rand 44 des starren Gliedes 15. Dabei können die Zahl und die Anordnung der Schlitze ebenfalls durch Versuche derart bestimmt werden, dass beide Ränder, die miteinander ver schweisst werden sollen, jeweils gleichmässig auf die für das betreffende Metall erforderliche Schweiss temperatur erhitzt werden, die von der Schweiss temperatur des anderen Metallstückes abweicht.
Bei Anwendung solcher Hilfsmittel kann auch das eine Metallstück, z. B. das Metallstück 10, dicker sein als das andere Metallstück 11 und innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit eine grössere Erhitzung erfordern, um es auf Schweisstemperatur zu bringen. Auch diesem Umstand kann durch entsprechende Wahl der Form und Anzahl sowie auch der Anord nung der Unterbrechungen in den Rändern der plattenförmigen Glieder 14 und 15 Rechnung ge tragen werden.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann ein stabför miges Glied 55 hoher elektrischer Leitfähigkeit, das z. B. aus Kupfer bestehen kann, so angeordnet wer den, dass es in dem zwischen den zu schweissenden Rändern 12, 13 befindlichen Schlitz dicht an diesen Rändern entlangläuft. In der hier dargestellten Form ist dieses stabförmige Glied im Querschnitt keilförmig ausgebildet, was aber nicht immer notwendig ist, und so angeordnet, dass es unterhalb des Schlitzes verläuft oder vorübergehend etwas in den Schlitz hineinragt, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Auch dieses Glied kann mit einem Kühlkanal 56 versehen sein.
Die Wirkung eines solchen, aus Nicht eisenmetall bestehenden Gliedes hoher Leitfähigkeit in oder an den zwischen den zu verschweissenden Metallstücken 10, 11 gebildeten Spalt besteht darin, dass die Impedanz für den Strom, der in den Teilen des Spaltrandes fliesst, der dem Glied 55 am nächsten ist, herabgesetzt wird. Auf diese Weise kann die Konzentration des Hochfrequenzstromes an den tat sächlichen Oberflächen der Spaltränder begünstigt werden. Je nach der Anordnung des Gliedes 55 kann dabei der Strom auf die untere Kante der Spaltränder oder, falls erwünscht, auf die obere Kante eines Spaltrandes konzentriert werden, wenn das Glied 55 dieser oberen Kante am nächsten angeordnet wird.
Diese Anordnung wird dann gewählt werden, wenn es erwünscht ist, diese Kante etwas schneller als die andere Kante zu erhitzen bzw. erweichen, um die Richtung einer etwaigen Ausbauchung der Schwei ssung zu steuern. In vielen Fällen ist die Anwendung eines solchen leitenden Gliedes 55 aber nicht erfor derlich.
Die Steuerung des Heizstromes kann durch einen zeitgesteuerten Schalter erfolgen, ebenso wie auch die Betätigung der Druckzylinder durch eine Zeit- messvorrichtung gesteuert werden kann. Die Anord nung kann sowohl zur Durchführung einer Überlap- pungsschweissung als auch zur Durchführung der Stumpfschweissung verwendet werden.
Bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 4 bis 9 soll der Querrand<B>111</B> eines z. B. aus Stahlblech bestehenden Bandmetallstückes 110 an ,den Querrand eines anderen Metallbandstückes 110' angeschweisst werden, das ebenfalls aus Stahlblech besteht. Es soll auf diese Weise ein zusammenhän gendes Metallband gebildet werden, das jeweils nach dem Anschweissen eines zusätzlichen Bandstückes, wie auf der linken Seite der Fig. 4 gezeigt ist, auf gerollt werden soll.
Das Bandstück 110 kann anfänglich zwischen oberem und unterem Klemmbacken 113, 114 in einer Lage gehalten sein, in der sein Rand 111 von dem Querrand 112 des bereits gebildeten Bandes einen geringen Abstand hat. Dieser Abstand kann beispiels weise 0,16 bis 0,64 cm betragen. Zum Heben und Senken des Klemmbackens 113 für den In- und Aussereingriff mit dem Bandstück 110 und zum Ruf pressen desselben auf den unteren Klemmbacken 114 können beliebige Mittel angeordnet sein, die z. B. aus einem Druckzylinder bestehen können, wie er bei 115 schematisch dargestellt ist.
Das Bandstück 110' kann in ähnlicher Weise zwischen oberen und unteren Backen oder sonstigen Klemmgliedern 116, 117 ge halten werden, von denen das Glied 116 ebenfalls durch einen Druckzylinder 118 betätigt werden kann.
Weitere obere und untere Klemmbacken sind 119 und 120 und werden mittels der Druckzylinder 121, 121' betätigt. Diese Klemmglieder 119, 120 dienen dazu, die Ränder 111 und 112 nach dem Erhitzen und dem Abschalten des Heizstromes zu erfassen und . sie in ausgerichteter Lage zu halten, die sie zum An- einanderschweissen benötigen. Die Klemmglieder 113, 114 mit dem zwischen ihnen eingespannten Bandstück 110 können, nachdem der Querrand 111 auf Schweiss temperatur erhitzt ist, mittels eines Druckzylinders 122 vorwärts bewegt werden, so dass der Rand 111 mit dem Rand 112 in die zum Stumpfschweissen er- forderliche Pressberührung miteinander kommt.
Dies erfolgt gerade dann, wenn die Klemmbacken 119 und 120 in die zum Einspannen der erhitzten Ränder not wendige Stellung gebracht sind.
Die Klemmen der Hochfrequenzstromquelle sind an Kontaktglieder 126, 125 angeschlossen, die durch einen Druckzylinder 127 in Berührung mit den Seiten rändern der Bandmetallstücke 110 und 110' gebracht werden können. An den entgegengesetzten Enden der Ränder 111, 112 ist ein U-förmiges Kontaktglied 128 angeordnet, das ebenfalls mit den Seitenrändern der Metallbandstücke 110, 110' in Berührung ge bracht werden kann. Die Bewegung dieser Kontakt glieder kann durch einen Druckzylinder 129 erfolgen. Die verschiedenen Kontaktglieder können, wie dar gestellt, mit Kühlkanälen versehen sein.
Wenn diese Kontaktglieder mit den zu verschweissenden Metall bandstücken in Verbindung gebracht werden, fliesst der von der Hochfrequenzstromquelle kommende Strom über das Kontaktglied 125 am Rand 111 ent lang zu dem Kontaktglied 128, tritt dann auf den Rand 112 des anderen Bandmetallstückes 110' über und fliesst an diesem Rand zurück zu dem Kontakt glied 126 und von da zu der anderen Klemme der Hochfrequenzstromquelle.
Bei dieser Ausführungsform sind Stäbe aus magnetischem, das heisst magnetisierbarem Material <B>130,</B> 131, 132 und 133 in der dargestellten Lage an geordnet. Die Stäbe 130, 131 liegen in geringem Abstand hinter dem Rand 111 und sind etwas über und unter dem Bandmetallstück 110 ohne Berührung mit diesem angeordnet. Die magnetischen Stäbe 132, <B>133</B> sind in ähnlicher Weise etwas hinter dem Rand 112 und dicht über und unter dem Bandmetall 110' ohne Berührung mit diesem angeordnet. Die magneti schen Stäbe können aus gesintertem magnetisierbarem Oxyd und einem Isoliermaterial bestehen, das vor zugsweise bekannter Art sein kann und einen nied rigen Verlustfaktor sowie einen hohen spezifischen Widerstand aufweist.
Beispielsweise kann das kera mische magnetische Material angewendet werden, das unter der Bezeichnung Ferramic durch die General Ceramic und Steatite Corporation im Handel erhältlich ist. Anstelle dieses Materials können auch andere magnetische Materialien angewendet werden. Vorzugsweise soll aber das Material eine Permeabili tät haben, die wesentlich grösser als 1 ist. Wenn dabei das magnetische Material in verteilter Form vorhanden ist, so soll es so fein verteilt sein, dass Stromverluste in weiten Grenzen vermieden werden.
Unter anderem kann auch feinverteiltes Eisenpenta- karbonyl angewendet werden, das mit einem geeig neten Isoliermaterial gemischt ist.
Die Streifen oder Stäbe aus magnetischem Material, die in manchen Fällen nur im mittleren Teil der Ränder 111 und 112 angeordnet zu sein brauchen, dienen dazu, die Impedanz des Hoch frequenzstromes in Stromwegen, die im Abstand von den Rändern 111, 112 verlaufen, so zu steigern, dass der Strom dazu gebracht wird, an der tatsächlichen Oberfläche der Ränder entlangzufliessen, und zwar mit einer genügenden Gleichmässigkeit, um ein im wesent lichen gleichmässige Erhitzung der Schweissränder auf ihrer gesamten Länge zu gewährleisten.
Aus Fig. 5 ist die Anordnung der magnetischen Stäbe 130,<B>132</B> zu den Rändern 111, 112 klarer ersichtlich. Diese Figuren zeigen ferner die Kontakte 125 und 126 und 128 in Stellungen, in denen sie die Stahlblechbänder 110 und 110' zur Zuführung des Hochfrequenzstromes berühren.
Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, können die magnetischen Stäbe 130 bis 133 mittels einstell barer Tragarme 140 einstellbar angeordnet sein, die an ortsfesten Querträgern 141 angebracht sind. Wie bei 142 gezeigt ist, kann jeder magnetische Stab mit einer Kühlleitung versehen sein.
Wie ferner aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, können die Klemmbacken 113 und 114 durch Trag glieder verbunden sein, die mit 143 bezeichnet sind und ermöglichen, dass der obere Klemmbacken gegen über dem unteren Klemmbacken angehoben und ab gesenkt werden kann. Die Anordnung kann dabei derart sein, dass der in bezug auf Fig. 4 erwähnte Druckzylinder 122 über eine Kolbenstange 122' an geschlossen ist, der zur Bewegung des aus den Teilen 110, 113 und 114 gebildeten Ganzen dient und mit tels dessen der Querrand 111 in die Schweissstellung zu dem Rand 112 gebracht werden kann.
Sobald der Hochfrequenzstrom in der erläuterten Weise angeschlossen ist und sobald die Randflächen 111, 112 die Schweisstemperatur erreicht haben, wird der Hochfrequenzstrom durch einen zeitgesteuerten Schalter abgeschaltet, worauf unter Anwendung von ebenfalls zeitgesteuerten Mitteln bekannter Art der Druckzylinder 122 betätigt wird, um die Ränder 111 und 112 gegeneinanderzupressen. Dies erfolgt gerade in dem Augenblick, in dem die Klemmbacken 119, 120 betätigt werden, um sie in fester Druckberührung mit den oberen und unteren Flächen der zu bildenden Schweissnaht zu bringen, vergleiche Fig. 7.
Die Be tätigung der Klemmbacken 119 und 120 zu diesem Zeitpunkt kann ebenfalls durch Anwendung selbst tätiger Zeitmessvorrichtungen gesteuert werden, die auch die Druckzylinder 121 und 121' steuern. Kurz nachdem die Ränder<B>111</B> und 112 unter Druck zu sammengepresst worden sind und die Schweissung gebildet ist, werden die Klemmbacken selbsttätig weggenommen, so dass das Bandmetall 110' mit dem nunmehr angeschweissten Bandmetallstück 110 weiter aufgewickelt werden kann.
Die bei dieser Ausführungsform angewendeten Frequenzen können die gleichen sein wie die bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen.
Die bisher beschriebenen Verfahren und Anord nungen sind zum Stumpfschweissen von Metallstreifen gut geeignet, die eine grössere Stärke als etwa 0,16 cm haben. Wenn jedoch die miteinander zu ver schweissenden Metallstreifen bzw. -stücke wesent lich dünner sind, so haben die Ränder der- selben nicht die genügende Steifigkeit, um beim Gegeneinanderpressen in derselben Ebene zu bleiben, ohne dass sich Ausbauchungen oder Abweichungen bilden. Zum Zusammenschweissen von Metallstreifen oder -stücken, die dünner als 0,16 cm sind, wird daher zweckmässig eine Anordnung angewendet, die geeignet ist, eine Überlappungsschweissung herzustel len.
Hiefür ist beispielsweise eine Anordnung ent sprechend Fig. 6 geeignet, bei der jedoch die Klemm backen<B>113,</B> 114 und 116,<B>117</B> so angeordnet sind, dass die Enden der miteinander zu verschweissenden Metallteile 110a und 110b eine Lage einnehmen, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist. Hierbei übergreifen sich die Endteile, befinden sich aber in geringem Abstand voneinander, wie dargestellt. Wenn dann Hochfre quenzstrom zugeführt wird (während die Klemm backen 119a, 120a in Abstand von der Schweisszone bleiben), wird die Stirnfläche 145 infolge der gegen seitigen Induktion zwischen den in den sich über greifenden Teilen fliessenden Strömen zuerst auf Schweisstemperatur erhitzt.
Die andere Randfläche 146 wird ebenfalls erhitzt, der Strom kann aber ab geschaltet werden, bevor dieser Rand völlig auf Schweisstemperatur erhitzt ist. Nach dem Abschalten des Stromes werden die Klemmbacken 119a, 120a unter hohem Druck in Berührung mit den Metall stücken 110a, 110b gebracht, so dass eine einwand freie Überlappungsschweissung bei 147 hergestellt wird, bei der die Ebene des Metallstreifens 110a eine glatte Fortsetzung der Ebene des Streifens 110b bildet. Überlappungsschweissungen können auch mit Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 3 hergestellt werden.
Bisher war es üblich, derartige Metallstreifen an ihren Enden durch eine Reihe von überlappten Punkt schweissungen in der Weise zu schweissen, dass selbst bei Anwendung hoher Anpressdrucke die Gesamtdicke der überlappten Schweissung etwa 70 0/o dicker blieb als die Dicke jedes einzelnen Metallstreifens. Es er gab sich so ein unregelmässiger Übergang bzw. eine Unterbrechung in jedem Bereich, in dem die Streifen enden miteinander verschweisst wurden. Dies beein trächtigt aber die Handhabung der zusammen geschweissten Metallstreifen bzw. -bänder bei späteren Arbeitsvorgängen.
Demgegenüber kann entsprechend den Fig. 8 und 9 die überlappung in der Schweiss zone derart abgeflacht werden, dass die Gesamtdicke in der Schweisszone kaum grösser als die Dicke des einzelnen Metallstreifens allein ist.