Verfahren und Vorrichtung zur fortlaufenden Herstellung von Bimetallkontaktnieten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Bimetallkontakt nieten.
Es ist bekannt, Bimetallkörper dadurch herzu stellen, dass die den Körper bildenden Metallkompo nenten durch starken Druck auf kaltem Wege mit einander verschweisst werden. Voraussetzung für eine dauerhafte Verbindung zweier Metallkomponenten durch Kaltpressschweissen ist die extrem hohe Sauber keit der einander berührenden Oberflächen. Diese Vorausssetzung liess sich bisher bei der Herstellung von Bimetallmassenartikeln auf wirtschaftliche Weise nicht erfüllen.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass die sehr sorgfältig auszuführende und daher das be kannte Kaltpressschweissverfahren komplizierende Reinigung der Oberflächen der miteinander zu ver einigenden Metallkomponenten eingespart und die fortlaufende Herstellung von Bimetallkontaktnieten mit diesem Verfahren wirtschaftlich ermöglicht wer den kann, wenn als Anstossflächen frische Schnitt flächen der zu vereinigenden Metallkomponenten Verwendung finden.
Demgemäss kennzeichnet sich das Verfahren der Erfindung zur fortlaufenden Herstellung von Bimetall kontaktnieten dadurch, dass die Komponenten je für sich von einem Drahtvorrat abgeschnitten und un mittelbar anschliessend an den noch frischen Schnitt flächen durch Druck und Anstossflächenvergrösserung kaltverschweisst werden. Dieses Verfahren ist von besonderem Vorteil gegenüber dem bekannten Ver fahren, bei dem Bimetallkontaktnieten aus kreis runden Butzen als Zwischenprodukt hergestellt wur den.
Es entfällt nämlich die Notwendigkeit, aus dem bei Herstellung der Butzen aus Bimetallblech zu rückbleibenden Stanzabfall das Edelmetall (Silber) zu scheiden; eine teure und stets mit Edelmetallverlust verbundene Arbeit, da die Nieten bei Anwendung des Verfahrens der Erfindung ohne Zwischenprodukte und ohne Bimetallabfall unmittelbar aus zwei Draht vorräten je einheitlichen Metalls in einem einzigen Arbeitsgang fertig hergestellt werden können.
Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfah rens der Erfindung kennzeichnet sich hierzu dem entsprechend durch ein Gesenk, von dem ein Teil als querbewegliche Abschermatrize ausgebildet ist und in Zusammenarbeit mit einer als Gegenmesser ausgebildeten Drahtführung jeweils einen Abschnitt eines Drahtvorrats abschert, und anschliessend als Amboss bei der Kaltverschweissung des Drahtab schnitts mit dem anderen, ebenso abgeschnittenen Drahtabschnitt.
Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist das die beiden Metallkomponenten aufnehmende Ge denk zweiteilig und querbeweglich. Es schert bei der Querbewegung die in seine Bohrungen von gegen überliegenden Seiten her eingeschobenen Drahtab schnitte ab, die dann durch die aufeinander zu be wegten Gesenkteile kaltpressverschweisst und durch Ausnehmungen in den einander zugekehrten Gesenk oberflächen zum Niet ausgeformt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform ist das Ge senk einteilig; es bildet eine Matrize mit durchgehen der Bohrung, in die die Drahtabschnitte von beiden Seiten oder nacheinander von derselben Seite ein treten und bei der Querbewegung abgeschert werden. Als Gegenhalter beim Pressdruck und als Auswer fer des fertigen Niets dient jeweils eine in die Bohrung eindringende Nadel.
Zum Ausformen des Nietkopfes dient hierbei ein besonderer Stauchstempel. Er wird durch den Schub der Nadel von den aufeinanderste- henden Drahtabschnitten gegen die Kraft einer Feder in seinen Halter bis zum Anschlag eingedrückt und wird dann vom Halter zwecks Formung des Niet kopfes aus dem aus der Bohrung herausgeschorenen Teil der Metallkomponenten in entgegengesetzter Richtung gegen den starren Widerstand der Nadel vorgestossen.
Bei noch einer anderen Ausführungsform dringen in beiden Seiten des Gesenks Nadeln in die Bohrung ein und erzeugen innerhalb dieser einen kaltpress- verschweissten Stift (statt Niet). Die beim Kaltpress- verschweissen durch die Oberflächenvergrösserung aus den Anstossflächen austretende Metallmenge wird von Ausnehmungen des in diesem Falle wieder zwei teiligen Gesenks aufgenommen und beim Ausstossen des Stiftes aus dem Gesenk durch eine der Nadeln vom Stift abgeschert.
Aus derartigen Stiften können dann nachträglich in der gleichen Maschine Nieten beliebiger Abmes sungen geformt werden.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch und teilweise im Schnitt mehrere Ausführungsbei spiele von Vorrichtungen, mit denen das Verfahren der Erfindung ausgeführt werden kann. Die Fig. 1-7, 8-14, 15-21 und 22-24 zeigen dabei je eine beson dere Ausführungsform in verschiedenen Arbeitsstu fen.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1-7 werden der Kupferdraht 3 und der Silberdraht 2 durch die Gleitschienen 4, 5 und das 2teilige Gesenk 6, 7 hin durch aufeinander zu geführt, bis sie anstehen (Fig. 1). Sodann wird das zweiteilige Gesenk nach rechts verschoben (Fig. 2). Hierbei wird vom Kup ferdraht 3 der in dem unteren Gesenk 7 befindliche Abschnitt 12 abgeschert, ebenso vom Silberdraht 2 vom Gesenkteil 6 der Abschnitt 11.
Nunmehr bewe gen sich die Gleitschienen 4, 5 aufeinander zu (Fig. 3), wodurch die Schnittflächen der beiden aufeinander sitzenden Drahtabschnitte 12, 11 stark vergrössert werden und ohne äussere Wärmezufuhr kaltpressver- schweissen. Nach dem Auseinanderfallen der Gleit schienen 4, 5 (Fig. 4) kann der Kontaktniet 11', 12' durch den von unten nachstossenden Vorratsdraht 3 oder eine besondere Nadel ausgeworfen werden. Der Scheransatz 11" (Fig.5) am Kontaktniet wird in einer besonderen Pressform (Fig. 6) oder gleich an schliessend im gleichen Gesenk mit einem besonderen Kopfstempel niedergedrückt, und der Niet erhält seine endgültige Form (Fig. 7).
Bei der Vorrichtung nach Fig.8-14 sind die Drähte 2 und 3 in genügender Länge in die Boh rung 8 des diesmal einteiligen Gesenks 9 eingeführt (Fig.8). Das Gesenk 9 bewegt sich hiernach in Pfeilrichtung unter den Pressstempel 10 (Fig. 9), wo bei die Stücke 11, 12 von den Drahtvorräten 2, 3 ab geschnitten werden.
Nunmehr tritt (Fig. 9) eine Nadel 13 von unten her in die Bohrung 8 des Gesenks 9 ein und schiebt die beiden Metallkomponenten 11, 12 nach aussen, wobei der Pressstempel 10 in Pfeilrichtung entgegen der Kraft der Feder 14 bis zum Anschlag an seiner Führung 15 zurückgedrückt wird.
Fig. 10 zeigt den Pressstempel in derjenigen Stel lung, von der aus er in Pfeilrichtung von seiner Füh rung 15 starr nach unten gestossen wird, wobei die Nadel 13 als festes Widerlager für die Drahtab schnitte 11, 12 wirkt. Der Pressstempel formt da durch beim Herabstossen aus dem Abschnitt 11 und einem Teil des Abschnitts 12 den Nietkopf nach Fig. 11, während der Rest des Teils 12 als Niet schaft in der Bohrung 8 des Gesenks 9 verbleibt. In Fig. 11 ist die Führung 15 in Pfeilrichtung so weit abgehoben, dass der Stempel 10 von dem Nietkopf freikommt. Die Nadel 13 wirft nunmehr den Bi metallniet 11', 12' aus (Fig. 12), wonach sich das Gesenk 9 in Pfeilrichtung wieder zum Ladeort be wegt (Fig. 13).
In der Endstellung des Gesenks 9 (Fig. 14) beginnt ein neuer Arbeitsgang durch Ein schieben der Drähte 2 und 3 in das Loch 8 des Gesenks 9 (Fig. 8).
Während bei diesen beiden Ausführungsformen der Silber- und der Kupferdraht von verschiedenen Seiten in das Gesenk eingeführt werden, zeigen die Fig. 15-21 eine Vorrichtung, bei der die Drähte von der gleichen Seite eingeführt werden. Dies ermöglicht eine einfache Drehtischkonstruktion, die in Fig.21 schematisch dargestellt ist.
Auf Station I wird der Kupferdraht 3 durch die Drahtführung 4a in das Gesenk 9 eingeführt. Dann dreht sich der Tisch in Pfeilrichtung (Fig.21) zur Station II, wobei vom Kupferdraht ein Stück 12 ab geschert wird. In Station II wird der Silberdraht 2 durch die Drahtführung 4b in das Gesenk 9 nachge schoben und der Drehtisch dreht sich zur Station III. Hierbei wird ein Stück 11 vom Silberdraht abge schert. In einer der folgenden Stationen, z. B. in Station V, tritt von unten her eine Nadel 13 in das Gesenk 9 ein und schiebt die Drahtstücke 11, 12 nach oben teilweise aus dem Gesenk 9 heraus zur Anlage an den federnden Pressstempel 10 (Fig. 17) bis die Feder 14 zusammengedrückt ist (Fig. 18). Der Pressstempel 10 wird sodann - immer noch in Sta tion V - im.
Pfeilrichtung abwärtsgestossen, wodurch ebenso wie bei der vorbeschriebenen Ausführungs form die Kaltverschweissung der Stücke 11, 12 unter gleichzeitiger Nietkopfformung erfolgt (Fig. 19). Auf Station VI kann eine weitere Nietkopfverformung etwa zylindrisch oder dergleichen erfolgen, und auf Station VIII schliesslich erfolgt das Auswerfen des fertigen Niets aus dem Gesenk 9 durch eine Nadel 13a. Auf den hier nicht genannten Drehtischstationen erfolgt entweder keine Bearbeitung des Niets oder eine im vorliegenden Zusammenhang unwichtige.
Mit den bisher beschriebenen Vorrichtungen ge lingt die Herstellung von Bimetallnieten durch Kalt schweissen nur innerhalb bestimmter Grenzen des Verhältnisses SchaftdurchmessenJKopfdurchmesser. Mit der nachstehend an Hand der Zeichnung Fig.22-24 beschriebenen Vorrichtung gelingt die Herstellung jeder gewünschten, auch. extremen Ab messung der Nieten.
Das Gesenk 9 ist bei dieser Vorrichtung geteilt (9a, 9b). Beide Teile haben an den Stossflächen 20 ringförmige Ausnehmungen 21. Die Stossflächen der wie vorbeschrieben vom Vorrat abgescherten Draht stücke 11, 12 befinden sich im zusammengefahrenen Gesenk 9a, 9b in der Höhe der Ausnehmungen 21 (Fig. 22). Auf der nächsten Station (Fig. 23) treten von oben und von unten Nadeln 13a, 13b in das Gesenk ein und bewirken die Kaltverschweissung der Abschnitte. Die Kaltverschweissung geht bekannt lich unter erheblicher Vergrösserung der Anlageflä chen vor sich. Zur Aufnahme dieser Vergrösserung 22 sind die Ringausnehmungen 21 bestimmt. Auf der nächsten Station (Fig. 24) stösst eine Nadel 13c die kaltverschweissten Bimetallstifte 12', 11' nach oben aus dem Gesenk heraus, wobei die Flächenver grösserung 22 abgeschert wird.
Ein oder mehrere Pressstempel 10 formen dann, wie oben beschrieben, in einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Ar beitsgängen den Nietkopf. Die Gesenkteile 9a, 9b fahren anschliessend auseinander, so dass der abge scherte ringförmige Abfall 22 entfernt werden kann. Bei diesem Verfahren entsteht also wieder wenn auch geringfügiger Abfall, aus dem das Silber ge schieden werden muss. Eine solche Vorrichtung wird vorzugsweise in waagrechter Lage betrieben, da dann der Abfall 22 beim Öffnen der Gesenkteile von selbst herausfällt.
Die Verbindung der Komponenten (Silber und Kupfer) mit Hilfe einer dieser Vorrichtungen zu kaltverschweissten Bimetallkontaktnieten kann wie an sich bekannt durch Glühen verfestigt werden. Hier durch verschwindet zugleich die durch die Kaltver formung in den Metallen erzeugte Härtung.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass manche kaltgeschweissten Metallpaarungen, hierunter auch gerade die für Bimetallkontaktnieten bevorzugt be nutzte Paarung Kupfer-Silber, nur in bestimmten Temperaturbereichen die Eigenschaft zeigen, durch Erhitzung nach der Kaltschweissung untrennbar fest miteinander verbunden zu werden. Dieser Tempera turbereich liegt zwischen etwa 300 und 5000 C. Bei Erhitzung auf 200-250 C ebenso wie auch auf 700 C werden durch Kaltschweissung aneinander gebundene Silber- und Kupferplatten nicht oder nicht wesentlich stärker miteinander verbunden, als wenn überhaupt keine Erhitzung stattgefunden hätte. An dere Metallpaarungen, wie z. B.
Eisen-Messing, zei gen die Erscheinung einer solchen optimalen Tempe ratur der Bindungsfestigkeit nicht, sie verbinden sich umso besser je höher die der Kaltschweissung folgende Erhitzung ist. Eine theoretische Erklärung steht man gels systematischer Erforschung zahlreicher Metall paarungen noch aus.
Method and device for the continuous production of bimetal contact rivets The invention relates to a method and a device for the production of bimetal contact rivets.
It is known to produce bimetal bodies in that the metal components forming the body are welded to one another by means of strong pressure in a cold way. The prerequisite for a permanent connection between two metal components by cold pressure welding is the extremely high level of cleanliness of the surfaces in contact with one another. Up to now, this requirement could not be met in an economical way in the production of bimetallic mass articles.
The invention is now based on the knowledge that the cleaning of the surfaces of the metal components to be united, which must be carried out very carefully and therefore the known cold pressure welding process, is saved and the continuous production of bimetal contact rivets with this process can be economically made possible if fresh cuts are used as the abutment surfaces surfaces of the metal components to be united are used.
Accordingly, the method of the invention for the continuous production of bimetallic contact rivets is characterized in that the components are each cut off from a wire supply and then directly cold-welded to the still fresh cut surfaces by means of pressure and enlargement of the abutment surface. This method is of particular advantage over the known Ver drive in which bimetallic contact rivets were made from circular slugs as an intermediate product.
This is because there is no need to separate the precious metal (silver) from the stamping waste that remains in the production of the slugs from bimetal sheet; an expensive work that is always associated with loss of precious metal, since the rivets can be manufactured directly from two wire stocks of a single metal in a single operation when using the method of the invention without intermediate products and without bimetal waste.
The device for executing the method of the invention is characterized accordingly by a die, part of which is designed as a transversely movable shear die and, in cooperation with a wire guide designed as a counter knife, shears off a portion of a wire supply, and then as an anvil for cold welding the wire section with the other, also cut wire section.
In one embodiment of the device for carrying out the method of the invention, the Ge receiving the two metal components is thought to be in two parts and is transversely movable. It shears during the transverse movement of the inserted into its bores from opposite sides from Drahtab sections, which are then cold press welded by the mutually moving die parts and formed into a rivet through recesses in the facing die surfaces.
In another embodiment, the Ge is in one piece; it forms a die with the bore going through, into which the wire sections enter from both sides or one after the other from the same side and are sheared off during the transverse movement. A needle that penetrates the bore serves as a counter-holder for the pressure and as an ejector for the finished rivet.
A special upsetting punch is used to shape the rivet head. It is pressed into its holder as far as it will go by the thrust of the needle from the wire sections that stand on top of one another against the force of a spring and is then stiffened in the opposite direction by the holder for the purpose of shaping the rivet head from the part of the metal components sheared out of the hole Resistance of the needle pushed forward.
In yet another embodiment, needles penetrate the bore in both sides of the die and create a cold-press-welded pin (instead of a rivet) within it. The amount of metal emerging from the abutment surfaces during cold press welding due to the increased surface area is picked up by recesses in the die, which in this case again consists of two parts, and is sheared off the pin by one of the needles when the pin is pushed out of the die.
From such pins, rivets of any dimensions can then be formed subsequently in the same machine.
The drawing shows, for example, schematically and partially in section, several Ausführungsbei games of devices with which the method of the invention can be carried out. Figs. 1-7, 8-14, 15-21 and 22-24 each show a special embodiment in different Arbeitsstu fen.
In the device according to Fig. 1-7, the copper wire 3 and the silver wire 2 are guided through the slide rails 4, 5 and the two-part die 6, 7 through to each other until they are present (Fig. 1). Then the two-part die is moved to the right (Fig. 2). Here, the section 12 located in the lower die 7 is sheared off from the copper wire 3, as is the section 11 from the silver wire 2 from the die part 6.
The slide rails 4, 5 now move towards one another (FIG. 3), as a result of which the cut surfaces of the two wire sections 12, 11 sitting one on top of the other are greatly enlarged and are cold-press-welded without an external heat supply. After the slide rails 4, 5 (Fig. 4) have fallen apart, the contact rivet 11 ', 12' can be ejected by the supply wire 3 or a special needle pushing down from below. The shear attachment 11 ″ (FIG. 5) on the contact rivet is pressed down in a special compression mold (FIG. 6) or immediately afterwards in the same die with a special head punch, and the rivet is given its final shape (FIG. 7).
In the device according to Fig.8-14, the wires 2 and 3 are introduced in sufficient length in the Boh tion 8 of this time one-piece die 9 (Fig.8). The die 9 then moves in the direction of the arrow under the ram 10 (FIG. 9), where the pieces 11, 12 of the wire supplies 2, 3 are cut off.
Now (FIG. 9) a needle 13 enters the bore 8 of the die 9 from below and pushes the two metal components 11, 12 outwards, the ram 10 in the direction of the arrow against the force of the spring 14 up to the stop on its guide 15 is pushed back.
Fig. 10 shows the ram in that stel ment from which it is pushed rigidly downwards in the direction of the arrow by its Füh 15, the needle 13 as a fixed abutment for the Drahtab sections 11, 12 acts. The ram forms the rivet head according to FIG. 11 when it is pushed down from the section 11 and a part of the section 12, while the rest of the part 12 remains as a rivet shaft in the bore 8 of the die 9. In Fig. 11, the guide 15 is raised so far in the direction of the arrow that the punch 10 comes free from the rivet head. The needle 13 now throws the bi metal rivet 11 ', 12' from (Fig. 12), after which the die 9 moves in the direction of the arrow back to the loading location (Fig. 13).
In the end position of the die 9 (Fig. 14), a new operation begins by pushing the wires 2 and 3 into the hole 8 of the die 9 (Fig. 8).
While in these two embodiments the silver and copper wire are inserted into the die from different sides, FIGS. 15-21 show a device in which the wires are inserted from the same side. This enables a simple turntable construction, which is shown schematically in Fig. 21.
At station I the copper wire 3 is inserted into the die 9 through the wire guide 4a. Then the table rotates in the direction of the arrow (Fig. 21) to station II, whereby a piece 12 is sheared from the copper wire. In station II, the silver wire 2 is pushed through the wire guide 4b in the die 9 nachge and the turntable rotates to station III. Here, a piece 11 is sheared from the silver wire abge. In one of the following stations, e.g. B. in station V, a needle 13 enters the die 9 from below and pushes the pieces of wire 11, 12 upwards partially out of the die 9 to rest on the resilient ram 10 (FIG. 17) until the spring 14 is compressed is (Fig. 18). The ram 10 is then - still in station V - in.
Arrow direction pushed down, whereby as in the above-described embodiment form the cold welding of the pieces 11, 12 takes place with simultaneous rivet head formation (Fig. 19). At station VI a further deformation of the rivet head can take place approximately cylindrical or the like, and finally at station VIII the finished rivet is ejected from the die 9 by a needle 13a. On the turntable stations not mentioned here either no processing of the rivet takes place or it is unimportant in the present context.
With the devices described so far, the production of bimetal rivets by cold welding only succeeds within certain limits of the ratio of the shank diameter to the head diameter. With the device described below with reference to the drawing Fig. 22-24, the production of any desired, even succeed. extreme dimensions of the rivets.
The die 9 is divided in this device (9a, 9b). Both parts have annular recesses 21 on the abutment surfaces 20. The abutment surfaces of the wire pieces 11, 12 sheared from the supply as described above are located in the closed die 9a, 9b at the level of the recesses 21 (FIG. 22). At the next station (FIG. 23), needles 13a, 13b enter the die from above and below and cause the sections to be cold-welded. As is well known, the cold welding takes place with a considerable increase in the contact surfaces. The annular recesses 21 are intended to accommodate this enlargement 22. At the next station (FIG. 24), a needle 13c pushes the cold-welded bimetallic pins 12 ', 11' upwards out of the die, the area enlargement 22 being sheared off.
One or more press punches 10 then, as described above, form the rivet head in one or more successive operations. The die parts 9a, 9b then move apart so that the sheared annular waste 22 can be removed. With this process, there is again, albeit a small amount of waste, from which the silver must be separated. Such a device is preferably operated in a horizontal position, since the waste 22 then falls out by itself when the die parts are opened.
The connection of the components (silver and copper) with the help of one of these devices to cold-welded bimetal contact rivets can be strengthened by annealing, as is known per se. At the same time, the hardening produced by the cold deformation in the metals disappears.
Surprisingly, it has been shown that some cold-welded metal pairings, including the copper-silver pairing preferred for bimetallic contact rivets, only show the property in certain temperature ranges of being inseparably connected to one another through heating after cold welding. This temperature range is between about 300 and 5000 C. When heated to 200-250 C as well as to 700 C, silver and copper plates bonded to one another by cold welding are not bonded to one another, or not much more strongly than if no heating had taken place at all. At other metal pairings, such as. B.
Iron-brass, do not show the appearance of such an optimal temperature of the bond strength; the higher the heating following the cold welding, the better they bond. Systematic research into numerous metal pairings has yet to provide a theoretical explanation.