DE10245182A1

DE10245182A1 - Eloxiergestell mit Komponenten aus Titanwerkstoffen

Info

Publication number: DE10245182A1
Application number: DE2002145182
Authority: DE
Inventors: Manfred Ingelsberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Ingelsberger Manfred 83104 Tuntenhausen De
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-01

Abstract

Eloxiergestell (1) mit Komponenten aus Titanwerkstoffen, wobei wenigstens ein zentrales Halteelement (2) zum Kontakt mit einer Elektrode und wenigstens ein am Halteelement (2) befestigtes federnd auslenkbares Klemmelement (5, 6, 7, 8) vorgesehen ist. Das Klemmelement (5, 6, 7, 8) ist über wenigstens einen warm verformten Niet (10) mit dem Halteelement (2) verbunden. Im Übergangsbereich zwischen Niet (10), Klemmelement (5, 6, 7, 8) und Halteelement (2) ist eine stoffschlüssige oder zum größeren Teil geschlossen ausgebildete, formschlüssige Verbindung vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Eloxiergestell mit Komponenten aus Titanwerkstoffen sowie ein Verfahren zur Herstellung bzw. zur Reparatur von solchen Eloxiergestellen. Weiterhin betrifft die Erfindung Klemmelemente für solche Eloxiergestelle.
Solche Eloxiergestelle sind in einem Katalog der Anmelderin vom Sommer 2002 gezeigt, auf dessen Offenbarungsgehalt im Hinblick auf die Gestaltung von Eloxiergestellen Bezug genommen wird. Zur Verwendung beim Eloxieren von Gegenständen wird dabei wie folgt vorgegangen. Ein zu eloxierender Gegenstand wird zwischen zwei federnd ausgebildeten Klemmelementen eingeklemmt. In dieser Stellung ist er leitend mit einem zentralen Halteelement verbunden, das wiederum mit einer Elektrode einer Spannungsquelle verbunden ist. Das Halteelement mit dem zu eloxierenden Gegenstand wird anschließend in ein Tauchbad eingebracht, wobei die andere Elektrode der Spannungsquelle an dem leitenden Beckenmaterial vorgesehen ist, in dem sich das Tauchbad befindet. Durch Aufrechterhalten eines Stroms werden Metallionen auf der Oberfläche des zu eloxierenden Gegenstandes abgeschieden.
Bei den bekannten Eloxiergestellen ist von Nachteil, daß diese regelmäßig ersetzt werden müssen, weil bei den Klemmelementen Ermüdungserscheinungen auftreten. Dadurch entstehen hohe Kosten, weil das für den Ersatz des Eloxiergestells benötigte Material sehr teuer ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Eloxiergestell bereitzustellen, mit dem sich Eloxierverfahren ökonomischer vornehmen lassen.
Gemäß der Erfindung ist ein verbessertes Eloxiergestell vorgesehen, bei dem das Klemmelement über wenigstens einen warm verformten Niet mit dem Halteelement verbunden ist. Durch das Vorsehen einer Nietverbindung lassen sich auf einfache Weise einzelne Klemmelemente austauschen, wenn diese ermüdet oder zerstört sind. Dazu braucht lediglich der Niet entfernt werden, wobei anschließend ein neues Klemmelement aufgenietet wird.
Im Übergangsbereich zwischen Niet, Klemmelement und Halteelement ist eine stoffschlüssige oder zum größeren Teil geschlossen ausgebildete, formschlüssige Verbindung vorgesehen. Eine solche Verbindung stellt sicher, daß keine aggressiven Chemikalien in den Übergangsbereich zwischen Niet, Klemmelement und Halteelement eindringen können. Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, daß dadurch eine besonders lange Haltbarkeit des Eloxiergestells erreicht wird, und zwar insbesondere auch nach einer Reparatur, bei der ein neues Klemmelement am Halteelement angebracht wird.
Das Halteelement kann dabei Titan der Sorte DIN 37.025 aufweisen, was sehr ökonomisch ist. Abweichend davon kann das Halteelement auch Titan der Sorte DIN 37.035 aufweisen, wenn höhere Kosten in Kauf genommen werden. Das Klemmelement wird bevorzugt aus hochfestem Titan der Sorte DIN 37.055 oder DIN 37.065 hergestellt. Dadurch läßt sich eine schnelle Ermüdung des Klemmelements vermeiden. Dabei wird bevorzugt Titan der Sorte DIN 37.065 verwendet weil sich dadurch besonders gut federnde Klemmelemente herstellen lassen, die eine Elastizität aufweisen.
Für den Niet wird bevorzugt Titan der Sorte DIN 37.035 verwendet, das eine ausreichende Festigkeit aufweist. Dieser Titanwerkstof läßt sich auch gut bei einem Warmnietverfahren verarbeiten, wobei eine hohe Resistenz gegen ungewolltes Verbrennen bei der Verarbeitung vorliegt. Abweichend davon kann auch Titan anderer Sorten wie z. B. DIN 37.025 verwendet werden. Dabei ergibt sich jedoch eine etwas verminderte Festigkeit. Wenn für den Niet Titan der Sorte DIN 37.055 oder DIN 37.065 verwendet wird, dann ist zwar eine erhöhte Festigkeit gegeben, jedoch besteht bei der Verarbeitung mit einem Warmnietverfahren eine vergrößerte Gefahr, daß der Niet verbrennt. Dem kann mit einer kürzeren Erwärmzeit begegnet werden.
Das mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Eloxiergestell weist ein Schliffbild im Übergangsbereich zwischen dem Schaft des Niets und dem Nietloch im Halteelement und im Klemmelement makroskopisch eine stoffschlüssige Verbindung auf. Man hat bei einem solchen Schliffbild mit bloßem Auge den Eindruck, daß eine einheitliche Verbindung zwischen Halteelement, Nietschaft und Klemmelement vorliegt, die fast wie eine Schweißverbindung aussieht. Mikroskopisch läßt sich im Schliffbild allerdings ein Gefügeunterschied zwischen dem Schaft des Niets, dem Nietloch und/oder dem Klemmelement feststellen. Dadurch läßt sich ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Eloxiergestell leicht erkennen, zumal beide Seiten des Niets einen Nietkopf aufweisen. Um je einen Nietkopf herum weist dabei das Klemmelement bzw. das Halteelement eine im wesentlichen kreisförmige Einprägung in der Oberfläche auf, die von dem zum Herstellen der Nietverbindung verwendeten Kopfwerkzeug bzw. Nieteisen herrührt.
Erfindungsgemäß weist das Klemmelement wenigstens ein Nietloch mit einem Durchmesser von kleiner als 5 mm und insbesondere von 2,5 mm bis 4 mm auf. Derart kleine Löcher in Klemmelementen waren bisher unbekannt. Im Stand der Technik sind Klemmelemente mit Löchern von größer als 5 mm bekannt, die für ein mittiges Anschweißen mit einem Titanschweißverfahren bereitgestellt werden. Eine besonders ökonomisch und dabei ausreichend haltbare Nietverbindung läßt sich mit einem Nietloch mit einem Durchmesser von ca. 3,2 mm herstellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der Warmnietverbindung wird der Niet während der Warmnietung auf eine Temperatur von ca. 300°C bis 600°C, vorzugsweise auf ca. 400°C bis 480°C erwärmt. Eine besonders feste und zuverlässige Verbindung ergibt sich dann, wenn der Niet auf eine Temperatur von ca. 410°C bis 450°C erwärmt wird.
Dabei ist während des Erwärmens vorgesehen, den Niet mit einem in Längsrichtung wirkenden Druck zu beaufschlagen, wobei an einer Längsseite des Niets ein Kopfwerkzeug angreift und wobei auf der anderen Längsseite des Niets ein Nieteisen angreift. Dieser Druck wird aufrechterhalten, bis sich unter Verformung des Nietschafts ein Nietkopf ausbildet. Die Druckspannung in Längsrichtung des Niets beträgt wenigstens für eine kleine Zeitspanne ca. 100 N/mm² bis 200 N/mm². Vorzugsweise wird ein Druck von ca. 150 N/mm² erzeugt.
Vorteilhafterweise wird der Druck nach dem Ausbilden des Nietkopfs für eine Haltezeit von ca. 3 bis 10 Sekunden und insbesondere für eine Haltezeit von ca. 6 bis 7 Sekunden beibehalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders einfach mit einem Elektro-Warmnietverfahren durchgeführt werden.
Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Teilbereich 1 eines Eloxiergestells gemäß der Erfindung.
Das Eloxiergestell 1 gliedert sich in ein zentrales Halteelement 2, das im vorliegenden Fall aus einer ersten Halteelementplatte 3 und einer zweiten Halteelementplatte 4 hergestellt ist. In dem in der Figur gezeigten Ausschnitt ist ein erstes Klemmelement 5, ein zweites Klemmelement 6, ein drittes Klemmelement 7 und ein viertes Klemmelement 8 am Halteelement 2 befestigt. Hierzu ist ein durch die Bauteile 3 bis 7 verlaufendes Nietloch 9 mit einem Durchmesser von ca. 3,2 mm vorgesehen. Im Nietloch 9 ist ein Niet 10 eingesetzt, der einen unteren Nietkopf 11 und einen oberen Nietkopf 12 aufweist. Im Bereich des oberen Nietkopfs 12 ist ein Kopfwerkzeug 13 angesetzt. Im Bereich des unteren Nietkopf 11 ist ein Nieteisen 14 vorgesehen.
Der Niet 10 ist aus Titan der Sorte Grade 2 hergestellt. Die erste Halteelementplatte 3 und die zweite Halteelementplatte 4 sind aus Titan der Sorte Grade 1 hergestellt. Die Klemmelemente 5–8 sind aus Titan der Sorte Grade 4 hergestellt.
Zur Veranschaulichung ist zwischen dem dritten Klemmelement 7 und dem ersten Klemmelement 5 eine Metalldose 15 geklemmt, die auf diese Weise für eine Galvanisierung mit dem Halteelement 2 verbunden ist, das wiederum mit einem Pol einer in dieser Ansicht nicht gezeigten Spannungsquelle in Verbindung steht.
Zu Herstellung des Eloxiergestells 1 wird dabei wie folgt vorgegangen. Zunächst werden die beiden Halteelementplatten 3, 4 und die Klemmelemente 5–8 wie in der Figur gezeigt zueinander angeordnet, wobei der Niet 10 in das Nietloch 9 eingeschoben wird. Zwischen Nietloch 9 und Niet 10 wird dabei ein vor allem fertigungsbedingter Spalt von ca. 0,1mm bis 0,3mm vorgesehen sind.
Der Niet 10 kann beim Einschieben in das Nietloch 9 einen bereits fertiggestellten oberen Nietkopf 12 aufweisen. In diesem Zustand ragt der noch unverformte Schaft des Niets 10 auf der Unterseite über das dritte Klemmelement 7 hinaus, wobei der in der Figur gezeigte untere Nietkopf 11 noch nicht hergestellt ist. Abweichend davon kann der Niet 10 in dem Zustand des Einsetzens auch ausschließlich aus dem Nietschaft bestehen.
Daraufhin wird das Kopfwerkzeug 13 am Ort des oberen Nietkopfs 12 angesetzt. Das Nieteisen 14 wird an dem gegenüberliegenden Ende des Niets 10 auf den Nietschaft aufgesetzt. Das Kopfwerkzeug 13 und das Nieteisen 14 werden nun mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, wodurch sich ein Stromfluß zwischen dem Kopfwerkzeug 13, dem Niet 10 und dem Nieteisen 14 einstellt, der zuerst den Niet 10 und dadurch den Bereich des Eloxiergestells 1 um den Niet 10 herum erwärmt. Der dabei entstehende Strom wird so eingestellt, daß sich der Niet 10 auf eine Temperatur von ca. 410°C bis 450°C erwärmt, wobei dabei eine Temperatur von bis zu 480°C im Bereich des Niets 10 entstehen kann. Während des Erwärmens und danach werden das Kopfwerkzeug 13 und das Nieteisen 14 so aufeinander zugepreßt, daß im Nietschaft eine mechanische Spannung von bis zu 200 N/mm² entsteht. Eine besonders feste Verbindung ergibt sich dabei bereits mit einer mechanischen Längsspannung im Niet 10 von ca. 150 N/mm². Mit zunehmender Erwärmung des Niets 10 erweicht sich dieser, wobei sich das Kopfwerkzeug 13 und Nieteisen 14 aufeinander zu bewegen. Dabei werden der obere Nietkopf 12 und der untere Nietkopf 11 hergestellt. Sobald sich der Nietkopf 12 das Nieteisen 14 soweit zueinander bewegt haben, daß der obere Nietkopf 12 und der untere Nietkopf 11 hergestellt sind, wird die elektrische Spannung zwischen Kopfwerkzeug 13 und Nieteisen 14 ausgeschaltet. Der mechanische Druck zwischen Kopfwerkzeug 13 und Nieteisen 14 wird aufrechterhalten, bis sich der Niet 10 etwas abgekühlt hat.
Anschließend kann der Stromfluß ein zweites Mal eingeschaltet werden, wobei die äußeren Randbereiche des Kopfwerkzeugs 13 und des Nieteisens 14 das dritte Klemmelement 7 und das erste Klemmelement 5 vorzugsweise berühren. Dadurch ergibt sich ein Stromfluß besonders zwischen diesen beiden Randbereichen, wobei eine leichte Verformung an denjenigen Stellen der Oberfläche des dritten Klemmelements 7 und des ersten Klemmelements 5 auftritt, die vom Kopfwerkzeug 13 und vom Nieteisen 14 beaufschlagt werden. Es wird vermutet, daß sich dadurch eine besonders dichte Packung des Niets 10 im Nietloch 9 ergibt, denn derart hergestellte Nietverbindungen erweisen sich als besonders haltbar beim Einsatz in Eloxierbädern. Anschließend wird die elektrische Spannung zwischen Kopfwerkzeug 13 und Nieteisen 14 ausgeschaltet. Nach dem Abkühlen des Niets 10 werden Kopfwerkzeug 13 und Nieteisen 14 von dem Halteelement 2 weg bewegt und die Nietverbindung ist hergestellt.

1: Eloxiergestell
2: Halteelement
3: erste Halteelementplatte
4: zweite Halteelementplatte
5: erstes Klemmelement
6: zweites Klemmelement
7: drittes Klemmelement
8: viertes Klemmelement
9: Nietloch
10: Niet
11: unterer Nietkopf
12: oberer Nietkopf
13: Kopfwerkzeug
14: Nieteisen
15: Metalldose

Claims

Eloxiergestell (1) mit Komponenten aus Titanwerkstoffen, wobei wenigstens ein zentrales Halteelement (2) zum Kontakt mit einer Elektrode und wenigstens ein am Halteelement (2) befestigtes federnd auslenkbares Klemmelement (5, 6, 7, 8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement (5, 6, 7, 8) über wenigstens einen warm verformten Niet (10) mit dem Halteelement (2) verbunden ist, wobei im Übergangsbereich zwischen Niet (10), Klemmelement (5, 6, 7, 8) und Halteelement (2) eine stoffschlüssige oder zum größeren Teil geschlossen ausgebildete, formschlüssige Verbindung vorgesehen ist.
Eloxiergestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (2) Titan der Sorte DIN 37.025 oder DIN 37.035 aufweist, daß das Klemmelement (5, 6, 7, 8) Titan der Sorte DIN 37.055 oder DIN 37.065 aufweist und daß der Niet (10) Titan der Sorte DIN 37.025, DIN 37.035 oder DIN 37.055 aufweist.
Eloxiergestell nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schliffbild im Übergangsbereich des Schafts des Niets (10) und dem Nietloch (9) im Halteelement (2) und im Klemmelement (5, 6, 7, 8) makroskopisch eine stoffschlüssige Verbindung vorliegt, wobei mikroskopisch ein Gefügeunterschied zwischen dem Schaft des Niets (10), dem Halteelement (2) und/oder dem Klemmelement (5, 6, 7, 8) festzustellen ist.
Klemmelement (5, 6, 7, 8) aus Titan der Sorte DIN 37.055 oder DIN 37.065, für ein Eloxiergestell (1), wobei im Klemmelement (5, 6, 7, 8) wenigstens ein Nietloch (9) mit einem Durchmesser von < 5mm und insbesondere von 2,5mm bis 4mm vorgesehen ist.
Klemmelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Nietloch (9) einen Durchmesser von ca. 3,2 mm aufweist.
Verfahren zum Herstellen oder Reparieren eines Eloxiergestells (1) mit Komponenten aus Titanwerkstoffen, bei dem an einem zentralen Halteelement (2) zum Kontakt mit einer Elektrode wenigstens ein federnd auslenkbares Klemmelement (5, 6, 7, 8) über wenigstens einen Titan aufweisenden Niet (10) befestigt wird, wobei das Halteelement (2), das Klemmelement (5, 6, 7, 8) und der Niet (10) während des Nietens erwärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Niet (10) auf eine Temperatur von ca. 400°C bis 480°C und insbesondere auf eine Temperatur von ca. 410°C bis 450°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Niet (10) während des Erwärmens mit einem durch ein an der einen Längsseite angreifendes Kopfwerkzeug (13) und durch ein an der anderen Längsseite angreifendes Nieteisen (14) erzeugten Druck beaufschlagt wird, bis sich unter Verformung des Nietschafts ein Nietkopf (11) ausbildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck nach dem Ausbilden des Nietkopfs (11) für eine Haltezeit von ca. 3 bis 10 Sekunden und insbesondere für eine Haltezeit von ca. 6 bis 7 Sekunden beibehalten wird, wobei ein anschließender zweiter Erwärmungsschritt vorgesehen sein kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckspannung in Längsrichtung des Niets (10) wenigstens für eine kleine Zeitspanne ca. 100 N/mm² – 200 N/mm² und vorzugsweise ca. 150 N/mm² beträgt.