DE2162501A1

DE2162501A1 - Resistance welding electrode

Info

Publication number: DE2162501A1
Application number: DE19712162501
Authority: DE
Inventors: Robert H.; Stone Carl Anthony; Murphy Peter Charles; Indianapolis; Thompson Robert Dee Carmel; Ind. Imes (V.St.A.)
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1970-12-18
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1972-06-29
Also published as: CA944439A; IT944057B; GB1378394A

Description

PATENTANWÄLTE 7 STUTTGART 1 PATENT LAWYERS 7 STUTTGART 1

DR.-ING. WOLFF, H. BARTELS, lange strasse siDR.-ING. WOLFF, H. BARTELS, long street si

TELEFON· (0711)29(5310und 297295TELEPHONE (0711) 29 (5310 and 297295)

DR. BRANDES, DR.-ING. HELD ' telex,0722312DR. BRANDES, DR.-ING. HELD 'telex, 0722312

Dipl.-Phys. WolffDipl.-Phys. Wolff

Widerstands-SchweißelektrodeResistance welding electrode

Die Erfindung betrifft eine austauschbare Widerstands-Schweißelektrode mit einem Elektrodeneinsatz, der aus einem Material mit großer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit besteht.The invention relates to an exchangeable resistance welding electrode with an electrode insert made of a material with great electrical and thermal Conductivity exists.

In den vergangenen Jahren sind viele Fortschritte und Verbesserungen in Bezug auf die zui: Anwendung kommenden Werkstoffe und die Konstruktion von Widerstands-Schweißelektroden erzielt worden. Der erste wesentliche Fortschritt wurde durch die Entwicklung von Kupferlegierungen ermöglicht, welche eine großa elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzen und deren Warmfestigkeit im Hinblick auf die bei der Widerstandeschweißung auftretenden Temperaturen ausreichend groß ist. Es hat sich herausgestellt, daß Kupfer-Kadmiumlegierungen, Kupfer-Cbromlegierungen, Kupfer-Zirkoniumlegierungen, Kupfer-Kobalt-Berylliumlegierungen, Kupfer-Nicke^Berylliumlegierungen und Kombinationen dieser Legierungen unlegiertem Kupfer weit überlegen sind. ■Trotz der beträchtlich höheren Kosten für derartige Legierungen führen die beträchtliche Standzeit und die somit ohne Nachbearbeitungen durchführbaren Schweißvorgänge dazu, daß Widerfitands-Schweißelektroden, welche aus derartigen. Kupferlegierungen hergestellt sind, wirtschaftlicher sind als aus unlegiertem Kupfer hergestellte Schweißelektroden.In the past few years, many advances and improvements in terms of the zui: application are coming Materials and construction of resistance welding electrodes have been achieved. The first major advance was made possible by the development of copper alloys, which have great electrical and thermal conductivity and their heat resistance with regard to the temperatures occurring during resistance welding is big enough. It has been found that copper-cadmium alloys, copper-chromium alloys, Copper-zirconium alloys, copper-cobalt-beryllium alloys, Copper-Nickel ^ Beryllium Alloys and Combinations these alloys are far superior to unalloyed copper. ■ Despite the considerably higher cost of such alloys the considerable service life and the welding processes that can therefore be carried out without reworking lead to that resistance welding electrodes, which consist of such. Copper alloys are more economical than welding electrodes made from unalloyed copper.

Bei der Widerstandsschweißung mittels entsprechender Schweißgeräte wird die Anwendung von Elektroden verschiedenster Länge und unterschiedlichster Gestalt erforderlich. Manche gerader.Elektroden können beispielsweise bis zu mehreren Zentimetern lang sein. Die Stirn- oder Anlagefläche der Elektrode, welche auf den Werkstücken aufliegt, die miteinander verschweißt werden sollen, ist der bedeutendsteWith resistance welding using appropriate welding equipment the use of electrodes of various lengths and shapes is required. Some straighter. Electrodes can be up to several centimeters long, for example. The front or contact surface of the Electrode, which rests on the workpieces that are to be welded together, is the most important

209827/0702 ^⁰ ORIGINAL209827/0702 ^ ⁰ ORIGINAL

Abschnitt der Elektrode, da dieser den Strom führt, den Druck aufbringt und während des Schweißvorganges am stärksten hohen Temperaturen ausgesetzt ist.Section of the electrode, as this carries the current, applies the pressure and is strongest during the welding process exposed to high temperatures.

Infolge wiederholter Schweißvorgänge wird die Spitze der Elektrode deformiert. Dieser Vorgang wird in der Fachsprache als sogenannter Pilz- oder.Pilzbildungseffekt ("mushrooming") bezeichnet. Mit fortschreitender "PiIz_fc bildung" nehmen die Stromdichte und/oder der Druck je ' Flächeneinheit ab, soweit im Bezug auf diese beiden Faktoren nicht eine kontinuierliche Nachstellung durchgeführt wird. Bei den meisten Widerstandsschweißungen, insbesondere aber bei automatisierten Gerätschaften, ist dies unzweckmäßig. The tip of the electrode is deformed as a result of repeated welding processes. This process is called "mushrooming" in technical terms. As the "PiIz _fc formation" progresses, the current density and / or the pressure per unit area decrease, unless a continuous readjustment is carried out with regard to these two factors. With most resistance welding, but especially with automated equipment, this is inexpedient.

Aus den zuvor genannten Gründen wird es erforderlich, daß man die Elektrode nach einer gewissen Anzahl von Schweissungen aus dem Schweißgerät entfernt und daß man durch Nachbearbeitung ihrer Arbeitsfläche oder Spitze wiederum ihr ursprüngliches Aussehen verleiht. Nach einer gewissen Anzahl von Nachbearbeitungen muß jedoch die vollständige ψ Elektrode weggeworfen werden. Ein derartiges Vorgehen ist aus einem oder mehreren der nachfolgend angegebenen Gründe unerwünscht. Auf diese Weise wird eine beträchtliche Menge an teurer Kupferlegierung vergeudet. Darüber hinaus ist die Nachbearbeitung arbeitsintensiv und teuer. Schließlich müssen teure Elektroden für einen Austausch auf Lager gehalten werden, welche zum Einsatz kommen, während infolge von "Pilzbildung" derformierte Elektroden nachbearbeitet werden. Die eben genannten Nachteile sind insbesondere in der Kraftfahrzeug- und Apparatebauindustrie von Wichtigkeit, da in diesen Industriezweigen am häufigsten Widerstandsschvieißungen in automatisierten Ausrüstungen durchgeführtFor the reasons mentioned above, it is necessary to remove the electrode from the welding device after a certain number of welds and to restore its original appearance by reworking its working surface or tip. However, after a certain number of reworking operations, the entire ψ electrode must be discarded. Such an approach is undesirable for one or more of the reasons given below. In this way, a significant amount of expensive copper alloy is wasted. In addition, post-processing is labor-intensive and expensive. Finally, expensive electrodes must be kept in stock for replacement, which are used while electrodes that are deformed due to "fungus formation" are reworked. The disadvantages just mentioned are of particular importance in the motor vehicle and apparatus construction industry, since resistance welds are most frequently carried out in automated equipment in these branches of industry

209827/0702209827/0702

werden, welche ihrerseits in Fertigungslinien integriert
sind.which in turn are integrated into production lines
are.

Einige der zuvor erwähnten Schwierigkeiten sind schon
teilweise durch die Entwicklung ur.d den Gebrauch sogenannter Kappenelektroden beseitigt worden. Bei diesen Widerstands-Schweißelektroden der eingangs genannten Art ist
der kurze Elektrodeneinsatz, welcher die Bearbeitungsspitze aufweist, in ein Zwischenstück der erforderlichen
Länge eingepaßt oder auf dieses aufgesetzt. Der Elektrodeneinsatz kann entweder einen Innenkegel, welcher über einen Außenkegel des Zwischenstücks paßt_foder aber einen Außenkegel besitzen, welcher in einen entsprechenden Innenkegel des Zwischenstücks paßt. In beiden Fällen besitzt der
Elektrodeneinsatz eine übereinstimmende Länge sowie eine
übereinstimmende Gestalt seiner Spitze. Die Elektrodeneinsätze werden gewöhnlich vom Zwischenstück entfernt und
infolge der Dimensionsveränderungen seiner Anlagefläche
mehrmals nachgearbeitet. Hat die Kappenelektrode schließlich ihre Dienste erfüllt, dann kann sie vom Zwischenstück entfernt und weggeworfen werden. Bei diesen Kappenelektroden wird demzufolge anstelle eines v?esentlich längeren
Elektrodenteils nur ein geringer Abschnitt an teurer Kupferlegierung weggeworfen. Dieser massive Elektrodeneinsatz aus einer hochwertigen und teuren Kupferlegierung ist jedoch immer noch unwirtschaftlich, wenn man bedenkt, daß
in der Automobilinövistrie täglich viele Tausend dieser
Kappenelektroden verbraucht werden.Some of the difficulties mentioned earlier are already
has been partially eliminated by the development and the use of so-called cap electrodes. In these resistance welding electrodes of the type mentioned above
the short electrode insert, which has the machining tip, into an intermediate piece of the required
Fitted length or placed on this. The electrodes used can be either an inner cone which fits _f or via an outer cone of the intermediate piece but have an outer cone which fits into a corresponding inner cone of the intermediate piece. In both cases the
Electrode insert a matching length and a
matching shape of its tip. The electrode inserts are usually removed from the spacer and
as a result of the dimensional changes in its contact surface
reworked several times. When the cap electrode has finally served its purpose, it can be removed from the adapter and thrown away. With these cap electrodes, instead of a considerably longer one
Only a small portion of the expensive copper alloy is thrown away on the electrode part. However, this massive electrode insert made of a high quality and expensive copper alloy is still uneconomical when you consider that
Many thousands of these in automotive engineering every day
Cap electrodes are consumed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Widerstands-Schweißelektrode zu schaffen, deren aus einem Material mit großer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit bestehender Elektrodeneinsatz ohne Beeinträchtigung des Schweiß-The invention is based on the object of a resistance welding electrode to create whose consisting of a material with great electrical and thermal conductivity Electrode insert without impairing the welding

209827/0702209827/0702

BAD ORJGiNALBAD ORJGiNAL

Vorganges ein derart geringes Volumen erhalten kann, daß der Verlust an hochwertigem Material nach völliger Abnutzung des Elektrodeneinsatzes besonders gering ist.Process can receive such a small volume that the loss of high-quality material after the electrode insert is completely worn is particularly low.

Diese Aufgabe ist, ausgehend von einer Widerstands-Schweißelektrode der eingangs genannten Art, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Elektrodeneinsatz in einer Bohrung eines Elektrodenhalters angeordnet ist, v/elcher aus einem Material mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit besteht und dessen Warmfestigkeit gegenüber den beimThis task is based on a resistance welding electrode of the type mentioned at the outset, achieved according to the invention in that the electrode insert is in a bore an electrode holder is arranged, v / elcher made of a material with good electrical and thermal conductivity exists and its heat resistance compared to the

W Schweißen auftretenden Temperaturen geringer ist als die Warmfestigkeit des Elektrodeneinsatzes. Hierdurch wird vor allem erreicht, daß der in der Bohrung des Elektrodenhalters angeordnete Elektrodeneinsatz, welcher aus einem hochwertigen und teuren Material besteht, in seinen Abmessungen besonders gering gehalten werden kann, während die Abmessungen des Elektrodenhalters den Umständen entsprechend gewählt sein können, da dieser aus einem wesentlich billigeren Material mit ausreichender elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie ausreichender Warmfestigkeit hergestellt werden kann. Läßt sich die erfindungsgemäße Widerstands-Schweißelektrode nach entsprechender Abnutzung des Elektrodeneinsatzes nicht mehr weiter verwenden, dann muß beim Austausch der Schweißelektrode nur ein geringer Anteil an hochv/ertigern Material weggeworfen werden. W welding temperatures are lower than the heat resistance of the electrode insert. This primarily ensures that the electrode insert arranged in the bore of the electrode holder, which consists of a high-quality and expensive material, can be kept particularly small in terms of its dimensions, while the dimensions of the electrode holder can be selected according to the circumstances, since it consists of a Much cheaper material with sufficient electrical and thermal conductivity and sufficient heat resistance can be produced. If the resistance welding electrode according to the invention can no longer be used after the electrode insert has worn down, only a small proportion of high-quality material has to be thrown away when the welding electrode is replaced.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Widerstands-Schweißelektrode ergibt sich, wenn der Elektrodenhalter einen Kanal für einen Kühlmittelumlauf besitzt. Auf diese Weise läßt sich der infolge der Wärmeentwicklung beim Schweißen in der Schweißelektrode entstehende Wärmestau auf besonders einfache Weise besei-A particularly advantageous embodiment of the resistance welding electrode according to the invention is obtained when the electrode holder has a channel for a coolant circulation. In this way, the result of the Heat build-up in the welding electrode during welding, remove heat build-up in a particularly simple manner.

209827/0702209827/0702

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

tigen. Dabei kann vorgesehen sein, daß der Elektrodeneinsatz eine mit dem Kanal für den Kühlmittelumlauf verbundene Aussparung für die Abkühlung der Spitze des Elektrodeneinsatzes aufweist. Diese Aussparung hat vor allem den Vorteil, daß das Kühlmittel mit dem Bereich des Elektrodeneinsatzes in Berührung kommt, welcher der größten Erwärmung ausgesetzt ist. Die Aussparung hat vor allem aber auch den Vorteil, daß das Volumen des für den Elektrodeneinsatz benutzten hochwertigen und teuren Materials auf ein Minimum reduziert wird.run. It can be provided that the electrode insert is connected to the channel for the coolant circulation Has recess for cooling the tip of the electrode insert. This recess has the main advantage that the coolant comes into contact with the area of the electrode insert which is the most heated is exposed. Above all, however, the recess also has the advantage that the volume of the electrode insert used high-quality and expensive material is reduced to a minimum.

Bei einem besonders vorteilhaften abgewandelten Ausführungsbeispiel einer Schweißelektrode gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Elektrodeneinsatz einen mit dem Elektrodenhalter gekoppelten Schaftteil sowie einen zweiten Teil besitzt, dessen Querschnitt zumindest teilweise größer ist als der Querschnitt des Schaftteils und der eine während der Schweißung am Werkstück anliegende Anlagefläche besitzt. Hierdurch ergibt sich eine besonders zweckmäßige Form des Elektrodeneinsatzes. Vorzugsweise besitzt der zweite Teil des Elektrodeneinsatzes eine zur Anlagefläche geneigt verlaufende Fläche, die als Kegelmantel oder als abgerundete Mantelfläche ausgebildet s"ein kann. Als Material für den Elektrodeneinsatz können Kupfen, Kupferlegie-, rungen, hitzebeständige Metalle, hitzebeständige Metalllegierungen sowie Edelmetalle und Edelmetalllegierungen ausgewählt sein.In a particularly advantageous modified embodiment of a welding electrode according to the invention it is provided that the electrode insert has a shaft part coupled to the electrode holder and a second one Has part whose cross section is at least partially larger than the cross section of the shaft part and the one has contact surface in contact with the workpiece during welding. This results in a particularly useful one Shape of the electrode insert. The second part of the electrode insert preferably has a contact surface inclined surface which can be designed as a conical surface or as a rounded surface. As a material copper, copper alloy, stanchions, heat-resistant metals, heat-resistant metal alloys as well as precious metals and precious metal alloys be selected.

Bei einem abgewandelten, besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schweißelektrode ist vorgesehen, daß der Elektrodenhalter einen zur Wärmeableitung vorgesehenen ersten Abschnitt mit großem Querschnitt undIn a modified, particularly advantageous embodiment of the welding electrode according to the invention, it is provided that the electrode holder has a first section with a large cross section and provided for heat dissipation

209827/0702209827/0702

einen zur Kopplung vorgesehenen zweiten Abschnitt mit verhältnismäßig geringem Querschnitt besitzt. Der zur Wärmeableitung vorgesehene erste Abschnitt dient dabei zur Aufnahme des Schaftteils des Elektrodeneinsatzes. Als Material für den Elektrodenhalter könrin Aluminium, Aluminliamlegierungen. Zink/ Zinklegierungen, Eisen, Eisenlegierungen sowie Kupfer und Kupferlegierungen gewählt sein.has a second section provided for coupling with a relatively small cross-section. The for The first section provided for heat dissipation serves to accommodate the shaft part of the electrode insert. As material for the electrode holder aluminum, aluminum alloys. Zinc / zinc alloys, iron, iron alloys and copper and copper alloys can be selected.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei-™ spielen im einzelnen erläutert.The invention is described in the following description with reference to embodiments shown in the drawings play explained in detail.

Es zeigen:Show it:

austauschbareinterchangeable

Fig. 1 einen Schnitt durch eine/Widerstands-Schweißelektrode gemäß der Erfindung, welche einen1 shows a section through a / resistance welding electrode according to the invention, which one

Elektrodenhalter mit Elektroden- J.Electrode holder with electrode J.

einsatz aufweist?has use?

Fig. 2a bis 2g eine Seitenansicht sieben verschiedener Ausführungsformen für einen Elektrodeneinsatz für eine Schweißelektrode gemäß Fig. 1;2a to 2g show a side view of seven different Embodiments for an electrode insert for a welding electrode according to FIG. 1;

Fig. 3 eine teilweise abgebrochen dargestellte Seitenansicht eines Schweißgeräts, in welchem WiderFig. 3 is a partially broken away side view of a welding machine, in which cons

stands-Schweißelektroden gemäß der Erfindung Anwendung finden;Stand welding electrodes according to the invention are used;

Fig. 4 eine vergrößert, teilweise geschnitten und abgebrochen dargestellte Seitenansicht der beiden erfindungsgemäßen Widerstands-Schweißelektroden des in Fig. 3 dargestellten Geräts,und4 shows an enlarged, partially sectioned and broken away side view of the two Resistance welding electrodes according to the invention of the device shown in Fig. 3, and

Fig. 5a und 5b eine Teilseitenansicht zweier an denFig. 5a and 5b a partial side view of two to the

miteinander zu verbindenden Werkstücken anliegender Widerstands-Schweißelektroden, wobei dieto be joined together workpieces abutting resistance welding electrodes, wherein the

209827/0702209827/0702

Elektrodeneinsätze im nicht deformierten bzw. deformierten Zustand dargestellt sind.Electrode inserts are shown in the undeformed or deformed state.

Fig. 1 zeigt eine zusammengesetzte Widerstands-Schweißelektrode 1, die einen Elektrodenhalter 10 sowie einen Elektrodeneinsatz 20 aufweist.Fig. 1 shows a composite resistance welding electrode 1, which has an electrode holder 10 and an electrode insert 20.

Der Elektrodenhalter 10 kann aus jedem Material hergestellt sein, das eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt. Da der Grund für die Anwendung eines vom Elektrodeneinsatz 20 getrennten Elektrodenhalters in der Kostenfrage liegt, sollten für den Elektrodenhalter die Materialien benutzt werden, welche am billigsten sind und deren elektrische und thermische Leitfähigkeit zur Stromführung sowie zur Wärmeabführung von den Elektrodenspitzen ausreicht. Darüber hinaus muß dieser Elektrodenhalter eine gewisse Festigkeit besitzen, da im allgemeinen ein Druck von mehr als 270 kp zur Anwendung kommt, wenn die beiden Schweißelektroden an den miteinander zu verbindenden Werkstückteilen anliegen. Als Werkstoff für den Elektrodenhalter kommen Aluminium und Aluminiumlegierungen, Zink und Einklegierungen, welche vorzugsweise mindestens 94 Gewichtsprozente Zink enthalten^sowie Eisen und niedrigerer Eisenkohlenstoff in Betracht. Besonders bevorzugt werden die Aluminiumlegierungen der Serien 5000 und 6000 sowie Eisenkoh anstofflegierungen, die einen Kohlenstoffgehalt von weniger als etwa 0,05 % und vorzugsweise weniger als O,O2% besitzen. Die Aluminiumlegierungen der Serien 5000 und 60OO sowie die nachfolgend benutzten Bezeichnungen sind aus der Druckschrift "Aluminium", Band 1, "Properties, physical metallurgy and phase diagrams", American Society for metals, Herausgeber Kent R. van Horn,entnommen. Zu denThe electrode holder 10 can be made of any material be that has good electrical and thermal conductivity. Because the reason for the application an electrode holder separate from the electrode insert 20 is a question of cost, should be used for the electrode holder the materials are used which are cheapest and their electrical and thermal conductivity Current conduction and heat dissipation from the electrode tips is sufficient. In addition, this electrode holder have a certain strength, since a pressure of more than 270 kp is generally used when the two welding electrodes are in contact with the workpiece parts to be connected to one another. As a material for the Electrode holders come aluminum and aluminum alloys, zinc and cement-in alloys, which are preferably at least 94 percent by weight zinc contains ^ as well as iron and lower Iron carbon into consideration. The aluminum alloys of the 5000 and 6000 series are particularly preferred as well as iron carbon alloys, which have a carbon content of less than about 0.05%, and preferably less than 0.02%. The aluminum alloys of the series 5000 and 60OO and the terms used below are taken from the publication "Aluminum", Volume 1, "Properties, physical metallurgy and phase diagrams ", American Society for metals, editor Kent R. van Horn

209827/0702209827/0702

Aluminiumlegierungen, deren besondere Eignung sich herausgestellt hat, gehören die Legierungen mit den von der Aluminium Association gewählten Bezeichnungen EC, No. 2EC,Aluminum alloys, whose particular suitability has been found, include the alloys with those of the Aluminum Association chosen designations EC, No. 2EC,

Mit
5005, 6061,und 6063./"EC" ist dabei eine Aluminiumlegierung bezeichnet, welche 99,45% Aluminiuln und 0,02% Bor "enthält. Die Aluminiumlegierung mit der Bezeichnung "No. 2EC" enthält außer Aluminium 0,4% Silikon und 0,6% Magnesium. Die Aluminiumlegierung mit der Bezeichnung "5005" enthält neben Aluminium 0,8% Magnesium. Die Legierung mit der Bezeichnung "6061" enthält außer Aluminium 0,6% Silikon, 0,25% Kupfer, 1,0% Magnesium und 0,2% Chrom. Die Legierung mit der Bezeichnung "6063" schließlich enthält neben Aluminium 0,4% Silikon und 0,7% Magnesium. Als Zinklegierung kommt beispielsweise eine Legierung mit einem Magnesiumanteil zwischen 4% und 0,04% und wahlweise einem Kupferanteil von 1% in Betracht. Dabei handelt es sich um eine Spritzgußlegierung. With
5005, 6061, and 6063./ "EC" is an aluminum alloy which contains 99.45% aluminum and 0.02% boron ". The aluminum alloy with the designation" No. In addition to aluminum, 2EC "contains 0.4% silicon and 0.6% magnesium. The aluminum alloy with the designation" 5005 "contains 0.8% magnesium in addition to aluminum. The alloy with the designation" 6061 "contains 0.6% silicon in addition to aluminum , 0.25% copper, 1.0% magnesium and 0.2% chromium. Finally, the alloy with the designation "6063" contains, in addition to aluminum, 0.4% silicone and 0.7% magnesium. An alloy, for example, comes as a zinc alloy a magnesium content between 4% and 0.04% and optionally a copper content of 1%.

Anstelle von Aluminium, Zink und deren Legierungen können auch andere Metalle und Legierungen benutzt werden. Sind beispielsweise die Kosten für Messing, Bronze oder Muntzmetall gering genug, um ihre Anwendung zu rechtfertigen, dann steht fest, daß diese Kupferlegierungen.die erforderliche elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie die erforderliche Festigkeit besitzen. Es sei jedoch nochmals daran erinnert, daß es hauptsächlich eine Frage der Wirtschaftlichkeit ist, welches Material für den Elektrodenhalter 10 zur Anwendung kommen soll.Instead of aluminum, zinc and their alloys, other metals and alloys can also be used. Are For example, the cost of brass, bronze or muntz metal is low enough to justify their use, then it is clear that these copper alloys.die required Have electrical and thermal conductivity and the required strength. But let it be said again reminds that it is mainly a question of economy which material for the electrode holder 10 should be used.

Der Elektrodeneinsatz 20 sitzt im Elektrodenhalter 10. Der Elektrodeneinsatz 20 sollte aus einem Material hergestellt sein, welches eine große elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt. Der Elektrodeneinsatz 20 muß nichtThe electrode insert 20 is seated in the electrode holder 10. The electrode insert 20 should be made of one material be, which has a great electrical and thermal conductivity. The electrode insert 20 does not have to be

209827/0702209827/0702

nur eine große elektrische und thermische Leitfähigkeit, wie im Falle des Elektrodenhalters 10, sondern auch eine verhältnismäßig große Festigkeit bei den beim Schweißen auftretenden Temperaturen notwendigerweise besitzen, da ein geringer Querschnittsbereich dem beim Schweißen auftretenden Druck von mehr als 270 kp ausgesetzt ist und diesem standhalten muß. Als Werkstoffe sind Kupfer und Kupferlegierungen besonders geeignet. Zu den Legierungselementen gehören Chrom, Zirkonium, Beryllium, Kadmium und Kombinationen dieser Elemente bis zu einem Zusatz von insgesamt 3 Gewichtsprozenten. Besonders geeignete Legierungen sind Kupferlegierungen, die einen Gesamtanteil an Chrom und/oder Zirkonium von ungefähr 0,2% bis 1,5% besitzen. Kadmium kann zusammen mit Chrom und/oder Zirkonium bis zu einem Anteil von ungefähr 0,5 Gewichtsprozenten zugesetzt werden. In manchen Fällen sind darüber hinaus hitzebeständige Metalle, wie beispielsweise Wolfram oder Molybdän oder deren Legierungen _f sowie mit Kupfer oder Silber versetztes Wolfram oder Molybdän anwendbar. An dieser Stelle soll bemerkt werden, daß Süber-,GoId- oder Platinlegierungen als Elektrodeneinsatz 20 ebenfalls geeignet wären, daß im Hinblick auf die meisten wirtschaftlichen Verhältnisse jedoch Kosten für diese Metalle entschieden gegen ihre Anwendung sprechen.only have a high electrical and thermal conductivity, as in the case of the electrode holder 10, but also a relatively high strength at the temperatures occurring during welding, since a small cross-sectional area is exposed to the pressure of more than 270 kp occurring during welding and must withstand this . Copper and copper alloys are particularly suitable as materials. The alloying elements include chromium, zirconium, beryllium, cadmium and combinations of these elements up to a total of 3 percent by weight. Particularly suitable alloys are copper alloys which have a total content of chromium and / or zirconium of approximately 0.2% to 1.5%. Cadmium can be added together with chromium and / or zirconium up to a proportion of approximately 0.5 percent by weight. In some cases, it is also possible to use heat-resistant metals such as, for example, tungsten or molybdenum or their alloys _f as well as tungsten or molybdenum mixed with copper or silver. At this point it should be noted that silver, gold or platinum alloys would also be suitable as electrode insert 20, but that, in view of most economic conditions, the costs of these metals speak clearly against their use.

Fig. 1 kann entnommen werden, daß der Elektrodenhalter eine als Kanal dienende Bohrung 11 für den Umlauf eines Kühlmittels aufweist. Dieser Kanal für den Kühlmittelumlauf besitzt einen Einlaß sowie einen Auslaß, welche zum einen durch die Wand des Elektrodenhalters 10 und zum andern durch einen rohrförmigen Teil 30 gebildet v/erden. Der rohrförmige Teil 30 bildet einen Teil eines herkömm-Fig. 1 can be seen that the electrode holder has a hole 11 serving as a channel for the circulation of a Has coolant. This channel for the coolant circulation has an inlet and an outlet, which formed on the one hand by the wall of the electrode holder 10 and on the other hand by a tubular part 30. The tubular part 30 forms part of a conventional

209827/0702209827/0702

- ίο -- ίο -

lichen Kühlsystems, das bei handelsüblichen Geräten und Ausrüstungen zur Widerstandsschweißung Anwendung findet, von denen nachfolgend eines im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 näher beschrieben wird. Bei dem in. Fig. 1 darge-the cooling system that is used in commercially available devices and equipment for resistance welding, one of which is described in more detail below in connection with FIGS. In the case of the one shown in FIG.

stellten Ausführungsbeispiel einer Widerstands-Schweißelektrode wird das Kühlmittel durch eine innere Bohrung 12 des rohrförmigen Teils der Schweißelektrode zugeführt und fließt über einen Kanal 13 ab. Es ist jedoch ganz offensichtlich, daß der Kühlmittelumlauf auch über den Kanal ' 13 zur inneren Bohrung 12 in umgekehrter Weise erfolgen kann und daß, falls notwendig, noch weitere Kühlmittelkanäle vorgesehen sein können.In the illustrated embodiment of a resistance welding electrode, the coolant is passed through an inner bore 12 of the tubular part of the welding electrode and flows off via a channel 13. However, it is quite obvious that the coolant circulation also take place via the channel 13 to the inner bore 12 in the opposite way can and that, if necessary, further coolant channels can be provided.

Der Zweck des Kühlmittelumlaufs liegt natürlich darin, während des Schweißvorganges ein Abkühlen der Elektrodenspitze zu bewirken. Vorzugsweise kommt als Kühlmittel. Kühlwasser in Betracht; es versteht sich jedoch, daB auch andere Flüssigkeiten, wie beispielsweise Alkohol,oder auch Gase, wie beispielsweise Luft oder Stickstoff, eingesetzt werden können, falls dies erwünscht sein sollte. Für die nachfolgende Beschreibung soll angenommen werden, daß es fc sich bei dem Kühlmittel um Kühlwasser handelt.The purpose of the coolant circulation is of course to bring about a cooling of the electrode tip during the welding process. Preferably comes as a coolant. Cooling water under consideration; it goes without saying, however, that also other liquids, such as alcohol, or gases, such as air or nitrogen, are used if so desired. For the following description it should be assumed that it fc the coolant is cooling water.

In manchen Fällen genügt es, daß das Kühlwasser innerhalb des Elektrodenhalter 10 zirkuliert. In manchen Anwendungsfällen wird jedoch Wert darauf gelegt, daß der Kühlmittelumlauf sich bis in die Spitze des Elektrodeneinsatzes 2O fortsetzt. Aus diesem Grunde ist im Elektrodeneinsatz eine als Kanal dienende Aussparung 21 vorgesehen. Der Abfluß des Kühlwassers erfolgt natürlich über den Kanal 13. Die Wärmeabführung ist weit wirksamer, wenn der Kanal für den Kühlmittelumlauf sich in der zuvor beschriebenen Weise bis inIn some cases, it is sufficient that the cooling water circulates within the electrode holder 10. In some applications, however, value is placed on the coolant circulation continues into the tip of the electrode insert 2O. For this reason there is a recess 21 serving as a channel is provided. The drainage of the cooling water is of course via the channel 13. The heat dissipation is far more effective if the channel for the coolant circulation in the manner previously described up to in

209827/0702209827/0702

— li -- li -

die Spitze des Elektrodeneinsatzes 20 fortsetzt.the tip of the electrode insert 20 continues.

Bei einer Kühlwassermenge je Schweißelektrode von ungefähr 4 Litern bis ungefähr 8 Litern je Minute bei Raumtemperatur wird beispielsweise eine ausreichende Kühlung erzielt. Die angegebenen Volumina können je nach der Wassertemperatur und den sonst vorherrschenden Bedingungen stark voneinander abweichen. Bei der Anwendung anderer Kühlmittel, wie beispielsweise bei Anwendung der erwähnten Kühlflüssigkeiten oder Kühlgase₍ müssen entsprechend ausgewählte Volumina im Kühlmittelkreis in umlauf gebracht werden.With an amount of cooling water per welding electrode of approximately 4 liters to approximately 8 liters per minute at room temperature, sufficient cooling is achieved, for example. The specified volumes can vary greatly depending on the water temperature and the other prevailing conditions. In the use of other coolants, such as when using the above-mentioned coolants or cooling gases _{(corresponding} to selected volumes must be placed in the coolant circuit in circulation.

Im Hinblick auf die Ausgestaltung der Widerstands-Schweißelektrode 1 kommen sowohl für den Elektrodenhalter als auch für den Elektrodeneinsatz eine Fülle verschiedenster Gestaltungen und Formen in Betracht. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß gewisse Formen vorzuziehen sind. Fig. 1 kann entnommen werden, daß der Elektrodenhalter 10 einen breiten ersten Abschnitt 14 mit großem Querschnitt besitzt. Diese Form des ersten Abschnitts 14 wurde aus wirtschaftlichen Gründen gewählt, da sie vom Volumen her gesehen am wenigsten Werkstoff erfordert und somit am billigsten herzustellen ist. Der erste Abschnitt 14 des Elektrodenhalters dient als Wärmeableiter, welcher sämtliche vom Elektrodeneinsatz 20 übertragene überschüssige Wärme aufnimmt, die nicht unmittelbar durch das Kühlwasser abgeführt wird.With regard to the design of the resistance welding electrode 1 there is a wealth of different designs for both the electrode holder and the electrode insert and shapes into consideration. However, it has been found that certain shapes are preferable. Fig. 1 can it can be seen that the electrode holder 10 has a wide first portion 14 with a large cross-section. These The shape of the first section 14 was chosen for economic reasons, as it is the least in terms of volume Requires material and is therefore the cheapest to manufacture. The first section 14 of the electrode holder is used as a heat sink, which absorbs all excess heat transferred from the electrode insert 20 that is not directly is discharged through the cooling water.

Insbesondere im Falle des Ausftihrungsbeispiels,bei welchem der Kanal für den Kühlmittelumlauf sich nicht bis in die Spitze des Elektrodeneinsatzes 20 fortsetzt, ist es wichtig, daß ein massiver, als Wärmeableiter dienender erster Abschnitt 14 vorgesehen ist, damit die Wärme, welcher der Elektroden-In particular in the case of the exemplary embodiment in which the channel for the coolant circulation does not continue into the tip of the electrode insert 20, it is important to that a massive, serving as a heat sink first section 14 is provided so that the heat which the electrode

209827/0702209827/0702

einsatz ausgesetzt ist, zum Kühlmittel in der Bohrung 12 sowie im Kanal 13 abgeführt werden kann.insert is exposed to the coolant in the bore 12 as well as in the channel 13 can be discharged.

Es besteht die Möglichkeit, daß man den.Durchmesser des Elektrodenhalters 10 an., einem mit der Bezugszahl 15 bezeichneten zweiten Abschnitt reduziert und hierdurch für den Elektrodenhalter IO weiteres Gewicht einspart und soweit wie nur irgend möglich die Materialkosten in wirtschaftlichen Grenzen hält. Für den Fall jedoch, daß der Kilogrammpreis für das zur Herstellung des Elektrodenhalters 10 benutzte Material derart gering ist, daß er nicht ins Gewicht fällt, muß darauf hingewiesen werden, daß der gesamte Elektrodenhalter denselben Durchmesser wie sein erster Abschnitt 14 aufweisen könnte.There is a possibility that the .diameter of the Electrode holder 10 to., One designated by the reference number 15 reduced second section and thereby saves additional weight for the electrode holder IO and so far how to keep the material costs within economic limits. In the event that the kilogram price for the material used to manufacture the electrode holder 10 is so small that it does not matter, It must be pointed out that the entire electrode holder has the same diameter as its first section 14 could have.

Im Hinblick auf die Gestalt des Elektrodeneinsatzes 20. sind in den Fig. 2a bis 2g eine Reihe üblicher Formgebungen für diesen Bauteil dargestellt. Jedes dieser derart oder anderweitig gestalteten Bauelemente ist wirksam als Elektroden zur Herstellung guter Schweißstellen einsetzbar. Eine der bevorzugten Formgestaltungen für den Elektrodeneinsatz ist jedoch in den Fig. 1 und 2a dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der in Fig. 1 dargestellte Elektrodeneinsatz 20 einen Schaftteil 24 aufweist, welcher in den Elektrodenhalter einsetzbar ist. Dieser Schaftteil 24 kann, wie bereits erwähnt, eine als Kühlmittelkanal dienende Aussparung 21 besitzen oder aber massiv ausgeführt sein. Der Querschnitt des Schaftteils 24 ist in seiner Form beliebig gestaltbar und kann beispielsweise quadratisch, rechteckig, elliptisch oder in beliebiger Weise mehrflächig ausgebildet sein; vom Gesichtspunkt einer einfachen Fertigung des Elektrodeneinsatzes wird jedoch ein Schaftteil mit kreisförmigem Querschnitt bebevorzugt. With regard to the shape of the electrode insert 20. FIGS. 2a to 2g show a number of conventional shapes for shown this component. Each of these components designed in this way or otherwise acts as electrodes can be used to produce good welds. One of the preferred shapes for the electrode insert is however, shown in Figs. 1 and 2a. It can be seen that the electrode insert 20 shown in FIG Has shaft part 24 which can be inserted into the electrode holder. This shaft part 24 can, as already mentioned, have a recess 21 serving as a coolant channel or else be solid. The cross section The shape of the shaft part 24 can be designed as desired and can, for example, be square, rectangular, elliptical or be formed in any way with multiple surfaces; from the point of view of a simple manufacture of the electrode insert however, a shank portion with a circular cross-section is preferred.

209827/0702209827/0702

Die Abmessungen des Schaftteils 24 sind vorzugsweise ausreichend genau an die Abmessungen einer im Elektrodenhalter 10 ausgebildeten Bohrung 16 angepaßt, damit zwischen diesen Teilen ein Preßsitz herstellbar ist. Bei einem Ausführungsbeispiel unterscheiden sich die Abmessungen der beiden in Rede stehenden Bauteile um annähernd 0,5 mm. Für den Fall eines kreisförmigen Querschnitts würde sich demnach z.B. der Durchmesser der Bohrung 16 -vom Durchmesser des Schaftteils 24 des Elektrodeneinsatzes nur um etwa + 0,5 mm unterscheiden. Dies hat zur Folge, daß ein wirksamer Preßsitz in einer Größe bis zu 450 kp und größer auf einfache Weise erzielbar ist. Um eine wirksame Verankerung des Elektrodeneinsatzes zu erzielen, wird vorgezogen, daß die Länge des Schaftteils 24 zumindest etwa 3/4 der Länge der Spitze 25, also des über den Elektrodenhalter 10 überstehenden Teils des Elektrodeneinsatzes entspricht und vorzugsweise zumindest so lang ist wie diese Spitze 25. Bei abgewandelten Ausführungsbeispielen kann die Befestigung des Elektrodeneinsatzes 20 im Elektrodenhalter 10 durch Hartlöten,durch einen kegeligen Schaftteil gemäß Fig. 2a,durch eine Rändelung gemäß Fig. 2d oder durch Keilnuten gemäß Fig. 2c bewirkt werden.The dimensions of the shaft part 24 are preferably sufficiently accurate to the dimensions of one in the electrode holder 10 formed bore 16 adapted so that between these Share a press fit can be produced. In one embodiment, the dimensions of the two differ in FIG Components in question by approximately 0.5 mm. In the case of a circular cross-section, e.g. the diameter of the bore 16 - the diameter of the shaft part 24 of the electrode insert differ only by about + 0.5 mm. As a result, an effective interference fit in a size up to 450 kp and larger can be achieved in a simple manner. To effectively anchor the electrode insert to achieve, it is preferred that the length of the shaft portion 24 at least about 3/4 of the length of the tip 25, thus corresponds to the part of the electrode insert protruding beyond the electrode holder 10, and preferably at least is as long as this tip 25. In modified embodiments, the fastening of the electrode insert 20 in the electrode holder 10 by brazing, by a conical shaft part according to FIG. 2a, caused by knurling according to FIG. 2d or by keyways according to FIG. 2c will.

Die Spitze 25 des in Fig. 1 dargestellten Elektrodeneihsatzes weist einen Außenkegel 26 auf. Der Kegelmantel dieses Außenkegels 26 kann über die gesamte Höhe der Spitze 25 des Elektrodeneinsatzes verlaufen, so daß eine Schulter 17 des Elektrodenhalters an einem Flansch 27 des Elektrodeneinsatzes anliegt. Fig. 2a zeigt, daß der Elektrodeneinsatz abweichend hiervon einen zwischen dem Außenkegel 26 und dem Schaftteil liegenden Mittelteil 28 mit konstantem Durchmesser aufweisen kann, wobei der Flansch 27 vom Mittel-The tip 25 of the set of electrodes shown in FIG has an outer cone 26. The conical surface of this outer cone 26 can extend over the entire height of the tip 25 of the electrode insert so that a shoulder 17 of the electrode holder on a flange 27 of the electrode insert is present. 2a shows that, in contrast to this, the electrode insert has one between the outer cone 26 and the shaft part lying central part 28 with constant diameter, the flange 27 from the central

209827/0702209827/0702

teil 28 mit konstantem Durchmesser gebildet wird. Der in Fig. 2a dargestellten Ausgestaltung eines Elektrodeneinsatzes wird dann der Vorzug gegeben, wenn zur Wärmeableitung eine große Masse vorgesehen sein muß.part 28 is formed with a constant diameter. The in Fig. 2a shown embodiment of an electrode insert is then given preference when a large mass must be provided.

Es wurde herausgefunden, daß eine Masse von mindestens 0,004 kg erforderlich ist, wenn die Schweißung und die Wärmeableitung in der über den Elektrodenhalter vorstehenden t Spitze 25 sowie im übrigen Teil des Elektrodeneinsatzes 20 wirksam sein sollen. Vorzugsweise beträgt die Masse der Spitze 25 des Elektrodeneinsatzes zumindest 0,0Ol kg und vorzugsweise ungefähr 0,002 kg.It has been found that a mass of at least 0.004 kg is required when making the weld and the Heat dissipation in the t tip 25 protruding above the electrode holder and in the remaining part of the electrode insert 20 should be effective. The mass of the tip 25 of the electrode insert is preferably at least 0.0OL kg and preferably about 0.002 kg.

Der in Fig. 2 zur Horizontalen, d. h. zur Anlagefläche 29, gemessene Neigungswinkel des Außenkegels 26 liegt im Bereich zwischen 20° und 60° und liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 30° und 50°.The in Fig. 2 to the horizontal, i. H. to contact surface 29, The measured angle of inclination of the outer cone 26 is in the range between 20 ° and 60 ° and is preferably in the range between 30 ° and 50 °.

Es wird angenommen, daß der Grund, weshalb die kegelige Ausbildung der Spitze des Elektrodeneinsatzes von Wirksamkeit ist, darin liegt, daß während des Schweißvorganges unter " einem Druck von ungefähr 270 kp, welcher auf einen Bereich der Anlagefläche 29 einwirktj und bei einer Stromstärke zwischen 8000 A und 12 000 A die erzeugte Hitze und der Druck an der Anlagefläche den sogenannten Pilz- oder Pilzbildungseffekt hervorrufen. Infolge der kegeligen Ausbildung der Spitze des Elektrodeneinsatzes ist jedoch dieser "Pilzbildungseffekt" beträchtlich geringer und das Metall wandert von der Anlagefläche 29 teilweise längs des Außenkegels 26 (vergleiche Fig. 5a und 5b).It is believed that the reason why the tapered shape of the tip of the electrode insert is effective is, lies in the fact that during the welding process under "a pressure of about 270 kp, which is applied to an area the contact surface 29 acts and at a current strength between 8000 A and 12000 A, the heat generated and the pressure on the contact surface create the so-called fungus or fungus-forming effect cause. As a result of the conical design of the tip of the electrode insert, however, this "fungus-forming effect" considerably less and the metal migrates from the contact surface 29 partially along the outer cone 26 (Compare Figures 5a and 5b).

209827/0702209827/0702

"V"V

Zuvor wurde bereits erwähnt, daß die vorliegende Widerstands-Schweißelektrode derart gestaltet ist, daß sie weggeworfen werden kann. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus sollte die Zahl der mit der vorliegenden Schweißelektrode durchführbaren Schweißungen mit der Zahl Übereinsl:Immen, welche gewöhnlich mit Elektroden aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung vor der ersten Nachbearbeitung erzielbar ist. Dieser Zeitpunkt wird im allgemeinen im Bereich zwischen 2000 und 4000 Schweißungen erreicht.It was previously mentioned that the present resistance welding electrode is designed so that it can be thrown away. From an economic point of view, the Number of welds that can be carried out with the present welding electrode with the number equal to: Immen, which are usually can be achieved with electrodes made of copper or a copper alloy before the first post-processing. This point in time is generally achieved in the range between 2000 and 4000 welds.

Mit der in Fig. 2a dargestellten Ausgestaltung eines Elektrodeneinsatzes wurden beispielsweise über 4000 Schweißungen erzielt. Dabei fanden eine Aluminiumlegierung mit der Bezeichnung "6061" der oben erwähnten Art sowie eine Elektrodenspitze aus einer Kupfer-Chromlegierung Anwendung, wobei die Anlagefläche 29 einen Durchmesser von ungefähr 6 mm,der Kegelmantel des Außenkegels 26 eine Länge von ungefähr 3 mm und der Mittelteil 28 mit konstantem Durchmesser eine Länge von ungefähr 13 mm aufwies. Im Gegensatz hierzu brachte es ein zylindrisch ausgebildeter Elektrodeneinsatz mit einem Durchmesser von ungefähr 6 mm und einer Länge von ebenfalls ungefähr 6 mm unter Verwendung derselben Werkstoffe lediglich zu einer Standzeit von 1300 Schweißungen. Im zuletzt genannten Falle zirkulierte das Kühlwasser jedoch nicht bis in die vorliegende zusammengesetzte Schweißelektrode. Derselbe Entwurf brachte es zu einer Standzeit von mehr als 1500 jedoch weniger als 1600 Schweißungen, wenn das Kühlwasser innerhalb des Elektrodenhalters aus der Aluminiumlegierung zirkulierte. Es wird angenommen, daß die in den Fig. 2b bis 2g dargestellten anderen Ausgestaltungen für einen Elektrodeneinsatz eine Standzeit von 2000 und mehr Schweißungen bei einem Druck von bis zu 270 kp und darüber gestatten.With the configuration of an electrode insert shown in FIG. 2a For example, over 4000 welds were achieved. Thereby found an aluminum alloy called "6061" of the type mentioned above and an electrode tip made of a copper-chromium alloy application, the contact surface 29 having a diameter of approximately 6 mm, the conical surface of the outer cone 26 having a length of approximately 3 mm and the central portion 28 of constant diameter was approximately 13 mm in length. In contrast to this it brought a cylindrically shaped electrode insert with a diameter of approximately 6 mm and a length of also about 6 mm using the same materials only after a service life of 1300 welds. Im last however, the cooling water did not circulate into the present composite welding electrode. The same design resulted in a service life of more than 1500 but less than 1600 welds if the cooling water circulated inside the aluminum alloy electrode holder. It is believed that the FIGS. 2b to 2g show other configurations for an electrode insert with a service life of 2000 and more Allow welds at pressures up to 270 kp and above.

209827/0702209827/0702

Zu den in den Fig. 2b bis 2g dargestellten Ausführungsformen eines Elektrodeneinsatzes seien noch folgende Bemerkungen gemacht: Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2b unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a dadurch, daß der Neigungswinkel des Außenke^els 26b und die Dicke des Außenkegels 26b geringer sind. Bei dem in Fig. 2c dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zur Auflagefläche geneigt verlaufende Fläche als abgerundete Mantelfläche 26c ausgebildet.The following remarks should be made regarding the embodiments of an electrode insert shown in FIGS. 2b to 2g made: The embodiment according to FIG. 2b differs from the embodiment according to FIG. 2a in that that the angle of inclination of the outer cone 26b and the thickness of the outer cone 26b are smaller. In the one shown in Fig. 2c The exemplary embodiment is the surface which runs inclined to the support surface as a rounded lateral surface 26c educated.

Die Anwendung von Keilnuten 24c zur Befestigung des Elektrodeneinsatzes im Elektrodenhalter IO ist in Fig. 2c dargestellt. In Fig. 2d ist der Außenkegel 26d in seiner Größe stark reduziert, weshalb ein großer,massiver Mittelteil 28 erforderlich ist, um einen ausreichenden Wärmeableiter zur Wärmeabführung während des Schweißvorganges zur Verfügung zu stellen. Die Anwendung einer Rändelung 24d für die Befestigung des Elektrodeneinsatzes im Elektrodenhalter IO ist in Fig. 2d dargestellt. Bei den in den Fig. 2e und 2f dargestellten Ausführungsbeispielen setzt sich die Spitze des Elektrodeneinsatzes 2Oe bzw. 2Of aus einer zur Längsachse des Elektrodeneinsatzes versetzt angeordneten Anlagefläche 29e bzw. 29f und sich daran anschließenden Seiten 261 und 262 unterschiedlicher Länge zusammen. Bei dem in Fig. 2g dargestellten Ausführungsbeispiel weist der mit 26g bezeichnete Bereich des Elektrodeneinsatzes einen Teil einer sphärischen Fläche auf.The use of keyways 24c to secure the electrode insert in the electrode holder IO is shown in Fig. 2c. In Fig. 2d, the outer cone 26d is in its Greatly reduced in size, which is why a large, massive middle section 28 is required to have a sufficient heat sink to dissipate heat during the welding process To make available. The use of knurling 24d for securing the electrode insert in the electrode holder IO is shown in Fig. 2d. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 2e and 2f, it settles the tip of the electrode insert 20e or 20f from an offset to the longitudinal axis of the electrode insert Contact surface 29e or 29f and the adjoining sides 261 and 262 of different lengths together. at In the exemplary embodiment shown in FIG. 2g, the area of the electrode insert labeled 26g has a Part of a spherical surface.

Die verschiedenen, in den Fig. 2a bis 2g dargestellten Ausführungsbeispiele eines Elektrodeneinsatzes zeigen Elektrodenformen zum Schweißen verschiedenster geometrischer Formen, welche bei praktischen Anwendungen in BetrachtThe various shown in FIGS. 2a to 2g Embodiments of an electrode insert show electrode shapes for welding of the most varied of geometrical shapes Shapes to be considered in practical applications

209827/0702209827/0702

kommen können. Diese verschiedenen Elektrodenformen sind jedoch nur als Beispiele für die möglichen Ausgestaltungen eines Elektrodeneinsatzes angeführt worden.can come. However, these different electrode shapes are only examples of the possible configurations of an electrode insert.

In Fig. 3 ist zur Veranschaulichung ein Teil eines herkömmlichen Geräts zur Widerstandsschwexßung dargestellt, in welchem die zuvor beschriebenen vorliegenden Widerstands-Schweißelektroden zur Anwendung kommen können. Das Gerät 300 zur Widerstandsschwexßung weist zwei Träger 301 und 302 auf, von denen jeder an einem geeigneten Ständer oder Gestell (nicht dargestellt) befestigt ist. An diesen Trägern sind Zwischenstücke 308 und 303, beispielsweise mittels Schrauben 304 bzw. 305 befestigt, welche durch einen Endteil 301a bzw. 302a der Träger ragen. Eine Klemme 306 dient zur Befestigung eines ersten Bedienungsarms 330 unter Verwendung von Schrauben 307 am Zwischenstück 308. In ähnlicher Weise richtet das Zwischenstück 303 einen zweiten Bedienungsarm 331 mittels geeigneter Schrauben (nicht dargestellt) bezüglich des Geräts aus. Die Bedienungs-.arme sind aus jedem beliebigen geeigneten Metall oder jeder geeigneten Legierung herstellbar, wie beispielsweise aus Kupfer, Aluminium und Stahl oder Messing^und können mit einem Kühlsystem für Kühlwasser versehen sein, welches Stutzen 332 und 333 für den Wasserzufluß aufweist, welche mit Innenleitungen 334 bzw. 335 verbunden sind. Diese Bedienungsarme 330 und 331 weisen darüber hinaus Abflußleitungen 336 bzw. 337 auf, welche mit Stutzen 338 bzw. 339 für den Wasserabfluß verbunden sind.In Fig. 3, a part of a conventional device for resistance welding is shown for illustration, in to which the above-described resistance welding electrodes can be used. The device 300 for resistance welding has two supports 301 and 302, each of which on a suitable stand or Frame (not shown) is attached. On these carriers are spacers 308 and 303, for example fastened by means of screws 304 and 305, which protrude through an end part 301a or 302a of the carrier. A clamp 306 is used to fasten a first operating arm 330 using screws 307 on the intermediate piece 308. Similarly, the intermediate piece 303 aligns a second operating arm 331 by means of suitable screws (not shown) regarding the device. The operating arms can be made from any suitable metal or alloy, such as made of copper, aluminum and steel or brass ^ and can be provided with a cooling system for cooling water, which Has nozzles 332 and 333 for the water inflow, which are connected to inner lines 334 and 335, respectively. These operating arms 330 and 331 also have drainage lines 336 and 337, which are provided with nozzles 338 and 339, respectively connected for water drainage.

Zwischenstücke 340 und 341 verankern mittels nicht dargestellter Schrauben die Schweißelektroden 350. Die Zwischenstücke 340 und 341 weisen jeweils einen rohrförmigen Teil 360 auf, welcher dem rohrförmigen Teil 30 der Schweißelek-Intermediate pieces 340 and 341 anchor the welding electrodes 350 by means of screws (not shown). The intermediate pieces 340 and 341 each have a tubular part 360, which corresponds to the tubular part 30 of the welding elec-

/ ■/ ■

209827/0702209827/0702

trode gemäß Fig. 1 entspricht. Dieser rohrförmige Teil paßt in einen Schaftteil 351 und wirkt mit diesem derart zusammen, daß Kanäle für den Kühlmittelumlauf, also da_s Kühlwasser,zu einem Elektrodenhalter 310 geschaffen werden. Die Zwischenstücke 340 und 341 weisen darüber hinaus eine Austauschvorrichtung 342 bzw. 343 für einen Austausch der Schweißelektrode 350 auf und besitzen jeweils einen Austauschkopf 371 bzw. 372. Wird auf den Austauschkopf 371 ein Schlag ausgeführt, dann bewegt sich dieser und berührt eine Stirnflächetrode according to FIG. 1 corresponds. This tubular part fitted into a shaft portion 351, and cooperates with this together such that channels are created for the refrigerant cycle, so as _s cooling water to an electrode holder 310th The intermediate pieces 340 and 341 also have an exchange device 342 and 343 for exchanging the welding electrode 350 and each have an exchange head 371 and 372. If the exchange head 371 is hit, it moves and touches an end face

k 373 des Schaftteils 351, wodurch der Schaftteil,der Elektrodenhalter 310 und der Elektrodeneinsatz 320 gemäß Fig. 3 nach oben und außer Eingriff mit dem Zwischenstück 340 bewegt werden. Derselbe Vorgang läuft ab, wenn auf den Austauschkopf 372 ein Schlag ausgeführt wird. An dieser Stelle sei erwähnt, daß eine Vielzahl von Trägern, Bedienungsarmen und Zwischenstücken mit geigneten Kanälen für den Kühlmittelumlauf in Verbindung mit den zuvor beschriebenen Schweißelektroden 350 derart eingesetzt werden können, daß die Schweißelektroden 350 in Bezug auf die miteinander zu verbindenden Werkstückteile W^ und W₂ einwandfrei ausgerichtet sind und mit dem Kühlmittel in Verbindung stehen. Die geeigneten Träger, Bedienungsarme, Zwischenstücke und Kanäle k 373 of the shaft part 351, whereby the shaft part, the electrode holder 310 and the electrode insert 320 according to FIG. 3 are moved upwards and out of engagement with the intermediate piece 340. The same process occurs when the exchange head 372 is hit. At this point it should be mentioned that a large number of supports, operating arms and intermediate pieces with suitable channels for the coolant circulation can be used in connection with the welding electrodes 350 described above in such a way that the welding electrodes 350 with respect to the workpiece parts W ^ and W to be connected to one another _{2 are} properly aligned and in communication with the coolant. The appropriate supports, operating arms, spacers and channels

" für den Kühlmittelumlauf können zu beiden Seiten der miteinander zu verbindenden Werkstückteile gleich oder aber verschieden gewählt sein, solange hierdurch das Ausrichten der beiden Schweißelektroden in einwandfreier Weise zu einander abgekehrten Seiten der miteinander zu verbindenden Werkstückteile vereinfacht wird."for the coolant circulation can be on both sides of each other workpiece parts to be connected may be selected to be the same or different, as long as this enables the alignment of the two welding electrodes in a perfect manner to the opposite sides of the one to be connected Workpiece parts is simplified.

Die Schweißelektroden 350 weisen jeweils einen hohlen Schaft· teil 351 auf, in welchem die zuvor beschriebene zusammengesetzte Widerstands-Schweißelektrode befestigt ist. Fig. 4 kann entnommen werden, daß die Schaftteile 351 als hohleThe welding electrodes 350 each have a hollow shaft part 351 in which the previously described composite Resistance welding electrode is attached. Fig. 4 can be seen that the shaft parts 351 as hollow

209827/0702209827/0702

- 19 - ■ .- 19 - ■.

leitfähige Bauelemente ausgebildet sind, deren Hohlraum einen Kanal 352 bildet. Der untere Abschnitt des Kanals 352 ist zur Aufnahme des Elektrodenhalters 310 kegelig ausgebildet. Der kegelige Teil des Kanals 352 dient dabei zur Aufnahme des Schaftteils 315 des Elektroden!-»alters, wobei der Schaftteil für einen einwandfreien Sitz eine entsprechende kegelige Form aufweist. Der Elektrodeneinsatz 320, welcher einen Schaftteil 324 sowie eine Spitze 325 besitzt, ist im Elektrodenhalter 310 angeordnet. Die jeweiligen Spitzen 325 der Elektrodeneinsätze stehen in Berührung mit den Werkstückteilen W^ bzw. W_ , so daß diese unter Ausbildung eines geschweißten Werkstücks W verschweißt werden können.conductive components are formed, the cavity of which forms a channel 352. The lower portion of the channel 352 is for receiving the electrode holder 310 is conical. The conical part of the channel 352 is used for receiving of the shaft part 315 of the electrode! - »age, the shaft part has a corresponding conical shape for a perfect fit. The electrode insert 320, which has a shaft part 324 and a tip 325 is arranged in the electrode holder 310. The respective tips 325 of the electrode inserts are in contact with the workpiece parts W ^ or W_, so that these under training of a welded workpiece W can be welded.

Es wurde bereits erwähnt, daß die verschiedenen Träger, Bedienungsarme und Zwischenstücke zusammen mit geeigneten Ktihlmittelsystemen handelsüblich sind und daß eine große Zahl daraus zusammengesetzter Geräte entworfen werden kann, bei denen die zusammengesetzte wegwerfbare Widerstands-Schweißelektrode der zuvor beschriebenen Art zur Anwendung kommen kann.It has already been mentioned that the various supports, operating arms and spacers together with suitable Refrigerant systems are commercially available and that a large number of assemblies can be designed, which employ the composite, disposable resistance welding electrode of the type previously described can come.

Die Widerstands-Schweißelektrode der zuvor beschriebenen Art kann darüber hinaus auch in anderen Vorrichtungen zur Widerstandsschweißung eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise in einer kreisförmigen Vorrichtung in Form einer Vorrichtung zum Nahtschweißen geschehen, wobei der Elektrodeneinsatz an der äußeren Berandung der äußeren Elektrode angeordnet sein kann.The resistance welding electrode of the type described above can also be used in other devices Resistance welding can be used. This can be in the form of a circular device, for example a device for seam welding done, the electrode insert on the outer edge of the outer Electrode can be arranged.

Die zusammengesetzte Widerstands-Schweißelektrode kann unter Zuhilfenahme der verschiedensten Herstellungsverfahren hergestellt werden. Die nachfolgend angeführten Herstellungsverfahren sind als Beispiele für die zahlreichen zur Ver-The composite resistance welding electrode can can be produced with the aid of a wide variety of manufacturing processes. The manufacturing processes listed below are examples of the numerous

209827/0702209827/0702

f(igung stehenden Herstellungsverfahren angegeben.The manufacturing process is indicated.

Der Elektrodeneinsatz läßt sich beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung einer massiven Stange herstellen. Auf dem Fertigungsgebiet sind derartige spanabhebende Bearbeitungsverfahren in zahlreicher Art vorhanden. Ein Nachteil dieser spanabhebenden Bearbeitung des Elektrodeneinsatzes ist darin zu sehen, daß sie im Vergleich zu den anderen Herstellungsverfahren teuer ist und demnach nicht die wirtschaftlichste Fertigungsart darstellt.The electrode insert can be, for example, by cutting Manufacture machining of a solid bar. Such machining processes are used in the manufacturing sector available in numerous kinds. A disadvantage of this machining of the electrode insert can be seen in the fact that it is expensive compared to the other manufacturing processes and therefore not represents the most economical type of production.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung des Elektrodeneinsatzes bietet sich in Form der Spritzgußverfahren an. Diese Spritzgußverfahren, welche hochentwickelt und dabei allerdings auch kompliziert sind, ermöglichen die Herstellung einfacher Werkstückformen, wobei sich eine große Stückzahl dieser Werkstücke je Ausformungsvorgang einer Spritzgußmaschine herstellen lassen. Augenblicklich erscheint diese Art der Herstellung gegenüber der Herstellung der Elektrodeneinsätze durch spanabhebende Bearbeitung das wirtschaftlichere Herstellungsverfahren zu sein.Another method for producing the electrode insert is available in the form of injection molding. These Injection molding processes, which are highly developed and at the same time also complicated, enable production simple workpiece forms, with a large number of these workpieces per molding process of an injection molding machine can be produced. At the moment, this type of production appears compared to the production of the electrode inserts to be the more economical manufacturing process through machining.

Als weitere Verfahren zur Herstellung der Elektrodeneinsätze kommen- noch Kaltniet- oder Kaltspritzverfahren in Betracht. Vor dem Spritzvorgang würde dies im allgemeinen erfordern, daß ein Stück von einem gebogenen Draht abgeschnitten wird und daß dieser Drahtabschnitt durch Strangpressen in die endgültige Form gebracht wird. Diese Vorgänge werden im allgemeinen in bekannten Anköpfmaschinen oder Strangpressen automatisch durchgeführt.As a further method for manufacturing the electrode inserts cold riveting or cold spraying processes are also coming Consideration. Generally, this would require a piece of bent wire to be cut off prior to injection molding and that this wire section is brought into the final shape by extrusion. These operations are generally carried out automatically in known topping machines or extrusion presses.

Der Elektrodeneinsatz kann schließlich noch durch Pressen und Sintern von Pulver in seine endgültige Form gebrachtThe electrode insert can finally be brought into its final shape by pressing and sintering powder

209827/0702209827/0702

werden. Den auf diesem Fachgebiet bewanderten Fachleuten sind die erforderlichen Drücke sowie die notwendigen Sintertemperaturen bekannt, damit widerstandsfähige und dimensionsstabile Formen dieser Art herstellbar sind. will. The experts who are well versed in this field the required pressures and the necessary sintering temperatures are known so that resistant and dimensionally stable forms of this type can be produced.

Der Elektrodenhalter läßt sich mittels einer der oben genannten Herstellungsverfahren ausbilden. Nachfolgend seien jedoch noch einige Hinweise bezüglich der Herstellung des Elektrodenhalters angeführt.The electrode holder can be adjusted using one of the above Train manufacturing processes. However, a few more pointers are given below with regard to the manufacture of the Electrode holder listed.

Da es sich bei dem Elektrodenhalter um einen Hohlkörper handelt, könnte dieser neben der Herstellung durch Strangpressen von einem gebogenen Draht auch durch Strangpressen einer rohrförmigen Stange hergestellt werden. Die hierzu erforderlichen Maschinen sind ebenfalls allgemein bekannt.Since the electrode holder is a hollow body, it could also be produced by extrusion can also be made from a bent wire by extrusion molding a tubular rod. The for this The machines required are also well known.

Betrachtet man das Preß- und Sinterverfahren, dann könnte der Elektrodeneinsatz zunächst in Stellung gebracht werden. Im Anschluß daran könnte der Elektrodenhalter in Pulverform in die hierbei benutzte Form eingesetzt, gepreßt und durch Sinterung am Elektrodeneinsatz angeformt werden, so daß auf diese Weise die zusammengesetzte Widerstands-Schweißelektrode der vorliegenden Art entsteht. Während des Sintervorganges wird eine widerstandsfähige Verbindung zwischen dem Elektrodenhalter und dem Elektrodeneinsatz hergestellt.If one looks at the pressing and sintering process, the electrode insert could first be brought into position. Subsequently, the electrode holder in powder form could be inserted into the form used here, pressed and pushed through Sintering are formed on the electrode insert, so that in this way the composite resistance welding electrode of the present type arises. During the sintering process a robust connection is established between the electrode holder and the electrode insert.

Es wird auch in Betracht gezogen, daß der Elektrodeneinsatz als Einsatz in einem Spritzgußverfahren zur Anwendung kommt und daß um diesen Einsatz herum der Elektrodenhalter beim Spritzgießen in der hierbei benutzten Spritzgußform angespritzt wird. Damit wird ein besonders wirkungsvolles und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung der zusammengesetzten Widerstands-Schweißelektrode der vorliegenden Art zur Verfügung It is also contemplated that the electrode insert could be used as an insert in an injection molding process and that around this insert the electrode holder is injected during injection molding in the injection mold used here will. This provides a particularly effective and economical method for producing the composite resistance welding electrode of the present type

209827/0702209827/0702

gestellt. Weitere,hier nicht näher genannte Herstellungsverfahren können aus der Vielzahl der in der Fertigungstechnik zur Verfügung stehenden Verfahren ausgewählt werden.posed. Other manufacturing processes not specified here can be selected from the multitude of processes available in manufacturing technology.

209827/0702209827/0702

Claims

PATENT CLAIMS

1)J Austauschbare Widerstands-Schweißelektrode mit einem Elektrodeneinsatz, der aus eindm Material mit großer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodeneinsatz (20) in einer Bohrung (16) eines Elektrodenhalters (10) angeordnet ist, welcher aus einem Material mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit besteht und dessen Warmfestigkeit gegenüber den beim Schweißen auftretenden Temperaturen geringer ist als die Warmfestigkeit des Elektrodeneinsatzes.1) J Replaceable resistance welding electrode with a Electrode insert, which consists of a material with high electrical and thermal conductivity, characterized in that the electrode insert (20) in a bore (16) of an electrode holder (10) is arranged, which consists of a material with good electrical and thermal conductivity and its heat resistance compared to the temperatures occurring during welding is lower than the heat resistance of the electrode insert.

2) Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (10) einen Kanal (11, 13) für einen Kühlmittelumlauf besitzt»2) welding electrode according to claim 1, characterized in that that the electrode holder (10) has a channel (11, 13) for a coolant circulation »

3) Schweißelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodeneinsatz (20) eine mit dem Kanal (11, 13) für den Kühlmittelumlauf verbundene Aussparung (21) für die Abkühlung der Spitze (25) des Elektrodeneinsatzes aufweist.3) welding electrode according to claim 2, characterized in that the electrode insert (20) with the channel (11, 13) for the coolant circulation connected recess (21) for the cooling of the tip (25) of the electrode insert.

4) Schweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodeneinsatz (20) einen »it dem Elektrodenhalter (10) gekoppelten Schaftteil (24) sowie einen zweiten Teil (25, 28) besitzt, dessen Querschnitt zumindest teilweise größer 1st als der Querschnitt des Schaftteils und der eine während der Schweißung am Werkstück CW₁* W₂) anliegende AnIageflache besitzt.4) Welding electrode according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrode insert (20) has a shaft part (24) coupled to the electrode holder (10) and a second part (25, 28) whose cross-section is at least partially larger than the cross section of the shaft part and which has a contact surface that rests _{on the workpiece CW 1} * W _{2) during the welding.}

5) welding electrode according to claim 4, characterized in that the second part (25) of the electrode insert (20) has a surface (26; 261, 262) which runs inclined to the contact surface.

6) the welding electrode according to claim 5, characterized in that ^s the electrode insert (10) has a central part (28)

having a constant diameter which, as a transition to the smaller diameter of the shaft part (24), forms a ψ flange (27) which rests on a shoulder (17) of the electrode holder.

7) welding electrodes according to claim 5 or 6, characterized in that that the inclined surface forms a conical envelope (26a; 26b; / 2fele, 262e; 261f, 262f), its inclination in relation to the contact surface (29). of Electrode extension (20) is between 20 ° and 60 °.

8) welding electrode according to claim 7, characterized in that the inclination of the cone jacket is preferably between 3O ° and 50 °.

9) welding electrode according to claim 5 or 6, characterized in that that the inclined surface forms a rounded outer surface (26c; 26d; 26g).

10) welding electrode according to one of claims 4 to 9, characterized in that the contact surface (29e; 29f) of the electrode insert (2Oe; 2Of) is arranged offset with respect to its longitudinal axis.

209827/0702209827/0702

11) welding electrode according to one of claims 4 to 10, characterized in that the electrode insert (20) has a spherical contact surface (26g).

12) welding electrode according to one of claims 1 to 11, characterized in that the electrode holder (10; 310) a first section (14; 314) with a large cross section and a section provided for heat dissipation has a second section (15; 315) provided for coupling with a relatively small cross-section.

13) welding electrode according to claim 12, characterized in that the second section provided for coupling (15; 315) of the electrode holder (10; 310) engages in a shaft part (351).

14) welding electrode according to claim 13, characterized in that the shaft part (351) as part of a device (300) for electrical resistance welding is formed.

15) welding electrode according to one of claims 1 to 14, characterized in that the material for the Electrode holder (10; 310) made of one of the materials such as aluminum, aluminum alloys, zinc, zinc alloys, Iron, iron alloys as well as copper and copper alloys is selected.

16) welding electrode according to one of claims 1 to 15, characterized in that the material for the electrode insert (20; 320) consists of one of the materials such as copper, copper alloys, heat-resistant metals, heat-resistant metal alloys and precious metals and precious metal alloys is selected. /

209827/0702209827/0702

17) welding electrode according to claim 15, characterized in that an alloy is selected as the aluminum alloy, which, in addition to aluminum, preferably has a magnesium content of 0.8% or a silicon content of 0.6%, a copper content of 0.25%, a magnesium content of 1% and a chromium content of 0.2% or a silicone content of 0.4% and a magnesium content of 0.7%.

fc 18) welding electrode according to claim 15, characterized in that that an aluminum with a 99.45% aluminum content as well as a 0.02% boron content or an aluminum with a 0.4% silicone content and a 0.6% magnesium content and the remaining aluminum content is selected as the material,

19) welding electrode according to claim 15, characterized in that the zinc alloy is at least 94 percent by weight zinc contains.

20) welding electrode according to claim 15, characterized in that. that the iron alloy does not exceed 0.2 weight percent "Contains carbon.

Ii

21) welding electrode according to claim 16, characterized in that the copper alloy is at least one of the elements Chromium, zirconium, beryllium and cadmium contains selected additives.

22) welding electrode according to claim 15, characterized in that the copper alloy for the electrode holder (1O; 3lO) Brass, bronze or Muntzmetall is chosen.

209827/0702209827/0702

23) welding electrode according to claim 16, characterized in that the heat-resistant metal is tungsten or molybdenum
is chosen.

24) welding electrode according to claim 16, characterized in that gold, silver or platinum alloys as noble metal alloys are chosen.

209827/070209827/070