DE2202878C3

DE2202878C3 - Verfahren zum Verbinden von Draht oder Stangen aus Verbundmaterial mit Aluminiumkern und Kupfermantel

Info

Publication number: DE2202878C3
Application number: DE19722202878
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Larker; Jan Dipl.-Ing. Nilsson
Original assignee: Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1971-01-29
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1974-11-14
Also published as: FR2123505B1; NL7201070A; GB1369268A; DE2202878B2; DE2202878A1; IT948952B; FR2123505A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden der Enden zweier anschließend durch Ziehvorgänge stark zu verformender Drähte aus Verbundmaterial mit einem Kern aus Aluminium und einem Mantel aus Kupfer durch Verschweißen der besonders vorbereiteten Kern- und Mantelenden unter Anwendung des Explosionsschweißverfahrens.

Das Ziehen stranggepreßter Drähte in Drahtziehmaschinen ist im Prinzip eine kontinuierliche Methode, die trotz der großen Dicken- und Längenänderung sehr große Ausgangslängen erfordert, um die Produktionskosten niedrig zu halten. Deshalb müssen mehrere stranggepreßte Drahtlängen zusammengefügt werden, um eine wirtschaftliche Drahtiänge zu erhalten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es sehr schwierig ist, Verbunddraht mit Aluminiumkern und Kupfermantel auf eine solche Weise zu verbinden, daß er gezogen werden kann. Die meisten Schweißmethoden führen zu einer solchen Veränderung des Materials an der und um die Verbindungsstelle, daß der Draht beim Ziehen reißt. Eine besonders schwerwiegende Ursache hierfür ist, daß sich bei der Erwärmung des Drahtes harte und spröde Legierungen in der Grenzschicht zwischen Mantel und Kern bilden. Diese Veränderung bedeutet größere Härte und Sprödigkeit an der Verbindungsstelle und daher Komplikationen beim Ziehen des Drahtes auf kleinere Abmessungen. Die Veränderung der Materialeigenschaften an der Verbindungsstelle führt zu einer Veränderung des Zugwiderstandes, wenn die Verbindungsstelle eine Ziehscheibe passiert. Dadurch wird

so ein Ruck ausgelöst, der zu einem Reißen des Drahtes führen kann. Es kann auch die spröde Grenzschicht beim Ziehen zerbrechen, so daß sich der Kupfermantel vom Aluminiumkern löst und beim Ziehen abblättert.

as Man kann die Drahtenden durch Stumpfschweißung miteinander verbinden und den sich dabei bildenden Wulst entfernen. Man bekommt so eine Verbindungsstelle, die keine harten Legierungen aufweist. Dieser Verbindungsstelle fehlt jedoch der Mantel. Auch eine solche Verbindungsstelle führt beim Ziehen zu Problemen. Außerdem erhält der Draht an der Verbindungsstelle andere Eigenschaften und ein anderes Aussehen als an seinen übrigen Stellen. Um einen Verbunddraht mit gleichmäßigen Eigenschaften zu bekommen, hat man die Verbindungsstelle in der Weise mit einem neuen Mantel versehen, daß man mittels Explosionsschweißung eine Hülse mit dem Kern und dem Mantel auf beiden Seiten der Verbindungsstelle vereinigt hat

Man hat auch Verbunddraht mit einem Kern aus Aluminium und einem Mantel aus Kupfer in der Weise verbunden, daß man den Kern an der Verbindungsstelle freigelegt und die Kerne zweier Drahtenden zusammengeschweißt hat, z. B. mittels Elektronenstrahlschweißung. Anschließend hat man um die Verbindungsstelle mittels Explosionsschweißung einer Hülse -^.r Teilen des Mantels, die von dem Kern abgest ·>π 'aid umgelegt wurden, um die Kerne zum Zusair · · -.hweißen zugänglich zu machen, einen M--·;■»! r,'^bracht.

Aus der LiA Patentschrift 3 455 017 ist ein Verfahren zur Verbindung zweier Rohrenden aus gleichem Material durch Explosionsschweißung bekannt. Zur Vergrößerung der zu verschweißenden Berührungsflächen ist das eine Rohrende trichterabschnittsförmig und das andere Rohrende kegelabschnittsförmig ausgebildet. Von der zu schaffenden Schweißverbindung wird lediglich verlangt, daß sie eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzt und das Rohrinnere nach außen abdichtet. Von der Schweißverbindung wird nicht erwartet, daß sie einer anschließenden extremen Verformung standhält. Mit der Verbindung zweier vollzylindrischer Körper aus Verbundmaterial befaßt sich das bekannte Verfahren nicht.

Aus der Zeitschrift »Maschinenmarkt«, 1970, S. 257 bis 261, ist es bekannt, einen vollzylindrischen Körper mit einem rohrförmigen Körper aus anderem

iaierial durch verformendes Ziehen kalt miteinander ,«verbinden. Bei diesem Verfahren wird eine gute Verbindung zwischen den zylindrischen Flächen der

den Metalle erreicht. Das Problem der Verbindung

• Enden solcher aus Verbundmaterial bestehender „ghie oder Stangen wird nicht behandelt.

Ans der Zeitschrift aus den »Abhandlungen der feraunschweigischen Wissenschaftlichen Gesell-

^Bd· »· ¹⁹⁵⁰' ^S· ^{165 bis 174}· ^{ist es be}" einen Kupferstab mit einem Alun.iniumstab ch jru verbinden, daß die beiden Stabenden er-

Ikitzt w5^r£l^{en und} ^ann '^{n einer Form} durch axiale

^ Stoßbelastungen miteinander verschweißt werden.

I Dabei wird das eine Drahtende kegelförmig und das

!andere Drauteude trichterförmig ausgebildet. Die

³ Verschweißung von aus Verbundmaterial bestehen-

E₁J_6n Stäben, die anschließend durch Ziehvorgänge

auerschnittsreduziert werden, wird in der Druck -

^hrift nicht behandelt.

I Der vorliegenden Erfindung lie^t die Aufgabe zu- * Wunde, ein Verfahren zum Verbinden der Enden von Drähten der eingangs genannten Art zu entwikkeln, das eine bessere Verbindungsstelle aufweist, als sie mit dem bekannten Verfahren erzielt wird, um ein einwandfreies Ausziehen auf kleine Durchmesser, z. B. 0,4 mm, zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, zur Vorbereitung das eine Drahtende mit einer Spitze und das andere mit einer Vertiefung zu versehen sowie die Drahtenden ineinanderzuschieben und um diese Verbindungsstelle die Explosivstoffhülse anzubringen und zu zünden.

Durch das Verfahren nach der Erfindung gelingt es, die Enden zweier Drähte aus Verbundmaterial mit Aluminiumkern und Kupfermantel derart miteinander zu verbinden, daß bei einer anschließenden starken Verformung des Drahtes durch Ziehvorgänge Iceine Schwierigkeiten beim Durchlauf der Verbundstelle durch das Ziehwerkzeug auftreten und nach erfolgter Verformung der querschnittsreduzierte Draht an der Verbundstelle praktisch die gleiche Beschaffenheit und die gleichen Eigenschaften aufweist wie an allen anderen Querschnittsstellen.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend erläutert. Es zeigt

Fig. 1 zwei erfindungsgemäß zur Verbindung vorbereitete Drahtenden,

Fig. 2 dieselben Drahtenden, zum Verschweißen ineinandergeschoben und umgeben von einer Explosivstoffhülse,

F i g. 3 ein zur Vorbereitung in ein Werkzeug eingespanntes und unter Einwirkung einer axialen Kraft gestauchtes Drahtende,

Fig. 4 das gestauchte Drahtende nach der Herstellung einer konischen Vertiefung,

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform der zu verbindenden Drahtenden,

F i g. 6 und 7 ein Verfahren zum Verdicken des Mantels vor Formung der Vertiefung.

In den Figuren bezeichnet 1 α und 1 b den Kern und 2 α und 2 6 den Mantel zweier Drähte, die miteinander verbunden werden sollen. Das linke Drahtende hat eine konische Spitze 3 mit dem Winkel a, das rechte Drahtende eine doppelkonische Vertiehing4 mit dem Winkel α im Kern und dem Winkel β am Mantel. Dadurch, daß die Vertiefung doppelkonisch mit dem Winkel α - β ausgeführt ist, wird das Maß A der konischen Fläche 5 größer als das Maß B der konischen Fläche 6. Hierdurch wird erreicht, daß der Mantel 2 α beim Zusammenfügen den Mantel 2 b überlappt. Die konische Vertiefung 4 wird so erweitert, daß sich beim Ineinanderschieben der Drahtenden ein Spalt 7 bildet, dessen Größe mit dem Abstand vom Drahtzentrum zunimmt. Um die Verbindungsstelle wird eine Hülse 8 aus Explosivstoff mit einem ringförmigen Zylinder 9 angebracht, der nuttels einer Leitung 10 mit einei nicht gezeigten Zündanordnung verbunden ist Es kann zweckmäßig sein, die Drahtenden axial zu stauchen, so daß deren Durchmesser um so vie zunimmt, wie der Durchmesser durch die Sprengkraft beim Sprengschweißen yermindert wird. Beim Zünden der Sprengstoffhulse wird der Draht einer nach links wandernden Druckwelle ausgesetzt, die mit großer Kraft das Material la und 2 α des äußeren Drahtendes gegen das Material 1 b und 2 b des inneren, konischen Drahtenao des preßt. Während des Schweißens sind die Drahtenden im Verhältnis zueinander in einer nicht gezeigten Vorrichtung fixiert. Der Wulst, der sich eventuell an der Verbindungsstelle bildet, weil der Mantel 1 α den Mantel 1 ft überlappt, wird sodann enta₅ fernt, ehe der Draht über Ziehscheiben auf kleinere Querschnittsabmessungen gezogen wird.

Bei der Erweiterung der Vertiefung 4, durch die der Neigungswinkel der Vertiefung größer als der Winkel λ des spitzen Drahtendes gemacht wird, damit sich beim Ineinanderschieben der beiden Drahtenden der Spalt 7 bildet, kann es passieren, daß der äußerste abgeschrägte Teil des Kupfermantels ausreißt oder an verschiedenen Teilen seines Umfanges unterschiedlich stark gedehnt wird. Ein alternatives Verfahren, bei dem dieser Nachteil vermieden wird, wird in den Fig. 3 und4 gezeigt. Durch Stauchen des Drahtendesa, das das äußere Drahtende bilden soll, in einem Werkzeug mit konischen Klemmbakkenll, die das Drahtende axial fixieren, erhalt es ♦o eine solche Form, daß der konischen Vertiefung^ ohne die zuvor genannte Erweiterung der gewünschte Winkel gegeben werden kann. Der äußere A> schnitt 13, der nicht ganz bis zum Kontakt mit deBacken 11 gestaucht worden ist, wird entfernt, Inder das Drahtende entlang der Linie 14 abgetrennt wird Die Form der konischen Vertiefung kann verschieden sein. Die einfachste Form wird in Fig. 4 gezeigt, wo die Vertiefung 4 vollkommen konisch ist.

Beim alternativen Verfahren nach Fig. 5 wird der Durchmesser des Drahtendes ft verkleinert, ehe es mit einer konischen Spitze versehen wird. Dadurcn wird es möglich, auf die Aufweitung des Drahtendes α zu verzichten und trotzdem eine gute Verbindung zwischen den Mänteln 1 ft und 2 ft zu erreichen. Außerdem hat es sich gezeigt, daß die Explosionsgase in kleinerem Ausmaß als bei anderen Ausführungen die Oberfläche des Mantels 2 ft an beiden beiten der Verbindungsstelle beschädigen. Der Spalt hat im wesentlichen dieselbe Breite längs der ganzen Verbindungsfläche. Das innere Drahtende ist mit einer Führungsspitze 16 versehen, die es sowohl radial als axial im äußeren Drahtende fixiert und die Größe des Spaltes 7 bestimmt. Es ist besonders vorteilhaft, den Durchmesser des Drahtendes ft in der Weise zu verkleinern, daß sich eine konische Spitze mit Kupferumhüllung auch auf einem Teil der konischen Fläche bildet, wie in F i g. 5 gezeigt ist. Beim Verbinden von Draht mit einem sehr dünnen

Kupfermantel ist es in gewissen Fällen notwendig, diesen Kupfermantel vor dem Zusammenfügen zu verdicken. Diese Verdickung erreicht man auf eine Weise, die unter Hinweis auf F i g. 6 und 7 näher beschrieben wird. Man bohrt ein Loch 20 in den Aluminiumkern 1. Das Drahtende wird zwischen zwei Backen 21 und 22 mit zu dem Durchmesser des Drahtes passenden Ausnehmungen geklemmt. Das Drahtende wird mit einem Stempel 23 axial gestaucht. Dabei verhindern die Klemmbacken, daß der Drahtdurchmesser zunimmt. Beim Stauchen wird das Kernmaterial radial in das Loch gepreßt, und der Mantel erhält die gewünschte Dicke. Ein Draht mit mehr als lO«/o Kupferflächenanteil sollte in 3 bis 5 Stoßen gestaucht werden, so daß der Kupferflächenanteil etwa 20% wird. Ein Draht mit 8 mm Außendurchmesscr und 10%> Kupferfläche ist zweckmäßigerweise in vier Stoßen zu stauchen. Das Loch hat vorzugsweise einen Durchmesser von 3 mm und eine Tiefe 30,22 bzw. 15 mm. Eine Zunahme der Kupferfläche auf etwa2O°/o erstreckt sich dabei über etwa 15 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden der Enden zweier anschließend durch Ziebvorgänge stark zu verformender Drähte aus Verbundmaterial mit einem Kern aus Aluminium und einem Mantel aus Kupfer durch Verschweißen der besonders vorbereiteten Kern- und Mantelenden unter Anwendung des Explosionsschweißverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorbereitung das eine Drahtende mit einer Spitze und das andere mit einer Vertiefung versehen wird sowie die Drahtenden ineinander verschoben werden und daß um diese Verbindungsstelle die Explosivstoffhülse angebracht und gezündet wird.

?. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ineinandergeschobenen Zustand der Drahtenden zwischen ihnen ein zur Peripherie des Drahtes hin breiter werdender Spalt vorgesehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine konische Spitze und eine konische Vertiefung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere vom Mantel begrenzte Teil der konischen Vertiefung einen kleineren Spitzenwinkel hat als der innere vom Kern begrenzte Teil.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der konischen Vertiefung versehene Drahtende zuvor zu einer konischen Form zusammengestaucht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der konischen Spitze versehene Drahtende zuvor auf einen kleineren Durchmesser gebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtenden vor ihrer der Ineinanderschiebung dienenden Formgebung in axialer Richtung auf einen größeren Durchmesser zusammengestaucht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des Mantels an den Drahtenden diese mit einem Loch im Kern versehen werden und danach ohne Veränderung des Außendurchmessers axial zusammengestaucht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Drahtende auch auf einem Teil seiner konischen Fläche mit einer Kupferumhüllung versehen wird.