DE2733925A1

DE2733925A1 - Verfahren zur herstellung eines gegenstandes mit einem im inneren eines zylindrischen elementes pressgeformten teil

Info

Publication number: DE2733925A1
Application number: DE19772733925
Authority: DE
Inventors: Masamoto Akeyama; Kuninori Imai; Soji Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-08-06
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1978-02-09
Also published as: DE2733925C2; JPS5330955A; JPS613616B2; US4200217A; FR2360378B1; FR2360378A1; GB1577180A

Description

SCHIFF ν. FONER STREHL SCHOBEL-HOPF EBBtNGHAUS FINCK Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes mit einem preßgeformten Teil innerhalb eines zylindrischen Elements, insbesondere für die Verwendung bei einem Magnetron bzw. einer Magnetfeldröhre.

Es ist bereits ein solcher Gegenstand bekannt, dessen Herstellung anhand von Fig. 1 erläutert wird. Der Gegenstand hat ein Teil 102, das in ein zylindrisches oder rohrförmiges Element 101 eingefügt ist. Die Teile 101 und 102 sind durch Löten oder Verschweißen miteinander verbunden, nachdem sie einzeln hergestellt wurden. Wenn bei der Massenfertigung des Gegenstandes gelötet werden soll, wird der freie Raum zwischen den Teilen 101 und 102 so ausgebildet, daß das Teil 102 leicht in das rohrförmige Element 101 eingeführt werden kann. Dadurch wird jedoch eine große Lotmenge erforderlich. Außerdem kann sich eine Abweichung der Relativstellung der Teile 101 und 102 ergeben. Für die Positionierung der Teil« 101 und 102 sind viele Werkzeuge erforderlich. Außerdem ist das erforderliche Lot sehr kostspielig. Darüberhinaus ist das Löten für die Serienfertigung des genannten Gegenstandes unwirtschaftlich.

Beim Schweißen ist es schwierig, eine Verbindung der ganzen Kontaktfläche der Teile 101 und 102 zu erzielen. Bei einem Gegenstand wie einer Magnetronanode, die Wärme von innen nach außen abgibt, nimmt der thermische Widerstand zu, wenn eine kontaktfreie Stelle zwischen den Teilen 101 und 102 vorhanden ist, so daß die Temperatur in dem Gegenstand merklich ansteigt, was schließlich zu Schäden führt.

Das herkömmliche Verfahren hat somit die obengenannten Nachteile unabhängig davon, ob gelötet oder geschweißt wird.

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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die vorstehenden Nachteile vermieden werden und ein Gegenstand, insbesondere in Massenfertigung, hergestellt werden kann, bei dem ein Teil mit einer ausgewählten Form fest mit einem zylindrischen Element im Inneren des zylindrischen Elements verbunden wird.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt Farbe und Oxidationsfilm an der Innenfläche eines zylindrischen oder rohrförmigen Elements und an der seitlichen ümfangsflache eines Metallblocks oder eines Rohlings entfernt werden, daß in einem zweiten Schritt der Rohling im Inneren des zylindrischen Elements so angeordnet wird, daß die gereinigte Seitenfläche des Rohlings der gereinigten Innenfläche des zylindrischen Elements gegenüberliegt, daß in einem dritten Schritt der Rohling einer Kaltpreßverformung in dem zylindrischen Element unterworfen wird, wodurch der Rohling fest mit dem zylindrischen Element verbunden wird, daß in einem vierten Schritt der kaltbearbeitete Rohling einer Warmpreßformung in dem zylindrischen Element unterworfen wird, um dadurch den Rohling in die gewünschte Form in dem zylindrischen Element zu bringen, und daß in einem fünften Schritt die zusammengefügten Teile bei einer Temperatur für die Diffusion glühbehandelt werden, wodurch der geformte Rohling in dem zylindrischen Element (durch Diffusion) innig verbunden wird. Daran kann sich eine spanabhebende Bearbeitung, beispielsweise ein Drehen, Fräsen oder dergleichen des Fertigprodukts auf eine gewünschte Form anschließen. Die spanabhebende Bearbeitung kann auch vor dem fünften Schritt, also zwischen dem vierten Schritt und dem fünften Schritt ausgeführt werden.

Wenn man ein Produkt haben möchte, wie es mit dem dritten Schritt erreicht wird, kann sich an den dritten Schritt eine Glühbehand-

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lung anschließen, um die zusammengefügten Teile durch Diffusionsglühen fest miteinander zu verbinden. Danach kann das Produkt durch spanabhebende Bearbeitung in die gewünschte Form gebracht werden. Auch in diesem Fall kann die spanabhebende Bearbeitung vor der Glühbehandlung ausgeführt werden, also zwischen dem dritten Schritt und der Glühbehandlung.

Erfindungsgemäß kann auch in einem ersten Schritt die Innenfläche eines zylindrischen Teils einer Plattierung, beispielsv/eise einer Kupferplattierung, einer Goldplattierung oder dergleichen, unterworfen werden. In einem zweiten Schritt werden dann Farbe und Oxidationsfilm an der plattierten Oberfläche des zylindrischen Elements und auf der seitlichen Umfangsfläche des Rohlings entfernt. In einem dritten Schritt wird der Rohling in dem zylindrischen Element so angeordnet, daß die gereinigte Seitenfläche des Rohlings der gereinigten Innenfläche des zylindrischen Elements gegenüberliegt. In einem vierten Schritt wird der Rohling einer Kaltpreßformung in dem zylindrischen Element unterworfen, um dadurch den Rohling mit dem zylindrischen Element fest zu verbinden. In einem fünften Schritt wird der kaltpreßgeformte Rohling einem Feuerpreßschweißen in dem zylindrischen Element ausgesetzt, wodurch der Rohling in die gewünschte Form in dem zylindrischen Element gebracht und der so geformte Rohling fest mit dem zylindrischen Element über das Plattierungsmetall verbunden wird. Daran kann sich eine spanabhebende Bearbeitung anschließen, um das Endprodukt mit der gewünschten Form zu erhalten.

Bei diesen Verfahren soll der Rohling ein lineares Ausdehnungsvermögen haben, das dem des zylindrischen Elements gleich oder größer als dieses ist. Die Fließbeanspruchung bzw. die Fließgrenze des zylindrischen Elements soll mehr als wenigstens das 2,5-Fache der Fließgrenze des Rohlings betragen. Bei dem zweiten Preßformungsschritt soll eine Relativverschiebung bzw. ein Schlupf in

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der Kontaktebene des Rohlings und des zylindrischen Elements vermieden werden. Das Längsstück der Kontaktebene des Rohlings und des zylindrischen Elements bei dem ersten Preßformungsschritt soll gleich oder größer als das Längenstück sein, das man bei dem Fertigprodukt haben möchte. Wenn die Innenfläche des zylindrischen Elements sich in der Stärke verjüngt, ist es bei jedem der beiden beschriebenen Verfahren möglich, einen Gegenstand mit der gewünschten Form ohne Materialverlust herzustellen.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 2A bis 2C in Längsschnitten das Kaltpreßformen, um die gereinigten Flächen der beiden Teile Fläche an Fläche fest ineinanderzufügen,

Fig. 3A bis 3C in Längsschnitten den preßgeformten Rohling im zylindrischen Element,

Fig. 4 in einer geschnittenen Teilansicht das plastische Fließen beim Preßformen des Rohlings in das zylindrische Element,

Fig. 5 in einer geschnittenen Teilansicht das plastische Fließen beim Preßformen eines Rohlings in ein sich verjüngendes zylindrisches Element,

Fig. 6A und 6B in Längsschnitten die Verformung und das Reißen eines zylindrischen Elements, wenn das Material des zylindrischen Elements weich ist,

Fig. 7 schematisch den wirksamen Druck, wenn ein Stempel in den Rohling gedrückt wird,

Fig. 8 in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem auf den Prägestempel wirkenden Druck und der Flächenreduzierung ,

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Fig. 9 im Längsschnitt eine Form eines sich verjüngenden zylindrischen Elements,

Fig. 10 perspektivisch im Schnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Magnetronanode,

Fig. 11A bis 11E im Längsschnitt den Arbeitsprozeß für die Herstellung der Magnetronanode von Fig. 10,

Fig. 12 ein Fließbild des Arbeitsprozesses von Fig. 11A b.i s 11E,

Fig. 13 im Längsschnitt Leitplatten, die in einem geraden zylindrischen Element ausgebildet sind,

Fig. 14 im Längsschnitt Leitplatten, die in einem sich

verjüngenden zylindrischen Element ausgebildet sind,

Fig. 15 im Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zylindrischen Elements, das anstelle des zylindrischen Elements von Fig. 9 einsetzbar ist,

Fig. 16 in einem Diagramm die Abmessungsgenauigkeit der

Leitplatten der erfindungsgemäß hergestellten Magnetronanode.

Erfindungsgemäß wird ein Metallblock oder ein Rohling in einem zylindrischen oder rohrförmigen oder hohlen Element so durch Pressen bearbeitet, daß die Teile fest miteinander kombiniert werden. Danach werden der Rohling und das zylindrische Element einer Diffusionsglühbehandlung, einem Feuerpreß schweißen oder dergleichen unterworfen, um die Teile durch Verschweißen der Feststoffphasen innig zu verbinden.

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Wenn zwei Elemente durch Feuerschweißung, beispielsweise durch Diffusionsverschweißung, Feuerpreßschweißung oder dergleichen, innig miteinander verbunden werden, ist es wesentlich, daß die beiden Elemente ausreichend gereinigt sind, so daß die aneinandergrenzenden Flächen oder Grenzflächen der beiden Elemente auch in einer erhitzten Atmosphäre nicht oxidieren. Um eine Oxidation der gegenüberliegenden Flächen zu verhindern und um eine innige Verbindung zu erzielen, kann man folgende Verfahren verwenden, nämlich das Warmwalzen, bei dem zwei angepaßte Teile aufeinandergelegt und unter einer hohen Temperatur stark verformt werden, wodurch die jeweiligen frischen Flächen an den Grenzflächen der beiden Teile sich unter dem aufgebrachten Druck verbinden, oder das Kaltwalzen, bei dem zwei aufeinandergelegte Elemente bei Raumtemperatur einer hohen Verformung unterworfen werden, um sie miteinander zu verbinden. Danach werden die Teile einer Diffusionsglühbehandlung unterworfen, um die Verbindungskräfte der beiden Elemente weiter zu steigern.

Bei diesen Verfahren erreicht die Verformung oder die Stärkenreduzierung, die für die Druckverschweißung erforderlich ist, mehrere 10%. Dementsprechend sind Verfahren, bei denen zwei Elemente sehr stark verformt werden, erfindungsgemäß nicht brauchbar. Wenn der Rohling in dem zylindrischen Element preßgeformt wird, ist es sehr schwierig, das zylindrische Element einer gleichförmigen und hohen- Verformung zu unterwerfen. Wenn dies zwangsweise ausgeführt wird, wird das zylindrische Element lokal verformt, was zu einem Reißen führen kann, wie dies in Fig. 6B gezeigt ist.

Erfindungsgemäß sdl deshalb ohne Verformung des zylindrischen Elements nur der Rohling verformt und die beiden Elemente durch Feuerverschweißung verbunden werden.

Damit die Grenzflächen der beiden durch Feuerverschweißung bzw. in Festphase zu verbindenden Elemente auch in einer erhitzten Atmosphäre nicht oxidieren, wird das erfindungsgemäße Verfahren

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verwendet, das im folgenden anhand von Fig. 2 erläutert wird.

Zunächst werden die Oxidationsfilme, die sich an der Innenfläche 211 des zylindrischen Elements 201 und an der seitlichen Umfangsflache 212 des Rohlings 202 gebildet haben, entfernt. Dies wird durch eine Materialbearbeitung, beispielsweise durch Drehen, Feilen, Drahtbürsten oder dergleichen, wenn das Fett bereits entfernt ist, oder durch Abwälzen in der Atmosphäre erreicht. Dann wird der Rohling in das zylindrische Element so eingesetzt, daß die gereinigten Flächen der beiden Teile nicht verunreinigt werden können, insbesondere durch Fingerabdrücke oder Fett. Der Rohling 202 wird dann in dem zylindrischen Element 201 bei Raumtemperatur preßverformt. Wie in Fig. 2B gezeigt ist, können die beiden Teile 201 und 202 in eine Form 203 eingesetzt werden. Dann wird ein Stempel 204 in den Rohling 204 gedrückt, der auf einem Gegenstempel 205 ruht. Dies hat zur Folge, daß der Rohling 202 in die in Fig. 2C gezeigte Form gebracht werden kann, in der die seitliche Umfangsflache 212 fest und innig mit der Innenfläche 211 des zylindrischen Elements 201 zusammengefügt ist. Wenn dieses Produkt erhitzt wird, vor allem wenn das lineare Ausdehnungsvermögen des Rohlings 202 gleich oder größer als das des zylindrischen Elements 201 ist, kann die Grenzfläche, in der die beiden Elemente in Kontakt stehen, in ausreichendem Maße gegenüber Luft abgedichtet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die gereinigten Flächen bei Zimmertemperatur ohne Auftreten einer Oxidation zu halten.

Wenn das in Fig. 2C gezeigte Produkt 212 auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß eine Diffusion zwischen den beiden Elementen 201 und 202 eintreten kann, können sie durch diese Diffusion leicht verbunden werden. Wenn die Form des gewünschten preßgeformten Gegenstandes eine Form wie eine Platte gemäß Fig. 2C oder eine andere durch Nachbearbeitung oder Nachbehandlung, beispielsweise durch eine spanabhebende Bearbeitung ausgehend von dem Produkt gemäß Fig. 2C, hat, ist es möglich, einen zusammengefügten, preß-

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geformten Gegenstand zu erhalten, bei dem die beiden Teile 201 und 202 fest verbunden sind, indem zusammen das Produkt gemäß Fig. 2C einer Diffusionsglühbehandlung unterworfen wird.

Wenn andererseits die Form des preßgeformten Gegenstandes mit einem vergleichsweise dünnen zylindrischen Abschnitt 102 gemäß Fig. 1 versehen werden soll, oder eine Form haben soll, die schwierig durch eine Nachbearbeitung herstellbar ist, wird das Produkt von Fig. 2C einer zweiten Preßformung unterworfen. Gleichzeitig mit der zweiten Preßformung kann eine innige Verbindung der beiden Elemente durch eine Feuerpreßschweißung erreicht werden. Das in den Figuren 3A bis 3C gezeigte Produkt 302 ist nach dem Verfahren gemäß Fig. 2A bis 2C hergestellt und in ein Produkt 312 gemäß Fig. 3B in einem Temperaturbereich geformt worden, bei dem eine Feuerpreßschweißung ausgeführt werden kann. Durch eine anschließende Nachbearbeitung erhält man den fertigen Gegenstand 322 gemäß Fig. 3C. Dabei ist der Bereich in der Grenzfläche des zylindrischen Elements 301 und des preßgeformten Teils 312, bei dem die Feuerpreßsdhweißung bei der zweiten Preßformung ausgeführt werden kann, hauptsächlich auf einen Kontaktbereich mit der Länge 1 des Produkts 302 beschränkt, das bei Raumtemperatur gebildet wird. Die Länge L des Kontaktbereichs des preßgeformten Produkts bei Raumtemperatur muß gleich oder größer als das Längenstück Lf gemäß Fig. 3C des bei dem Gegenstand gewünschten Kontaktbereichs sein.

Um eine stabile Verbindungskraft bei dem Arbeitsverfahren gemäß Fig. 3A bis 3C zu erhalten, ist es nicht erforderlich, ein relatives Verschieben oder einen Schlupf zwischen dem zylindrischen Element 301 und dem preßgeformten Teil 312 bei dem zweiten Preßformen herbeizuführen. Das heißt, daß gemäß Fig. 3A bis 3C eine Länge L₁ erforderlich ist, die nahezu gleich einer Länge Lj ist. Wie im einzelnen aus Fig.4 zu ersehen ist, möchte man, wenn ein

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Stempel 404 in einen Rohling 402 gedrückt wird, daß ein bereits geformter Abschnitt 409, d.h. ein oberer Abschnitt aus der Ebene a-b, zusammen mit einem zylindrischen Element 4 01 ohne eine ReIatiwerschiebung oder einen Schlupf nach oben gehoben wird. Dafür ist es erforderlich, daß die Reibungskraft an dem Abschnitt b-c so groß ist, daß die beiden Teile 401 und 402 fest verbunden werden und daß an dem seitlichen Umfangsabschnitt, d.h. in der Ebene b-d des preßzuformenden Teils 402 die Reibungskraft so niedrig ist, daß die beiden Teile eine relative Verschiebung oder einen Schlupf haben können. Wenn jedoch eine Preßformung in das Teil ähnlich wie eine Tasse in dem zylindrischen Element 301 erfolgen soll, dessen Durchmesser axial gleichförmig ist, wie dies in Fig. 3B gezeigt ist, kann der oben erwähnte Zustand kaum hergestellt werden, so daß die Länge I₂ nach der Preßformung instabil oder nicht konstant ist und die Verbindungskraft instabil wird.

Um diesen Nachteil zu beseitigen und um eine stabile Verbindungskraft zu erhalten, wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ein zylindrisches Element mit einer verjüngten Innenfläche verwendet. Wenn bei dem in Fig. 5 gezeigten Verfahren ein bereits geformter Abschnitt 419 nach oben gehoben wird, wenn ein Stempel 404 in den Rohling 412 gedrückt wird, wirkt eine stark extrudierende Kraft auf den Abschnitt, d.h. die Ebene b-c zwischenysich verjüngenden zylindrischen Element 411 und dem Teil 419. Im Abschnitt b-d kann infolge des Vorhandenseins der sich verjüngenden Form in dem zylindrischen Element ein relatives Gleiten stattfinden. Dies hat zur Folge, daß das zylindrische Element 411 zusammen mit dem preßgeformten Abschnitt 419 nach oben gehoben wird. Somit kann ein relatives Gleiten zwischen dem zylindrischen Element 411 und dem preßgeformten Abschnitt 419 mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Dadurch ist es möglich, eine stabile Verbindungskraft zu erhalten.

Wenn bei dem erwähnten erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem der Rohling in dem zylindrischen Element preßgeformt wird, das Material des zylindrischen Elements weich ist, kann das zylindri-

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sehe Element ebenfalls stark verformt werden, wie dies in Fig. 6A gezeigt ist, oder auch reißen, wie es in Fig. 6B gezeigt ist, und zwar bei dem ersten Preßformungsschritt bei Raumtemperatur oder im zweiten Preßformungsschritt bei hoher Temperatur. Dies tritt ein, weil ein Druck P₁ auf die Innenfläche des rohrförmigen Elements 601 gemäß Fig. 7 wirkt, wenn ein Stempel 604 in den Rohling 602 gedrückt ist, der in dem rohrförmigen Element 601 angeordnet ist, die Fließgrenze bzw. die Fließbeanspruchung des rohrförmigen Elements 601 überschreitet. Dabei ist der Wert von P₁ annähernd gleich dem Druck p, der auf die Oberfläche des Stempels 604 wirkt. Der Wert von ρ hängt von dem Druckformungszustand, insbesondere einer Flächenreduzierung, d.h. dem Verhältnis der Querschnittsfläche des Stempels 604 bezogen auf die des Rohlings 602, und dem Schmierzustand ab, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Der Wert ρ erreicht mehr als wenigstens das 2,5-Fache bezogen auf die Fließgrenze / des Rohlings.

Dementsprechend muß erfindungsgemäß die Fließgrenze des zylindrischen Elements mehr als wenigstens das 2,5-Fache bezogen auf die des Rohlings betragen. Der Wert der Fließgrenze bezogen auf die beiden Elemente kann durch verschiedene Wahl des Materials bezogen auf das zylindrische Element und den Rohling bestimmt werden, beispielsweise eignet sich eine Kombination von Stahl, beispielsweise Kohlenstoffstahl, eine Stahllegierung oder dergleichen und Kupfer, beispielsweise sauerstofffreies Kupfer oder dergleichen. Wenn das Material des zylindrischen Elements vergleichsweise weich ist, kann der oben genannte Zustand bezüglich der Fließgrenze dadurch erreicht werden, daß das zylindrische Material einer Härtung oder einer Abschreckung unterworfen wird.Abhängig von der genannten Kombination hinsichtlich des Materials des zylindrischen Elements und des Rohlings kann die Temperatur des zweiten ■-Preßbearbeitungsschritts und die Glühtemperatur für die Diffusion bestimmt werden.

Das zylindrische Element 201 von Fig. 2A besteht aus einem ge-

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härteten oder abgeschreckten zylindrischen Kohlenstoffstahl (JIS S45C) mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,42 bis 0,48% und einer Rockwellhärte (H_,C) von 25 bis 45. Der Innen- und Außendurchmesser beträgt 4 2 mm bzw. 48 mm. Der Rohling 202 besteht aus einem sauerstofffreien Kupfer und hat eine Stärke von 10 mm. Die Innenfläche 211 des zylindrischen Elements 201 wird durch Fräsen, Spanen oder Schleifen gereinigt. Die Außenfläche 212 des Rohlings 202 wird mit einer Drahtbürste gereinigt. Der Rohling 202 wird dann in das zylindrische Element 201 eingesetzt, das auf dem Gegenstempel in der Form sitzt. Danach wird der Stempel mit einem Durchmesser von 38,5 mm zwangsweise auf eine Tiefe von 1 bis 3 mm in den Rohling gedrückt, wodurch man das in Fig. 2C gezeigte Produkt erhält. Anschließend wird das Produkt einer Diffusionsglühbehandlung während einer Stunde bei einer Temperatur von 800° C unterworfen. Dabei stellt sich eine Diffusion bei den beiden Teilen ein. Dies hat zur Folge, daß bei den beiden Teilen eine innige Verbindung mit einer Zugfestigkeit von 15 bis 25 kg/mm² (150 bis 250 N/mm^a) erreicht wird.

Die Glühbehandlungstemperatur für die Diffusion ist nicht auf 800° C begrenzt. Zur Bewirkung der Diffusion kann beispielsweise bei der Kombination von Kupfer und Stahl (oder Eisen) eine Temperatur von mehr als etwa 650° C verwendet werden. Die Gltihbehandlungszeit ist nicht auf eine Stunde begrenzt und kann geeignet bestimmt werden. Wenn die Glühbehandlungstemperatur beispielsweise 800° C beträgt, kann schon bei einer Dauer von 10 Minuten die gleiche Verbindungskraft wie in dem oben beschriebenen Fall erreicht werden. Die Glühbehandlung für die Diffusion wird vorzugsweise bei einer Atmosphäre ausgeführt, bei der eine Oxidation verhindert wird, beispielsweise in einer Wasserstoff- oder Stickstoffatmosphäre.

Es wurden auch die Umstände untersucht, die zum Auftreten einer Deformation infolge der Härte eines zylindrischen Stahls oder Eisens führen. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Rockwellhärte

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von H_RC von 25 der zylindrische Stahl durch die Preßverformung wenig verformt wird. Der Innendurchmesser des zylindrischen Stahls steigt dabei um etwa 0,5 mm. In diesem Fall liegt die Fließgrenze von Kupfer bei etwa 40 kg/mm² (400 N/mm^a), die Fließgrenze des Stahls beträgt etwa 100 kg/mm² (1000 N/mm²). Somit ist das Verhältnis der Fließgrenze 2,5. Die Härte des zylindrischen Stahls ist vorzugsweise mehr als die Rockwellhärte H_C 35 oder die Fließgrenze beträgt mehr als das 3,5-Fache bezogen auf die Fließgrenze von Kupfer, um eine Verformung des zylindrischen Teils zu verhindern.

Das Produkt, das bei Raumtemperatur bei der beschriebenen Ausführungsform, bei dem die Härte des zylindrischen Teils H-, C = ist, preßgeformt wurde, wird einer zweiten Preßformung bei einer hohen Temperatur gemäß Fig. 3B ausgesetzt. Dieses zweite Preßformen wird bei 550 bis 600° C ausgeführt. Wenn die Länge L~ so geformt wurde, daß sie gleich der Länge L₁ ist, wurde eine Verbindungskraft von mehr als 20 kg/mm² (200 N/mm²) erreicht. Wenn jedoch die Länge 1- in einem Ausmaß von mehreren Millimetern kleiner als die Länge I₁ ist, ist die Verbindungskraft instabil, es kann sein, daß noch keine Verbindung stattgefunden hat.

Wenn die Temperatur bei dem zweiten Preßformen weniger als 550° C, beispielsweise 300° C beträgt, wird die Verbindungskraft zwischen den beiden Elementen merklich geschwächt, auch wenn die Länge nahezu gleich der Länge I₁ ist. Wenn in diesem Fall die Diffusion sgl ühbeha ndlung bei 800° C nach dem zweiten Preßvorgang ausgeführt wird, werden die beiden Elemente durch Diffusion verbunden, wodurch man eine Verbindungskraft von mehr als 20 kg/mm² (200 N/mm²) erhält.

In der Grenzfläche des zylindrischen Stahlelements und des Kupferrohlings, die bei dieser Ausführungsform verwendet werden, ist vorher ein drittes Metall abgelegt worden, wodurch die Temperatur beim zweiten Preßformen, beispielsweise 550° C bei der zweiten

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Ausführungsform, gesenkt werden kann.

Die Innenfläche des zylindrischen Stahlelements, das bei der
zweiten Ausführungsform verwendet wird, ist einer Kupferplattierung unterworfen worden, was eine Plattierungsstärke von
10 bis 20 um ergibt. Weiterhin wurde eine Behandlung mit einer Stahlbürste ausgeführt. Danach wird entsprechend dem für die
zweite Ausführungsform beschriebenen Verfahren der erste Preßformungsvorgang bei Zimmertemperatur und dann der zweite Preßformung svorgang bei 300° C ausgeführt. Die Verbindungskraft des Produktes, bei dem die Länge I₂ so ausgebildet ist, daß sie
gleich der Länge 1. ist, beträgt 27 bis 32 kg/mm² (270 bis 320 N/mm²). Wenn anstelle der Kupferplattierung eine Goldplattierung den gleichen Maßnahmen ausgesetzt wird, erhält man die gleiche Wirkung wie bei der Kupferplattierung.

Man sieht, daß die Temperatur, bei der eine innige Verbindung
durch die zweite Preßformung erreicht werden kann, auf eine Temperatur von weniger als 300° C reduziert werden kann, indem ein Metall dazwischengelegt wird, das sich mit Kupfer, Stahl oder Eisen feuerverschweißen läßt. Um die Verbindungskraft zwischen dem zylindrischen Stahlelement und der Plattierungsmetallschicht zu
erhöhen, ist es zweckmäßig, das Element nach dem Plattieren zu härten.

Zum Befestigen von Gold an der Innenfläche des zylindrischen Stahielements kann anstelle der Plattierung auch ein Verfahren verwendet werden, bei dem das Gold in die Innenfläche des zylindrischen Stahlelements nach dem Reinigen der Innenfläche gerieben wird. Dabei ist es möglich, das verbrauchte Volumen oder die Menge des Goldes zu reduzieren und das Gold an dem gewünschten Abschnitt des Elements festzulegen.

Als zylindrisches Element kann ein sich verjüngendes zylindrisches Element gemäß Fig. 9 verwendet werden, bei welchem der

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Verjüngungsgrad 1/5, also der Winkel 5,8^P beträgt. Das Material ist Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,42 bis 0,48% und einer Rockwellhärte von 40 bis 45, die durch Härten erzielt wird. Als Material für den Rohling wird sauerstofffreies Kupfer verwendet. Der Rohling hat einen Außendurchmesser von 42 mm und eine Stärke von 10 mm. Bei dem in den Figuren 2A bis 2C gezeigten Verfahren werden diese Materialien bei Raumtemperatur preßverformt und anschließend bei 300° C zur Form einer Tasse mit einem Innendurchmesser von 38,5 mm preßgeformt, wie dies in Fig. 3B gezeigt ist. Anschließend wird das Produkt einer Diffusionsglühbehandlung bei 800° C unterworfen. Dadurch wird es möglich, einen kombinierten preßgeformten Gegenstand herzustellen, bei welchem der Abstand I₂ vom oberen Ende des zylindrischen Elements stabilisiert ist und bei dem eine Verbindungskraft von mehr als 20 kg/mm^a (200N/mm²) erreichbar ist.

Der genannte Verjüngungsgrad an der Innenfläche des zylindrischen Elements hängt von der Stärke des Bodens des bei Raumtemperatur preßgeformten Rohlings vor dem zweiten Preßformungsvorgang ab. Die Stärke des Bodens nimmt zu, wenn der Verjüngungsgrad oder mit anderen Worten der Winkel θ zunimmt. Der Winkel θ beträgt beispielsweise 3° bei einer Stärke von etwa 7 mm, 5° bei etwa 8,2 mm, 5,8° bei etwa 9 mm und 7° bei etwa 10 mm. Die anhand der zweiten und dritten Ausftihrungsform beschriebenen Maßnahmen können zur Herstellung einer Magnetronanode gemäß Fig. 10 verwendet werden. Eine solche Magnetronanode hat ein zylindrisches Element 701 aus einem ferromagnetisehen Material, beispielsweise aus einem Stahl oder dergleichen, und einen Kupferrohling mit einer zylindrischen ümfangswand 711 und einstückigen Leitplatten 710 im Inneren, die durch Preßformung ausgebildet werden. Der Kupferrohling ist im Inneren des zylindrischen Elements 701 verbunden. Durch Einsetzen des zylindrischen Elements 701 in eine magnetische Schaltung erhält man eine kleine leichte Magnetronanode.

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Zur Herstellung einer Magnetronanode mit einer solchen Gestalt, beispielsweise mit 12 Leitplatten 711, einem Durchmesser d von 10 mm und einem Durchmesser D von 38,5 mm werden zuerst die Arbeitsgänge gemäß Fig. 11A bis 11E und Fig. 12 ausgeführt. Das Material des zylindrischen Elements ist ein Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,42 bis 0,48%, der auf eine Rockwellhärte von H_nC 40 bis 4 5 gehärtet worden ist. Als Rohling wird kreisförmiges sauerstofffreies Kupfer mit einem Außendurchmesser von 42 nun und einer Stärke von 10 bis 13 mm verwendet.

Diese Materialien werden dem in den Figuren 11A bis 11E und in Fig. 12 gezeigten Arbeitsverfahren unterworfen sowie dem der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform. Das heißt, daß zunächst in einem ersten Schritt die Innenfläche des zylindrischen Elements und die Außenfläche des Rohlings 702, wie dies in Fig. 11A gezeigt ist, gereinigt werden. In einem zweiten Schritt wird der Rohling 702 in dem zylindrischen Element 701 angeordnet, was aus Fig. 11B zu sehen ist. In einem dritten Schritt wird der Rohling einer Kaltpreßformung, beispielsweise einer Preßformung bei Raumtemperatur, in dem zylindrischen Element 701 ausgesetzt, um ihn dadurch in eine Form 712 gemäß Fig. 11C zu bringen. In einem vierten Schritt wird der kaltpreßgeformte Rohling einer Warmpreßformung, beispielsweise bei 300° C ausgesetzt, bei welchem die einstückigen Leitplatten 710 im Inneren der zylindrischen ümfangswand 711 unter Verwendung eines Stempels ausgebildet werden können, der mit Nuten versehen ist, die eine Tiefe von beispielsweise 13 mm entsprechend den Leitplatten haben, was in Fig. 11D gezeigt ist. In einem fünften Schritt werden die zusammengefügten Teile bei einer Diffusionstemperatur, beispielsweise bei 800° C, glühbehandelt, um sie miteinander fest zu verbinden. In einem weiteren sechsten Schritt wird das fest verbundene Produkt zur Herstellung der gewünschten Form gemäß Fig. 11E spanabhebend bearbeitet.

Die Form des Produkts nach dem Ausbilden der Leitplatten, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist, führt zu einem Hochschieben eines Leit-

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plattenmittelabschnitts 810, während die gewünschte Höhe 1 der geformten Leitplatten beispielsweise 5 bis 7 mm beträgt. Wenn die Höhe 1 der Leitplatten höher sein soll, beispielsweise 10 mm, wird erfindungsgemäß die Tiefe der Nuten des Stempels sowie die Stärke des Rohlings erhöht, um dadurch den wirksamen Bereich der Form der Leitplatten zu vergrößern. Das bei der Nachbearbeitung spanabhebend zu entfernende Volumen, d.h. bei dem obengenannten sechsten Schritt, bei dem das Produkt an der gestrichelten Linie von Fig. 13 spanabhebend bearbeitet wird, nimmt dabei zu, was vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus nicht bevorzugt wird. Das zylindrische Element und eine zylindrische ümfangswand sind mit 801 bzw. 811 bezeichnet.

Anstelle des zylindrischen Elements, das bei dem Arbeitsprozeß gemäß Fig. 11 verwendet wird, kann ein sich verjüngendes zylindrisches Stahlelement 901 gemäß Fig. 14 eingesetzt werden, um eine Magnetronanode herzustellen. Das sich verjüngende Element besteht aus Kohlenstoffstahl (JIS S45C), das durch Härten eine Rockwellhärte H_nC von 40 bis 45 aufweist. Der Bearbeitungszustand, beispielsweise die Abmessung des Kupferrohlings und die Temperatur zum Formen der Leitplatten, entspricht dem der Ausführungsform von Fig. 13.

Bei der zweiten Preßformung bei hoher Temperatur wird das zylindrische Stahlelement 901 nach oben aus der Anfangsstellung auf eine Höhe von mehreren Millimetern innerhalb der Form gehoben. Das Volumen des Kupfers, welches zur zylindrischen Ümfangswand 911 fließt, wird, wie in Fig. 14 gezeigt ist, gesteigert. Der angehobene mittlere Abschnitt 810 der Leitplatten von Fig. 13 ist merklich verringert, so daß die Form der Leitplatten 910, wie aus Fig. 14 zu ersehen ist, verbessert ist, wobei die wirksame Höhe 1 der Leitplatten 910 auf 10 bis 12 mm gesteigert ist. Verglichen mit dem Fall, bei dem das gerade Rohr verwendet wird, wird ein Gegenstand mit großer Stabilität und guter Qualität hergestellt.

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bei dom der Abstand I₂ und die Verbindungskraft in großem Umgang stabilisiert sind.

Die Stärke des Kupferrohlings bei diesem Arbeitsprozeß kann geeignet ausgehend von einer gewünschten Höhe 1 der Leitplatten gewählt werden. Beispielsweise ist eine Stärke von 10 bis 12 mm geeignet, wenn die Höhe 1 10 mm betragen soll.

Die Nachbearbeitung kann vor der Diffusionsglühbehandlung ausgeführt werden. Nach den spanabhebenden Bearbeitung unter Verwendung eines Schmieröls kann das Produkt 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 800° C diffusionsgeglüht werden. Dies hat zur Folge, daß eine Verbindungskraft von mehr als 20 kg/mm^J (200 N/mm²) wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erreicht wird.

Die Gestalt der Innenfläche des zylindrischen Stahlelements, das bei dem Arbeitsprozeß verwendet wird, ist nicht auf die in Fig. gezeigte Form begrenzt. Es kann eine variable Form mit einem Verjüngungsgrad von mehr als 1/10, also einem Winkel θ von mehr als etwa 3°, verwendet werden, im Falle einer Magnetronanode zweckmäßigerweise von mehr als 5°. Eine Form mit einem verjüngten Bereich auf der gesamten Innenfläche des zylindrischen Stahlelements eignet sich ebenso wie eine Form mit einer Innenfläche 922, die allmählich zur Axialrichtung gekrümmt ist, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist.

Bei einer erfindungsgemäß hergestellten Magnetronanode ist der Abstand, d.h. die Breite g in Fig. 10, zwischen den Leitplatten sehr genau. Fig. 16 zeigt in einem Diagramm die Abmessungsgenauigkeit bezogen auf den Abstand der Leitplatten der Magnetronanode, die erfindungsgemäß hergestellt wurde. Dabei ist auf der Ordinate der Abstand aufgetragen, auf der Abszisse die Anzahl der Leitplatten. In dem Diagramm ist mit a der jeweilige Abstand der Leitplatten der Magnetronanode bezeichnet, die nach dem erfindungs-

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gemäßen-Verfahren hergestellt ist, mit b die ursprüngliche Abmessungstoleranz des Abstands der Leitplatten und mit c der gewünschte Wert oder der Mittelwert der Anfangsabmessungstoleranz b. Aus dem Diagramm sieht man, daß der jeweilige Abstand der Leitplatten, die erfindungsgemäß hergestellt wurden, innerhalb der Ausgangsdimensionstoleranz b liegt und daß er sich Auslegungswert c nähert. Die Schwankungseigenschaft kann bei einem montierten Magnetron unter Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Gegenstandes stark verbessert werden. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Massenfertigung. Außerdem ist es möglich, die Zeit für die Einstellung einer elektrischen Eigenschaft zu verkürzen.

Wie anhand der ersten, vierten und fünften Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Glühbehandlungsschritt für die Diffusion ausgeführt, um die Verbindungskraft zwischen den zwei Elementen zu vergrößern. Auch wenn ein Lötprozeß anstelle der Diffusionsglühbehandlung ausgeführt wird, ist es möglich, die beiden Elemente wirtschaftlicher als auf die herkömmliche Weise zu verbinden. Da der Rohling fest mit dem zylindrischen Element aufgrund der Preßformung in dem zylindrischen Element verbunden ist, hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß ein Werkzeug für das Löten nicht erforderlich ist und daß das verbrauchte Lotvolumen stark reduziert werden kann. Außerdem können die Fehler in der Einstellung der Elemente zueinander reduziert werden. Verglichen mit dem herkömmlichen VerJahren, bei dem die beiden Elemente durch Löten miteinander verbunden werden, nachdem sie in getrennten Arbeitsschritten hergestellt worden sind, ist das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich wirtschaftlicher.

Bei den genannten Ausführungsformen wird ein gehärteter Stahl als zylindrisches Element verwendet. Wenn das zylindrische Element aus einem Stahl, beispielsweise aus einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,45%, hergestellt wird, muß es gehärtet oder abgeschreckt werden, wenn es

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mit einem Rohling, wie Kupfer, verwendet wird. Wenn das Element aus Stahl, beispielsweise aus einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,45% hergestellt wird, braucht es vorher nicht gehärtet oder abgeschrekt zu werden, wenn es zusammen mit einem Rohling aus Kupfer verwendet wird. In einer Kombination eines zylindrischen Elements aus einem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,47 bis 0,48% und einem Rohling aus sauerstoffreiem Kupfer braucht der Kohlenstoffstahl vorher nicht gehärtet oder abgeschreckt zu werden hinsichtlich des genannten Verhältnisses der Fließgrenzen der beiden Elemente. In diesem Fall werden die zusammengefügten Teile nach der Kaltpreßformung der zweiten Preßformung bei einer Temperatur von etwa 400° C unterworfen.

Die Erfindung eignet sich, wie erwähnt, für die Massenproduktion eines Gegenstandes mit einem Aufbau, bei dem ein in zuverlässiger Weise innig verbundenes preßverformtes Teil der gewünschten Form innerhalb eines zylindrischen Elements angeordnet ist. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Massenfertigung einer Magnetronanode gemäß Fig. 10.

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Claims

ΡΑΤΓNT* NWÄL"E SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK MARIAHILFPLATZ 2 4 3, MÖNCHEN OO POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O. D-8O0O MÖNCHEN 95 HITACHI, LTD. 27. Juli 1977 DA-5495 Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes mit einem im Inneren eines zylindrischen Elementes preßgeformten Teil. Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes mit einem im Inneren eines zylindrischen Elementes preßgeformten Teil, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt Farbe und ein Oxidationsfilm auf der Innenfläche eines Hohlelements und an der seitlichen Umfangsflache eines Rohlings entfernt werden, daß in einem zweiten Arbeitsschritt der Rohling innerhalb des Hohlelements so angeordnet wird, daß die gereinigten Oberflächen des Rohlings und des Hohlelements einander gegenüberliegen, daß in einem dritten Schritt der Rohling einer Preßformung in dem Hohlelement unterworfen wird, um ihn mit dem Hohlelement zu verbinden und in eine gewünschte Form zu bringen, und in einem vierten Schritt die zusaramengefügten Teile einer Nachbehandlung unterworfen werden, um so den Gegenstand mit einer gewünschten Form herzustellen, bei der der Rohling fest im Inneren des Hohlelements verbunden ist.

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ORtQfNAL INSPECTED

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim dritten Schritt der Rohling einer Kaltpreßformung in dem Hohlelement untt?rworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim vierten Schritt die zusammengefügten Teile einer Diffusionsglühbehandlung unterworfen werden, um den Rohling fest in das Hohlelement einzufügen und daß danach die zusammengefügten Teile einer spanabhebenden Bearbeitung unterworfen werden, um sie in die gewünschte Form zu bringen.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem vierten Schritt die zusammengefügten Teile einer spanabhebenden Bearbeitung unterworfen werden, um sie in die gewünschte Form zu bringen, und daß danach die kombinierten Teile einer Diffusionsglühbehandlung unterworfen werden, um den Rohling fest in das Ilohielement einzufügen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem dritten Schritt der Rohling in dem Hohlelement einer Kaltpreßformung unterworfen wird und daß danach der Rohling einer Warmpreßformung in dem Hohlelement ausgesetzt wird, um den Rohling in die gewünschte Form zu bringen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem vierten Schritt die zusammengefügten Teile einer Diffusionsglühbehandlung unterworfen werden, um den Rohling fest in das Hohlelement einzufügen, und daß danach die zusammengefügten Teile einer spanabhebenden Bearbeitung unterworfen werden, um sie in die gewünschte Form zu bringen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim vierten Schritt die zusammengefügten Teile einer spanabhebenden Bearbeitung unterworfen werden, um sie

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in die gewünschte Form zu bringen, und daß danach die zusammengefügten Teile einer Diffusionsglühbehandlung ausgesetzt werden, um den Rohling fest in das Hohlelement einzufügen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlelement ein zylindrisches Element ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Element an seiner Innenfläche verjüngt ausgebildet ist.

10. Verfahren zum Herstellen einer Magnetronanode mit einem innerhalb eines zylindrischen Elements preßgeformten Teil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt Farbe und Oxidationsfilm an der Innenfläche des zylindrischen Elements und an der seitlichen Umfangsflache des Rohlings entfernt wird, daß in einem zweiten Schritt der Rohling innerhalb des zylindrischen Elements so angeordnet wird, daß die gereinigten Flächen des Rohlings und des Hohlelements einander gegenüberliegen, daß in einem dritten Schritt der Rohling einer Kaltpreßformung in dem zylindrischen Element unterworfen wird, um den Rohling mit dem Hohlelement zusammenzufügen, daß in einem vierten Schritt der Rohling einer Warmpreßformung in dem zylindrischen Element unterworfen wird, um ein Produkt zu bilden, das eine zylindrische Umfangswand und ein Stück damit bildende Leitplatten innerhalb des zylindrischen Elements hat, und daß in einem fünften Schritt das Produkt einer Nachbehandlung unterworfen wird, um dadurch eine Magnetronanode der gewünschten Form zu erzeugen, in welcher der Rohling fest im Inneren des zylindrischen Elements eingefügt ist.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeic hn e t, daß bei dem fünften Schritt das Produkt einer Diffusionsglühbehandlung unterworfen wird und danach das Produkt spanabhebend bearbeitet wird, um es in die gewünschte Form zu bringen.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem fünften Schritt das Produkt einer spanabhebenden Bearbeitung unterworfen wird, um es in die gewünschte Form zu bringen, und daß danach das Produkt einer Glühbehandlung für die Diffusion ausgesetzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch g ekennzeichnet, daß bei dem dritten Schritt der Rohling einer Preßformung bei Raumtemperatur ausgesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lineare Ausdehnungsvermögen des Rohlings dem des Hohlteils gleich oder größer als dieses ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgrenze des Hohlteils wenigstens um das 2,5-Fache größer ist als die des Rohlings.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling aus Kupfer besteht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling aus sauerstofffreiem Kupfer besteht.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet, daß das Hohlelement ein zylindrisches Stahlelement ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlelement aus Kohlenstoffstahl besteht.

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