DE202014000408U1

DE202014000408U1 - Elektrode zum Widerstandsschweißen

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Publication number: DE202014000408U1
Application number: DE202014000408.0U
Authority: DE
Original assignee: GESELLSCHAFT FÜR WOLFRAM-INDUSTRIE MBH; WOLFRAM IND MBH GES; Bayerische Metallwerke GmbH
Current assignee: GESELLSCHAFT FÜR WOLFRAM-INDUSTRIE MBH; WOLFRAM IND MBH GES; Bayerische Metallwerke GmbH
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2024-01-17

Abstract

Elektrode (10) zum Widerstandsschweißen, mit einem Schaft (12) und einer daran angebundenen Spitze (14), wobei die Spitze (14) aus Wolfram, Molybdän oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Wolfram oder mehr als 90% Molybdän gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (12) aus einer Legierung enthaltend 10%–70% Kupfer oder 10%–70% Silber gebildet ist, und ein sowohl an den Schaft (12) als auch die Spitze (14) angrenzender Verbindungsbereich (16) aus Kupfer oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Kupfer vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode zum Widerstandsschweißen, mit einem Schaft und einer daran angebundenen Spitze, wobei die Spitze aus Wolfram, Molybdän oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Wolfram oder mehr als 90% Molybdän gebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Elektrode sowie die Verwendung einer derartigen Elektrode. Sämtliche hier verwendete Prozentangaben sind als Gewichtsprozent zu verstehen.
Eine derartige Elektrode ist beispielsweise aus der EP 0 383 060 A1 bekannt. Die bekannte Elektrode besitzt einen Schaft aus Kupfer mit einer darin eingesetzten Spitze aus einer hochschmelzenden Metalllegierung enthaltend Wolfram oder Molybdän. Die Spitze ist mit Presssitz in eine entsprechende Ausnehmung am Kupferschaft eingepresst und führt aufgrund der hohen ”Abbrandfestigkeit” der verwendeten Legierung vorteilhaft zu einer erheblich verlängerten Standzeit der Elektrode im Gebrauch.
Nachteilig ist bei dieser bekannten Elektrode zum einen die relativ geringe Festigkeit (Steifigkeit) des Schaftes aus Kupfer, was im Gebrauch dazu führen kann, dass die Elektrode verbogen wird. Zum anderen ergibt sich ein oftmals nicht unerheblicher Kontaktwiderstand zwischen Schaft und Spitze, was den Fluss von Wärme und elektrischem Strom anbelangt. Dies führt zu relativ hohen Verlustleistungen, verbunden mit einer übermäßigen Erwärmung der Elektrode.
Zur Erhöhung der Schaftfestigkeit wird daher als Schaftmaterial auch häufig eine Kupferlegierung enthaltend mehr als 98,5% Kupfer, sowie als Dotierungen Chrom und Zirkon verwendet, welche eine etwa 3-fach größere Härte als technisch reines Kupfer besitzt. Als Alternative zum Presssitz einer daran angebundenen Spitze aus Wolfram bzw. einer Wolframlegierung wird bei diesen modernen Elektroden die Spitze oftmals mit dem Schaft verlötet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei einfacher Herstellbarkeit gute und reproduzierbare Gebrauchseigenschaften wie insbesondere eine hohe Festigkeit und hohe Standzeit im Gebrauch ermöglicht.
Bei der erfindungsgemäßen Elektrode wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Schaft aus einer Legierung enthaltend 10%–70% Kupfer oder enthaltend 10%–70% Silber gebildet ist, und ein sowohl an den Schaft als auch die Spitze angrenzender Verbindungsbereich aus Kupfer oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Kupfer vorgesehen ist.
Es hat sich herausgestellt, dass ein Schaft aus der genannten Legierung nicht nur eine hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt, sondern durch geeignete weitere Legierungskomponenten wie insbesondere Wolfram oder Molybdän mit überragender Festigkeit herstellbar ist. Für den Schaft kommen im Rahmen der Erfindung insbesondere folgende Werkstoffe in Betracht:

– Wolfram-Kupfer-Legierung mit mindestens 10%, insbesondere mindestens 40% Kupfer, jedoch maximal 70%, insbesondere maximal 60% Kupfer, Verunreinigungen von maximal 0,5%, und Rest Wolfram
– Wolfram-Silber-Legierung mit mindestens 10%, insbesondere mindestens 40% Silber, jedoch maximal 70%, insbesondere maximal 60% Silber, Verunreinigungen von maximal 0,5%, und Rest Wolfram
– Molybdän-Kupfer-Legierung mit mindestens 20%, insbesondere mindestens 40% Kupfer, jedoch maximal 80%, insbesondere maximal 60% Kupfer, Verunreinigungen von maximal 0,5%, und Rest Molybdän
– Molybdän-Silber-Legierung mit mindestens 20%, insbesondere mindestens 40% Silber, jedoch maximal 80%, insbesondere maximal 60% Silber, Verunreinigungen von maximal 0,5%, und Rest Molybdän

Wie bereits erläutert ist die Spitze aus aus Wolfram, Molybdän oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Wolfram oder mehr als 90% Molybdän gebildet. Insbesondere kommen hierfür folgende Werkstoffe in Betracht:

– technisch reines Wolfram (z. B. mit mindestens 99,5% Wolfram)
– Wolframlegierung mit einer Oxiddotierung von 0,1%–4,0%, z. B. wie in der Norm ISO 6848 spezifiziert, insbesondere mit Verunreinigungsanteil von maximal 0,5%
– Wolfram-Kupfer-Legierung
– technisch reines Molybdän (z. B. mit mindestens 99,5% Molybdän)
– Molybdänlegierung mit mehr als 95% Molybdän
– Molybdän-Legierung, insbesondere z. B. Wolfram-Molybdän-Legierung, wie z. B. so genannte TZM-, TZC-, MHC- oder ZHM-Legierung

Mit den Vorteilen der hohen Festigkeit und Wärme/Strom-Leitfähigkeit des Schaftmaterials und der hohen Abbrandfestigkeit und Standzeit des Spitzenmaterials in synergistischer Wechselwirkung steht der Vorteil, dass durch den erfindungsgemäß sowohl an den Schaft als auch an die Spitze angrenzenden Verbindungsbereich aus Kupfer oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Kupfer eine hervorragende mechanische, thermische und elektrische Anbindung der Spitze an den Schaft ermöglicht wird.
Die erfindungsgemäße Elektrode kann z. B. stabförmig ausgebildet sein, z. B. mit einer Länge von wenigstens 50 mm, insbesondere wenigstens 150 mm. Andererseits genügt für die meisten Anwendung eine Länge von maximal 600 mm, insbesondere maximal 300 mm.
Eine gängige Querabmessung (z. B. Durchmesser) beträgt wenigstens 1 mm, insbesondere wenigstens 5 mm. Andererseits genügt meist eine Querabmessung von maximal 60 mm.
In einer anderen Ausführungsform ist die Elektrode kappenförmig ausgebildet, insbesondere gemäß einer Spezifikation wie in der Norm DIN EN ISO 5821 (April 2010) angegeben. Derartige Elektrodenkappen werden zum Gebrauch auf einen passend formgestalteten Halteschaft aufgesetzt und besitzen typischerweise Längen im Bereich von etwa 15–30 mm und Durchmesser typischerweise im Bereich von etwa 10–25 mm.
In einer Ausführungsform ist zumindest die Spitze, gegebenenfalls die ganze Elektrode, rotationssymmetrisch bezüglich einer Elektrodenachse ausgebildet.
Das dem Schaft abgewandte Ende der Spitze bildet die eigentliche ”Arbeitsfläche” der Elektrode, d. h. denjenigen Bereich, welcher im Gebrauch der Elektrode in unmittelbaren Kontakt mit dem zu schweißenden Werkstück tritt. Diese Arbeitsfläche kann eben oder konvex gekrümmt formgestaltet sein. Oftmals bevorzugt ist eine ebene kreisrunde Arbeitsfläche.
Insbesondere bei stabförmiger Formgestaltung der Elektrode kann die Spitze z. B. zylinderförmig ausgebildet sein und mit wenigstens 30%, insbesondere wenigstens 40% ihrer Länge in einer entsprechenden (z. B. zylindrischen) Ausnehmung am betreffenden Schaftende eingesetzt und angebunden sein. Andererseits ist die Spitze hierbei bevorzugt mit maximal 80%, insbesondere maximal 70% ihrer Länge in der Schaftausnehmung versenkt.
Der Schaft kann z. B. eine zylindrische Außengestalt besitzen, wobei jedoch auch andere Formgebungen, z. B. prismatische (z. B. quaderförmige) Gestaltungen möglich sind.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schaftlänge wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 70% der Gesamtlänge der Elektrode ausmacht. Bevorzugt verbleiben jedoch wenigstens 10% der Elektrodenlänge, die nicht vom Schaft besetzt sind. Insbesondere bei einer kappenförmigen Ausbildung der Elektrode kann der Schaft sich gegebenenfalls jedoch auch über 90–100% der Elektrodenlänge erstrecken.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Verbindungsbereich an einer der Arbeitsfläche der Spitze entgegengesetzten Stirnfläche der Spitze angrenzt. Die Arbeitsfläche stellt derjenigen Bereich der Oberfläche der Spitze dar, über welchen im Gebrauch der Elektrode der elektrische Strom aus der Elektrode herausfließt (bzw. hineinfließt). Insbesondere kann der Verbindungsbereich hierbei diese Stirnfläche der Spitze somit wenigstens teilweise oder bevorzugt sogar vollständig bedecken. Die in diesem Bereich somit durch den Verbindungsbereich geschaffene Anbindung der Spitze an den Schaft trägt in besonders hohem Maße zur Erzielung eines geringen Wärme- und Stromwiderstandes der Elektrode bei.
Alternativ oder bevorzugt zusätzlich zu einer wenigstens teilweisen, bevorzugt vollständigen Bedeckung der genannten Stirnfläche ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Verbindungsbereich an einer Mantelfläche der Spitze angrenzt. Damit kann vorteilhaft die an der Spitze vorhandene Anbindungsfläche (mit direktem Kontakt zum Verbindungsbereich) weiter vergrößert werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Verbindungsbereich ausgehend von der Spitze den Schaft in Richtung des der Spitze entgegengesetzten Schaftendes nennenswert durchsetzt, beispielsweise über eine Länge von mehr als 5%, insbesondere mehr als 10% der Schaftlänge.
In einer spezielleren, vorteilhaften Ausführungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass der Verbindungsbereich ausgehend von der Spitze den Schaft bis zu dessen der Spitze entgegengesetzten Schaftende durchsetzt.
Der Verbindungsbereich ist bevorzugt zumindest in einem zentralen Bereich der Elektrode vorgesehen, d. h. in einem Bereich, welcher sich sowohl in Axialrichtung betrachtet als auch in Querrichtung betrachtet in einem mittleren Bereich der Elektrode befindet.
Der Verbindungsbereich kann eine rotationssymmetrische Gestalt besitzen, wobei dessen Querschnitt entlang der Axialrichtung auch variieren kann. Insbesondere kommen Gestaltungen in Betracht, bei denen sich der Querschnitt des Verbindungsbereiches ausgehend von der Stelle der Angrenzung an die Spitze sich verjüngt. Der Verbindungsbereich kann hierfür z. B. wenigstens einen konischen Abschnitt und/oder im Verlauf der Axialrichtung wenigstens eine radiale Stufe besitzen.
In einer spezielleren, vorteilhaften Ausführungsform sind sowohl die Spitze als auch der Verbindungsbereich zylindrisch ausgebildet, beispielsweise mit gleichem Durchmesser, und ”koaxial gestapelt” in einer entsprechenden Ausnehmung des Schaftes untergebracht. Bei identischen Durchmessern von Spitze und Verbindungsbereich können diese Komponenten z. B. in einer mit diesem einheitlichen Durchmesser vorgesehenen zylindrischen Ausnehmung des Schaftes untergebracht sein. Der Schaft kann hierbei also insgesamt z. B. eine hohlzylindrische Form besitzen, wobei dessen Länge bevorzugt nennenswert kleiner (z. B. um wenigstens 10%) als die Summe der Längen von Spitze und Verbindungsbereich ist, so dass die Spitze mit ihrer Arbeitsfläche nennenswert aus dem Schaft herausragt.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spitze insgesamt oder zumindest mit einem in den Schaft hineinragenden Abschnitt zylindrisch ausgebildet ist und in eine Ausnehmung des Schaftes hineinragt, welche insgesamt oder zumindest in diesem Bereich einen größeren Durchmesser (als der hineinragende Abschnitt der Spitze) besitzt, wobei die Schaftausnehmung im Übrigen durch das Material des Verbindungsbereiches aufgefüllt ist. Das Material des Verbindungsbereiches grenzt in diesem Fall also an eine Mantelfläche der Spitze an.
Eine spezielle, gemäß dieser Ausführungsform gestaltete Elektrode besitzt eine zylindrische Spitze, die wenigstens teilweise in eine zylindrische Ausnehmung des Schaftes hineinragt, wobei der Durchmesser der zylindrischen Ausnehmung nennenswert größer als der Durchmesser der Spitze ist. Der Ausnehmungsdurchmesser kann z. B. wenigstens das 1,05-fache, insbesondere wenigstens das 1,1-fache des Durchmessers der Spitze betragen. Andererseits ist hierbei bevorzugt, dass der Ausnehmungsdurchmesser maximal das 1,5-fache, insbesondere maximal das 1,3-fache des Durchmessers der Spitze beträgt.
In einer anderen Ausführungsform, die insbesondere für eine kappenförmige Gestaltung der Elektrode in Betracht kommt, ist vorgesehen, dass die Spitze und der Schaft koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die Spitze jedoch nicht in eine Ausnehmung des Schaftes hineinragt, sondern über den Verbindungsbereich gewissermaßen am arbeitsflächenseitigen Schaftende axial aufgesetzt ist.
Was die Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrode anbelangt, so kann ein solches Verfahren z. B. folgende Schritte umfassen:

– Bereitstellung des Schaftes, beispielsweise als eine gepresste oder gesinterte poröse Struktur, z. B. aus Wolfram oder Molybdän, oder z. B. aus einer Legierung mit wenigstens 30% Wolfram bzw. Molybdän,
– Bereitstellung der Spitze aus Wolfram, Molybdän oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Wolfram oder mehr als 90% Molybdän,
– Anordnung des Schaftes und der Spitze in einem Werkzeug, welches für den nachfolgenden Schritt bevorzugt beheizt wird (z. B. durch Anordnung des beschickten Werkzeuges in einem Ofen),
– Ausbildung des Verbindungsbereiches durch Einfüllen bzw. Einfließenlassen von geschmolzenem Kupfer bzw. einer geschmolzenen Legierung enthaltend mehr als 95% Kupfer in einen verbleibenden Zwischenraum zwischen Schaft und Spitze, wobei für den Fall einer porösen Schaftstruktur das Kupfer bzw. die Kupferlegierung auch durch das Schaftmaterial hindurch in den Zwischenraum fließengelassen werden kann,
– nach Abkühlung (Erstarrung des eingebrachten Kupfers bzw. der eigebrachten Kupferlegierung), Entnehmen des aus Schaft, Spitze und Verbindungsbereich gebildeten Konstruktes aus dem Werkzeug, und
– optional Weiterverarbeitung des entnommenen Konstruktes (z. B. durch Fräsen und/oder Schleifen oder dergleichen) zur fertigen Elektrode.

Falls bei diesem Herstellungsverfahren eine poröse Schaftstruktur eingesetzt wird, die mit dem Kupfer bzw. der Kupferlegierung zur Ausbildung des Verbindungsbereiches durchströmt wird, so ist zu bedenken, dass am Ende des Durchströmungsvorganges zumeist ein nennenswerter Anteil an Kupfer in der Schaftstruktur (die Porositäten auffüllend) verbleibt. Insofern ist die chemische Zusammensetzung des ursprünglich bereitgestellten Schaftes mit entsprechend verringertem bzw. (von Verunreinigungen abgesehen) ganz fehlendem Kupferanteil vorzusehen.
Die gemäß der Erfindung ausgebildete bzw. hergestellte Elektrode kann sehr vorteilhaft für Widerstandsschweißverfahren jeglicher Art verwendet werden, beispielsweise zum Punktschweißen von metallischen Blechen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
1 eine Seitenansicht einer stabförmigen Elektrode mit einer Gestaltung nach dem Stand der Technik,
2 eine Längsschnittansicht entlang der Linie II-II in 1,
3 eine der 2 entsprechende Schnittansicht einer Elektrode gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,
4 eine der 2 entsprechende Schnittansicht einer Elektrode gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,
5 eine der 2 entsprechende Schnittansicht einer Elektrode gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,
6 eine der 2 entsprechende Schnittansicht einer Elektrode gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,
7 eine der 2 entsprechende Schnittansicht einer Elektrode gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,
8 eine der 2 entsprechende Schnittansicht einer Elektrode gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
9 eine der 2 entsprechende Schnittansicht einer Elektrode gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Die 1 und 2 veranschaulichen einen herkömmlichen Aufbau einer Elektrode 10 zum Widerstandsschweißen. Die Elektrode 10 umfasst einen Elektrodenschaft 12 und eine daran angebundene Elektrodenspitze 14.
Die Elektrode 10 besitzt im dargestellten Beispiel einen rotationssymmetrischen Aufbau. In der Praxis ist ein solcher rotationssymmetrischer Aufbau insbesondere für die Spitze im Allgemeinen bevorzugt, wohingegen für den Schaft auch andere Formgestaltungen weit verbreitet sind, z. B. eine quaderförmige Gestaltung (z. B. mit quadratischem Querschnitt).
Der Schaft 12 und die Spitze 14 besitzen im dargestellten Beispiel jeweils eine zylindrische Gestalt, wobei an einer in den Figuren unteren Stirnfläche des Schaftes 12 jedoch eine zylindrische Ausnehmung geschaffen ist, in welcher die Spitze 14 eingepresst (oder eingelötet) ist.
Im Gebrauch der Elektrode 10 dient der Schaft 12 zur Lagerung (z. B. an einem Schweißwerkzeug wie z. B. einem Endeffektor eines Industrieroboters) und zur Stromzufuhr, wohingegen die Spitze 14 dazu dient, mit dem zu schweißenden Werkstück in mechanischen und elektrischen Kontakt zu treten.
Dieser zweiteilige Aufbau, bei welchem Schaft und Spitze aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, trägt vorteilhaft dem Umstand Rechnung, dass im Gebrauch der Elektrode 10 unterschiedliche Anforderungen an die betreffenden Materialien gestellt werden:
Der Schaft 12 sollte eine hohe Festigkeit sowie eine hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Im dargestellten Beispiel besteht der Schaft 12 aus einer Kupferlegierung (gute Leitfähigkeit), die zur Erhöhung der Festigkeit mit Chrom und Zirkon dotiert ist.
Demgegenüber ist bei der Spitze 14 eine hohe Abbrandfestigkeit und eine geringe Schweißneigung (dementsprechend z. B. eine möglichst hohe Schmelztemperatur) besonders wichtig. Im dargstellten Beispiel besteht die Spitze 14 aus Wolfram.
Falls die Spitze 14 mit Presssitz in der Schaftausnehmung aufgenommen ist, so ergibt sich oftmals kein reproduzierbarer und guter Kontakt zwischen Schaft und Spitze hinsichtlich der Leitung von Wärme und elektrischem Strom. Auch die Variante einer Verlötung der Spitze 14 in der Ausnehmung des Schaftes 12 ist nicht unproblematisch. Hierbei bilden sich oftmals Lunker, welche den Kontakt zwischen Schaft und Spitze verschlechtern.
In diesem Zusammenhang ist besonders problematisch, dass an einer Stirnfläche 20 der Spitze 14, welche einer Arbeitsfläche 18 des Spitze 14 entgegengesetzt ist, in der Praxis ein eher mäßiger Kontakt zum Material des Schaftes 12 hin erzielt wird. Der Presssitz wirkt gewissermaßen nur an einer Mantelfläche 22 der Spitze 14.
Nachfolgend werden mit Bezug auf die 3 bis 8 im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Elektrodengestaltungen gemäß Ausführungsbeispielen erläutert.
Bei dieser nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten der einzelnen Elektroden die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
3 zeigt eine Elektrode 10a mit einem Schaft 12a und einer daran angebundenen Spitze 14a. Die Elektrode 10a ist im dargestellten Beispiel wieder rotationssymmetrisch ausgebildet. Dies ist bevorzugt, jedoch nicht zwingend. Insbesondere der Schaft 12a könnte auch eine davon abweichende Formgestaltung besitzen (z. B. prismatisch, z. B. mit quadratischem Querschnitt).
Die Spitze 14a ist aus Wolfram, Molybdän oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Wolfram oder mehr als 90% Molybdän gebildet. Dies gilt auch für alle nachfolgend noch beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Im Unterschied zu der bekannten Gestaltung gemäß der 1 und 2 besitzt die Elektrode 10a gemäß 3 die Besonderheit, dass der Schaft 12a aus einer Legierung enthaltend 10%–70% Kupfer (alternativ: 10%–70% Silber) gebildet ist und außerdem ein sowohl an den Schaft 12a als auch die Spitze 14a angrenzender Verbindungsbereich 16a aus Kupfer oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Kupfer vorgesehen ist (Dies gilt auch für alle nachfolgend noch beschriebenen Ausführungsbeispiele).
Der Verbindungsbereich 16a ermöglicht eine hervorragende Anbindung der Spitze 14a an den Schaft 12a, was die Leitung von Wärme und elektrischem Strom anbelangt.
Im Beispiel gemäß 3 ist der Schaft 12a z. B. aus einer Legierung enthaltend 40%–60% Kupfer, 40%–60% Wolfram und einem Rest an Verunreinigungen von weniger als 2%, insbesondere weniger als 1% gebildet. Das Material des Schaftes 12a ist bevorzugt gesintert.
Im Beispiel gemäß 3 grenzt der Verbindungsbereich 16a an einer der Arbeitsfläche 18a (in Axialrichtung) entgegengesetzten Stirnfläche 20a der Spitze 14a an und bedeckt hierbei diese Stirnfläche 20a vollständig.
Im dargestellten Beispiel ist eine Mantelfläche 22a der Spitze 14a im Bereich der Schaftausnehmung eingepresst.
Abweichend davon kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Verbindungsbereich 16a alternativ oder zusätzlich an der Mantelfläche 22a der Spitze 14a angrenzt, z. B. über die gesamte Höhe des in der Schaftausnehmung ”versenkten” Abschnittes dieser Mantelfläche (Ein solches Beispiel, bei welchem der Verbindungsbereich z. B. die gesamte Stirnfläche und die gesamte Mantelfläche einer in einer Schaftausnehmung versenkt angeordneten Spitze bedeckt, zeigt 6).
Die Herstellung der Elektrode 10a kann z. B. folgende Schritte umfassen:

– Bereitstellung (Vorfertigung) des Schaftes 12a als eine gepresste bzw. gesinterte poröse Struktur,
– Bereitstellung (Vorfertigung) der Spitze 14a,
– Anordnung des Schaftes 12a und der Spitze 14a in den Schaft 12a, zusammen mit an der Außenfläche des Schaftes 12a angelegten Kupferstücken in einem Werkzeug aus z. B. Graphit, und Einbringen des so beschickten Werkzeuges in einen Ofen,
– Beheizen des Ofens, um die Kupferstücke zu schmelzen und zur Ausbildung des Verbindungsbereiches 16a in den Zwischenraum zwischen Schaft 12a und Spitze 14a einfließen zu lassen, wobei aufgrund der porösen Schaftstruktur das Kupfer durch das Schaftmaterial hindurch in den Zwischenraum fließt,
– nach Abkühlung (Erstarrung des eingebrachten Kupfers im Zwischenraum), Entnehmen des aus Schaft 12a, Spitze 14a und Verbindungsbereich 16a gebildeten Konstruktes aus dem Werkzeug, und
– Endbearbeitung des aus dem Werkzeug entnommenen Konstruktes durch Fräsen des Schaftes 12a in eine gewünschte Endkontur, um die Elektrode 10a fertigzustellen.

Der Verbindungsbereich 16a der Elektrode 10a besitzt eine etwa halbkugelförmige Gestalt und ist in einem zentralen Bereich der Elektrode 10a derart angeordnet, dass über diesen Verbindungsbereich 16a sehr effizient (mit geringen Übergangswiderständen) Wärme und elektrischer Strom fließen können.
4 zeigt eine Elektrode 10b, welche sich von dem Beispiel gemäß 3 lediglich dadurch unterscheidet, dass ein Verbindungsbereich 16b wesentlich größer vorgesehen ist und im Beispiel gemäß 4 einen Großteil der Länge eines Schaftes 12b in Axialrichtung durchsetzt.
Im Beispiel gemäß 4 besitzt der Verbindungsbereich 16b über die Axialrichtung betrachtet einen variierenden Querschnitt. Ausgehend von einer Stirnfläche 20b der Spitze 14b verjüngt sich dieser Querschnitt. Alternativ könnte auch ein einheitlicher Querschnitt des Verbindungsbereiches 16b vorgesehen sein.
Bei dem Beispiel gemäß 4 ergibt sich durch den in Axialrichtung langgestreckten Verbindungsbereich 16b eine besonders gute Leitfähigkeit im Schaftbereich, wobei die maßgeblich durch den Schaft 12b erzielte Festigkeit der Elektrode 10b vorteilhaft nur wenig beeinträchtigt wird.
5 zeigt eine Elektrode 10c, bei welcher sich im Unterschied zu dem Beispiel gemäß 4 ein Verbindungsbereich 16c ausgehend von einer Stirnfläche 20c durch einen Schaft 13c vollständig hindurch bis zu dessen einer Spitze 14c entgegengesetzten Schaftende (in 5 oben) durchsetzt.
Ein weiterer Unterschied zu den Beispielen gemäß der 3 und 4 besteht bei dem Beispiel gemäß 5 darin, dass der Verbindungsbereich 16c über die Axialrichtung einen einheitlichen Querschnitt besitzt.
Wenn, wie im Beispiel gemäß 5 vorgesehen, die Querschnitte einerseits der Spitze 14c und andererseits des Verbindungsbereiches 16c identisch bemessen sind, so kann auch der Schaft 12c vorteilhaft mit einer (im Beispiel durchgehenden) Schaftausnehmung eines über die Axialrichtung einheitlichen Querschnittes gefertigt werden.
Ein weiterer Vorteil des ausgehend von der Spitze 14c den Schaft 12c vollständig bis zu dessen entgegengesetzten Schaftende durchsetzenden Verbindungsbereiches 16c besteht darin, dass die Befüllung der Schaftausnehmung im Rahmen der Herstellung der Elektrode 10c sehr einfach und zuverlässig erfolgen kann, und insbesondere z. B. nicht erfordert, dass das betreffende Material (Kupfer bzw. Kupferlegierung) durch das Schaftmaterial hindurch strömen gelassen werden muss.
6 zeigt eine Elektrode 10d, bei welcher im Unterschied zu den vorangegangenen Beispielen ein Verbindungsbereich 16d auch an einer Mantelfläche 22d einer Spitze 14d angrenzt.
Der Unterschied des Beispiels gemäß 6 gegenüber dem Beispiel gemäß 5 besteht darin, dass der Außendurchmesser der Spitze 14d kleiner (z. B. um wenigstens 5%) als der Innendurchmesser der Ausnehmung eines Schaftes 12d bemessen ist und der hierbei sich ergebende Ringspalt ebenfalls von dem Material des Verbindungsbereiches 16d ausgefüllt ist.
Es versteht sich, dass die Besonderheit einer wenigstens teilweisen Bedeckung (im Beispiel gemäß 6 vollständigen Bedeckung) der Mantelfläche der Spitze im Bereich der Schaftausnehmung auch bei den vorangegangenen Beispielen gemäß der 3 und 4 vorgesehen werden kann.
7 zeigt eine Elektrode 10e, die im Unterschied zu den vorangegangenen Beispielen nicht stabförmig sondern kappenförmig ausgebildet ist. Hinsichtlich der konkreten Formgestaltung der Elektrode 10e kann beispielsweise auf irgendeine derjenigen Spezifikationen zurückgegriffen werden, welche in einer Norm, z. B. der Norm DIN EN ISO 5821, angegeben sind.
Abgesehen von dieser Kappenform (anstatt stabförmiger Form) entspricht die Elektrode 10e vom Aufbau her im Wesentlichen der Elektrode 10a gemäß 3.
Es versteht sich, dass die Elektrode 10e gemäß 7 auch mittels der für die Beispiele gemäß der 4, 5 und 6 beschriebenen Besonderheiten modifiziert werden könnte.
8 zeigt eine Elektrode 10f, die wie die Elektrode 10e gemäß 7 kappenförmig ausgebildet ist, jedoch im Unterschied zu den vorangegangenen Beispielen eine Spitze 14f besitzt, die nicht in einer Ausnehmung eines Schaftes 12f versenkt angeordnet ist. Vielmehr ist bei dem Beispiel gemäß 8 die Spitze 14f über einen Verbindungsbereich 16f am arbeitsflächenseitigen Ende des Schaftes 12f axial aufgesetzt und mittels des Verbindungsbereiches 16f am Schaft 12f angebunden.
9 zeigt eine Elektrode 10g, die wie die Elektroden 10e (7) und 10f (8) kappenförmig ausgebildet ist, im Unterschied zu diesen jedoch einen Verbindungsbereich 16g besitzt, der einen Großteil der Länge eines Schaftes 12g in Axialrichtung durchsetzt.
Im Beispiel gemäß 9 besitzt der Verbindungsbereich 16g über die Axialrichtung betrachtet einen variierenden Querschnitt. Ausgehend von einer Stirnfläche 20g der Spitze 14g verjüngt sich dieser Querschnitt. Alternativ könnte jedoch auch ein einheitlicher Querschnitt des Verbindungsbereiches 16g vorgesehen sein.
Bei den Beispielen gemäß der 7 und 9 ist eine Mantelfläche 22e bzw. 22g der Spitze 14e bzw. 14g im Bereich einer Schaftausnehmung eingepresst. Abweichend davon kann jedoch auch wieder vorgesehen sein, dass ein Ringspalt zwischen der Mantelfläche und dem Schaftmaterial durch Material des Verbindungsbereiches 16e bzw. 16g gefüllt ist, also der Verbindungsbereich z. B. zusätzlich an der Mantelfläche 22e bzw. 22g (z. B. über deren gesamte Höhe in der Schaftausnehmung) der Spitze angrenzt (wie z. B. bei dem Beispiel gemäß 6 vorgesehen).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0383060 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm ISO 6848 [0008]
Norm DIN EN ISO 5821 (April 2010) [0012]
Norm DIN EN ISO 5821 [0071]

Claims

Elektrode (10) zum Widerstandsschweißen, mit einem Schaft (12) und einer daran angebundenen Spitze (14), wobei die Spitze (14) aus Wolfram, Molybdän oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Wolfram oder mehr als 90% Molybdän gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (12) aus einer Legierung enthaltend 10%–70% Kupfer oder 10%–70% Silber gebildet ist, und ein sowohl an den Schaft (12) als auch die Spitze (14) angrenzender Verbindungsbereich (16) aus Kupfer oder einer Legierung enthaltend mehr als 95% Kupfer vorgesehen ist.
Elektrode (10) nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsbereich (16) an einer der Arbeitsfläche (18) der Spitze (14) entgegengesetzten Stirnfläche (20) der Spitze (14) angrenzt.
Elektrode (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsbereich (16) an einer Mantelfläche (22) der Spitze (14) angrenzt.
Elektrode (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsbereich (16) ausgehend von der Spitze (14) den Schaft (12) bis zu dessen der Spitze (14) entgegengesetzten Schaftende durchsetzt.
Elektrode (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Legierung des Schaftes (12) wenigstens 30% Wolfram oder wenigstens 30% Molybdän enthalt.