DE2840369A1

DE2840369A1 - Elektrode fuer das elektrische widerstandsschweissen

Info

Publication number: DE2840369A1
Application number: DE19782840369
Authority: DE
Inventors: Hermann Ing Grad Grossberndt; Horst D Klees; Karl E Dipl Phys Dr Saeger; Guenter Stempel
Original assignee: Bayerische Metallwerke GmbH; Eberhard Jaeger GmbH and Co KG
Current assignee: Bayerische Metallwerke GmbH; Ejot Eberhard Jaeger GmbH and Co KG
Priority date: 1978-09-16
Filing date: 1978-09-16
Publication date: 1980-03-27
Also published as: JPS55147483A; SE7907615L; IT1123175B; GB2032317A; FR2435994A1; GB2032317B; IT7925747A0

Description

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einer Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Elektrode ist aus der DE-OS 15 65 605 bekannt. Der Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ist Kupfer oder eine Kupferlegierung, während als eingelagerte warmfeste Werkstoffe Wolfram, Molybdän und Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoffe genannt sind. Die Herstellung solcher Elektroden erfolgt sehr aufwendig. In einen gut leitenden Rohling wird von einem Ende her eine ringförmige Ausnehmung eingearbeitet, in diese der warmfeste Werkstoff eingepreßt und der Verbundkörper anschliessand auf einer Strangpresse mechanisch verformt. Da die z.Zt. auf dem Markt befindlichen, i.w. aus Kupfer-Chrom-Werkstoffen bestehenden Elektroden sehr preiswert sind, hat ein derart aufwendiges Verfahren keine Chance, sich auf dem Markt durchzusetzen. Außerdem bereitet es große Schwierigkeiten, Werkstoffe wie Wolfram und Molybdän größeren Verformungsgraden zu unterwerfen.

Eine andere ähnliche Elektrode ist aus der DE-OS 15 65 318 bekannt. In einen im wesentlichen aus Kupfer bestehendem Körper sind danach Stäbe eingebettet, die aus Kupferbasislegierungen

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höherer Festigkeit bestehen, z.B. aus Kupfer-Chrom, Kupfer-Wolfram, Kupfer-Silbar-Zirkon, Kupfer-Kobalt-Beryllium oder dgl. Der erforderliche feste Verbund zwischen den Stäben und dem Elektrodenkörper soll dadurch hergestellt werden, daß die Elektroden einer starken mechanischen Verformung unterworfen werden, die eine Durchmesserverringerung um wenigstens ofen Faktor 10 zur Folge hat.

Infolge dieser starken Verformung sollen die Stäbe und der Elektrodenkörper miteinander verschweißen.

Eine derart starke Verformung bedingt natürlich die Verwendung entsprechend duktiler Werkstoffe, weshalb in der DE-OS 15 65 nur Kupferbasislegierungen verwendet werden. Viele hochwarmfeste und besonders die hochschmelzenden refraktären Metalle wie z.B. Wolfram und Molybdän können bei weitem nicht so stark verformt werden. Andererseits ist es auch aufwendig, wenn bei so starken Verformungsgraden Zwischenglühungen erforderlich werden.

Eine ähnliche Elektrode ist bereits aus der DE-PS 625 201 bekannt. Zu ihrer Herstellung wird ein Blech aus Wolfram, Molybdän oder Tantal spiralig gewickelt und die Zwischenräume mit dem Werkstoff hoher Leitfähigkeit, also in erster Linie mit Kupfer

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oder Kupferlegierungen ausgegossen. Das Verfahren ist ebenfalls außerordentlich aufwendig und nur für eine unwirtschaftliche, handwerkliche Einzelfertigung geeignet. Die Lehre der DE-PS 625 201 hat deshalb keinen Eingang in die industrielle Praxis gefunden.

Seither hat es nicht an Versuchen gefehlt, bei Elektroden für die elektrische Widerstandsschweißung die Standzeit zu erhöhen und die Klebneigung zu verringern, ohne die Elektroden dadurch unwirtschaftlich teuer zu machen. Die Standzeit einer Schweißelektrode wird i.w. bestimmt durch ihre Abbrandfestigkeit und ihre Formbeständigkeit. Hohe Abbrandfestigkeit setzt voraus, daß die beim Schweißen erzeugte hohe Wärme gut abgeleitet wird, erfordert also einen Elektrodenwerkstoff von hoher thermischer und damit auch elektrischer Leitfähigkeit. Solche Werkstoffe besitzen aber regelmäßig andere Eigenschaften, als sie zur Erzielung einer guten Formbeständigkeit nötig sind. Gute Formbeständigkeit setzt hohe Verschleißfestigkeit, Härte, Warmfestigkeit und - besonders beim elektrischen Widerstandsschweissen, wo die Elektroden gegen die zu verschweißenden Werkstücke gepreßt werden - auch Druckfestigkeit voraus.

So ist schon vorgeschlagen worden, den Elektrodenwerkstoff mit hoher Leitfähigkeit durch geeignete Zusätze, z.B. im Wege der

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Dispersionshärtung, zu härten und dadurch seine Standfestigkeit zu erhöhen (DE-AS 20 24 943, DE-OS 25 54 990). Als besonders Adel versprechend, auch hinsichtlich der Verschweißfestigkeit, haben sich dabei Elektroden aus Kupfer mit wenigen Prozent Gehalt an AIpO^ herausgestellt (A.V. Nadkarni und E.P. Weber "A new dimension in resistance welding electrode materials", Welding Research Supplement to the Welding Journal, November 1977, S. 331-388 s). Der durch die Härtung der Kupferwerkstoffe erzielbare Gewinn an Standzeit hält sich in engen Grenzen, weil die Härtung ohne größeren Einfluß auf die Warmfestigkeit und die Formbeständigkeit bleibt.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden (DE-OS 25 54 990), die Elektrode aus einem Kupferwerkstoff zu fertigen, in die Elektrodenspitze achsparallel ein Sackloch zu bohren und in dieses Sackloch einen Bolzen aus hochwarmfestern, ggfs. auch aus hochschmelzendem Werkstoff wie Molybdän und Wolfram einzubetten. Das Einbetten soll dabei durch thermisches Einschrumpfen, durch Strangpressen oder dergl. Querschnittsverminderung der Elektode oder durch Einschrauben des Bolzens erfolgen. Insbesondere bei Verwendung eines hochschmelzenden Bolzens aus Wolfram, Molybdän etc. zeigen sich große Probleme bei der Herstellung solcher Elektroden. Der Bolzen findet bei den beim Schweißen auftreten-

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den thermischen und mechanischen Wechselbeanspruchungen keinen festen Halt in seinem Sackloch, was verständlich ist, wenn man berücksichtigt, daß der Kupferwerkstoff beim Schweißen bis zur Erweichung erhitzt wird. In der DE-OS 25 54 990 wird deshalb ergänzend vorgeschlagen, den Bolzen mit einem Außengewinde zu versehen und in das Sackloch einzuschrauben. Angesichts der hohen Härte der hochschmelzenden Metalle wie Wolfram und Molybdän ist deren spannende Bearbeitung jedoch außerordentlich aufwendig und kommt hier praktisch nicht infrage, so daß das Einschrauben nur Sinn für Bolzen aus weniger hochschmelzenden Werkstoffen hat. Aber auch bei diesen bringt die Verwendung eines einschraubbaren Bolzens Probleme. Zum einen kann dies nur bei dickeren Elektroden angewendet werden, zum anderen gibt es Kontaktprobleme. Wegen mangelhaften Übergangswiderstandes zwischen dem Bolzen und dem Elektrodenkörper kann es zu unerwünschten Überhitzungen kommen.

Ein weiterer Nachteil der in der DE-OS 25 54 990 beschriebenen Elektrode liegt darin, daß ein großer Mittelbereich der Elektrodenspitze durch den Bolzen belegt ist, so daß insbesondere bei Verwendung der hochschmelzenden Werkstoffe dieser Mittelbereich eine erheblich schlechtere Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit besitzt als der Randbereich. Zugleich ist der Randbereich, über den nun der wesentliche

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Teil des SchweißStroms läuft, nach wie vor nur wenig formbeständig, so daß die beim Schweißen auftretende sogenannte "Pilzbildung" nur unzureichend verhindert werden kann.

Die Anforderungen an Elektroden für das elektrische Widerstandsschweißen bezüglich Formbeständigkeit und geringer Klebneigung sind besonders hoch, wenn Bleche geschweißt werden sollen, die - wie im Automobilbau üblich - mit korrosionshemmenden metallischen Überzügen versehen sind, also z.B. verzinkte, cadmierte oder aluminierte Stahlbleche. Dadurch, daß sich zwischen dem _ Überzugsmetall und dem Kupfer der Schweißelektroden niedrigschmelzende Legierungen bilden,. wird der Materialabtrag an den Schweißelektroden und deren Klebneigung verstärkt. Um dem abzuhelfen, hat man bereits versucht, an den Schweißstellen die Überzüge zuvor mechanisch zu entfernen, z.B. durch Bürsten oder durch rotierende Schweißelektroden. Dies ist jedoch aufwendig und bringt nicht den erhofften Erfolg.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode der eingangs genannten Art in ihrem Aufbau so zu verbessern, daß auf wirtschaftliche Weise eine wesentlich erhöhte Formbeständigkeit bei gleichzeitiger guter Abbrandfestigkeit und geringer Klebneigung erreicht wird»

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Zur Lösung dieser Aufgabe könnte man daran denken, die Schweißelektroden aus Faserverbundwerkstoffen herzustellen, wobei die Fasern aus hochwarmfesten Metallen bestehen. Bei metallischen Faserverbundwerkstoffen nützt man jedoch die Tatsache aus, daß die Zugfestigkeit von Fasern mit abnehmendem Faserdurchmesser stark anwächst, und man ist deshalb bestrebt, die Fasern möglichst dünn zu halten. Faserverbundwerkstoffe weisen deshalb gegenüber nicht faserverstärkten Werkstoffen eine stark erhöhte Zugfestigkeit auf, hinsichtlich der Druckfestigkeit, auf die es bei den Schweißelektroden ankommt, besitzen Faserverbundwerkstoffe jedoch keine entsprechende Überlegenheit gegenüber nicht faserverstärkten Werkstoffen; die Biegefestigkeit einer Faser ist nämlich der 3. Potenz ihres Schlankheitsgrads umgekehrt proportional.

Obwohl bekannt ist, daß Wolfram-Kupfer-Faserverbundwerkstoffe mit einem Gehalt an Wolframfasern von 40 Vol.- .% in Faserrichtung eine um 30 % höhere elektrische Leitfähigkeit als entsprechende pulvermetallurgisch hergestellte Wolfram-Kupfer-Werkstoffe haben und damit für elektrische Kontakte sehr interessant sind, ist es wegen der hohen Herstellungskosten heute noch nicht zu einer technischen Anwendung dieser Werkstoffe gekommen ("Metallische Verbundwerkstoffe", Firmenschrift der Fa. G. Rau, Pforzheim, 1976, S. 167). Danach müssen die relativ teuren und

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dünnen Wolframdrähte wegen ihrer schweren Verformbarkeit durch Schmelzinfiltration des Kupfers in die Kupfermatrix eingelagert werden. Eine weitere Verformung ist dann nur noch durch Heißhämmern möglich.

Um die Schwierigkeiten bei der Herstellung von Wolframfasern enthaltenden Faserverbundwerkstoffen zu umgehen, hat man schon versucht, das Wolfram in Gestalt von Wolframpulver faserförmig in eine Matrix einzulagern und durch Ziehvorgänge zu verdichten (DE-OS 23 51 226). Solange das Wolfram jedoch in Pulverform vorliegt, kann es die Matrix nicht mechanisch verstärken. Dazu müßte das Wolfram gesintert werden, damit sich aus dem Pulver feste, einheitliche Fasern bilden. Wenn jedoch die Matrix aus einem Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht, dann ist ein Sintern des Wolframs nicht möglich, weil die Matrix der für Wolfram erforderlichen Sintertemperatur nicht ausgesetzt werden darf.

Faserverbundwerkstoffe mit Fasern aus hochwarmfesten Metallen kommen daher zur Herstellung von Elektroden für das elektrische Widerstandsschweißen nicht infrage.

Die Erfindung geht demgegenüber den im Anspruch 1 beschriebenen Weg. _ 13 _

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Als Werkstoffe mit hoher elektrischer Leitfähigkeit kommen in erster Linie Kupfer und Kupferlegierungen, insbesondere die im Anspruch 4 genannten Legierungen infrage. Die Auswahl der hochwarmfesten Werkstoffe hängt zum Teil vom Einsatzbereich der Elektroden ab. Bewährt haben sich in erster Linie Wolfram und Molybdän, aber auch Tantal u.dgl. refraktäre Metalle. Als weniger hochschmelzende hochwarmfeste Werkstoffe kommen vor allem die im Anspruch 3 genannten infrage.

Durch die erfindungsgemäß vorgenommene Einlagerung von Drähten oder Stäben aus hochwarmfestem Werkäboff mit den angegebenen Abmessungen erhält die Elektrode sowohl die gewünschte Formbeständigkeit als auch die gute Abbrandfestigkeit und geringe Klebneigung. Die Verwendung eines gesinterten Körpers aus einem Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit schafft wesentlich die Voraussetzungen dafür, die erfindungsgemäße Elektrode auf wirtschaftliche Weise herzustellen, wie weiter unten noch erläutert wird. Zwar ist in der DE-OS 15 65 318 auch bereits die Rede davon, daß bei der Herstellung der Elektroden Verfahren der Pulvermetallurgie verwendet werden können, jedoch bezieht sich das offensichtlich auf die Herstellung der ua. verwendeten Stäbe aus Wolfram-Kupfer. Es wurde jedoch nicht erkannt, daß bereits ohne eine sehr starke Umformung ein fester Verbund der Elektrode erzielbar ist.

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Ferner ist es aus der DE-PS 906 835 zwar bereits bekannt, zur Herstellung von elektrischen Schaltkontakten in ein gut leitendes Metall Drähte oder Stäbe aus hochschmelzendem Metall einzubetten. Die Herstellung geschieht jedoch durch Infiltration eines Bündels von Stäben oder Drähten mit dem schmelzflüssigen, gut leitenden Metall in einer Gußform und ist so aufwendig, daß es in der industriellen Praxis keine Anwendung gefunden hat.

Die Frage, welcher Querschnitt für die Stäbe bzw. Drähte im Einzelfall gewählt werden soll, hängt von den Einsatzbedingungen der Schweißelektrode ab. Schweißelektroden für das elektrische Widerstandsschweißen besitzen zumeist einen Durchmesser zwischen 5 und 30 mm. Bei dünneren Elektroden wird man natürlich dünnere Drähte oder Stäbe, bei dickeren Elektroden dickere und/oder mehr Drähte oder Stäbe einbetten als bei dünneren Elektroden. Die Zahl der eingelagerten Drähte, Stäbe oder Streifen hängt außer von der Wahl ihres Querschnitts noch davon ab, wie groß die Strom-, Wärme- und Druckbelastung ist, der die Elektrode unterliegen wird. Die bevorzugte Zahl der Drähte, Stäbe oder Streifen in einer Elektrode ist im Anspruch 5 genannt.

Anspruch 6 beschreibt die bevorzugte Anordnung der Drähte, Stäbe oder Streifen in der Elektrode. Die Drähte, Stäbe oder

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Streifen befinden sich dabei zweckmäßig auf einem oder mehreren Teilkreisen um die Längsachse der Elektrode herum.

Der Vorteil der Maßnahme nach Anspruch 7 liegt darin, daß bei Einsatz von teurem Wolfram, Molybdän od. dgl. dieses nur dort eingesetzt wird, wo es wirklich erforderlich ist, nicht jedoch im hinteren Abschnitt der Elektrode, der in eine Halterung eingespannt und gewöhnlich durch ein Kühlmittel (z.B. Wasser gekühlt wird.

Anspruch 8 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektroden. Durch die pulvermetallurgische Herstellung eines mit Kanälen für die hochwarmfesten Drähte oder Stäbe kann man erfolgreich alle jene Schwierigkeiten umgehen, die den oben beschriebenen bekannten Verfahren zur Einbettung von hochwarmfesten, insbesondere hochschmelzenden Metallen in niedriger schmelzende Metalle anhaften. In dem Formkörper finden die in den Kanälen steckenden Drähte, Stäbe oder Streifen infolge des beim Sintervorgang auftretenden Schrumpfens und der sich um die Drähte, Stäbe bzw. Streifen herum bildenden Diffusionszonen des gut leitenden Werkstoffs bereits guten HaIt^,

Das erfindungsgemäß vorgesehene mechanische Umformen des gesinterten Formkörpers dient einer weiteren Verfestigung des Gefüges des Formkörpers. Zugleich soll damit die endgültige Elektrodenform weitgehend angenähert werden, so daß anschließend nur noch einfache spanabhebende Bearbeitungsgänge erforder-

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lieh sind, um der Elektrode ihre endgültige Kontur zu verleihen. Das Ausmaß der mechanischen Umformung wird gering gehalten^bei Drähten bzw. Stäben oder Streifen aus refraktären Werkstoffen z.B. so gering, daß diese infolge der Umformung um höchstens 30 % ihrer ursprünglichen Länge gestreckt werden.

Falls die Drähte bzw. Stäbe bei der Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 7 die Kanäle des Formkörpers .nicht auf ganzer Länge ausfüllen, dann bewirkt das mechanische Umformen des gesinterten Formkörpers auch ein Schließen der nicht gefüllten Abschnitte der Kanäle, indem ofer gesinterte_x gut leitende Werkstoff in diese Kanalabschnitte hineinfließt.

Zur Herstellung des gesinterten Formkörpers können Drähte oder Stäbe aus hochwarmfestem Werkstoff mit dem gut leitenden Metallpulver umpreßt und dann oberhalb des gepreßten Formkörpers abgeschnitten werden, worauf der gepreßte Formkörper mit den darin steckenden Stäben, Drähten oder Streifen gesintert wird.

Bevorzugt wird aber zur Herstellung das Verfahren gemäß Anspruch 9 verwendet, weil dadurch Probleme beim Abschneiden der harten Drähte, Stäbe oder Streifen oberhalb der gepreßten Formkörper vermieden werden. Das in Anspruch 9 beschriebene Verfahren baut auf einem aus der DE-PS 20 25 166 und der DE-OS 23 57 309 bekannten Verfahren auf, welches zur Herstellung

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von mit einem durchgehenden, zylindrischen Kanal versehene Kontaktdüsen für Schweißmaschinen entwickelt wurde. Das Verfahren eignet sich für eine weitgehend automatisierte Serienfertigung von Elektroden, wie auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand von Zeichnungen deutlich wird.

Die F i g . 1 bis 3 zeigen schematisch im Längsschnitt durch

eine Preßmatrize die verschiedenen Phasen beim Herstellen der aus Pulver hergestellten Preßkörper,

F i g . 4 zeigt schematisch mit Schnitt durch eine

Einfüllstation das Einbringen von hochwarmfesten Drahtabschnitten in die Preßkörper,

F i g . 5 zeigt in Draufsicht die Ausrichtung der

Preßkörper unter der Einfüllstation,

F i g . 6 zeigt schematisch im Längsschnitt durch

eine Fließpreßmatrize den Vorgang des Umformens der gesinterten Preßkörper,

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F i g . 7 zeigt den Schnitt A-A gemäß Fig. 6 und F i g . 8 zeigt den Schnitt B-B gemäß Fig. 6.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung erfindungsgemaßer Elektroden ist in den Figuren 1 bis 8 in seinen verschiedenen Stufen dargestellt. Fig. 1 bis 3 zeigen das Metallpulverpressen in drei Stufen. Gepreßt wird zwischen einem Oberstempel 2 und einem Unterstempel 3. Im Oberstempel 2 ist eine ganze Anzahl von Dornen 1 befestigt und mit ihren herabhängenden Enden im Unterstempel 3 geführt, damit sie die Preßmatrize 4 in ihrem Füllräum 5 parallel zueinander durchlaufen. In Fig. 1 ist der Oberstempel 2 so weit angehoben, daß der FüUL raum 5 der Matrize mit dem Pulver oder der Pulvermischung für den elektrisch gut leitenden Werkstoff eingefüllt werden kann; dabei werden die späteren Kanäle 7 (Fig. 3) für die hochwarmfesten Drahtabschnitte 11 (Fig. 4) von den Dornen 1 ausgefüllt. In der in Fig. 2 gezeichneten Stellung ist das in den Füllraum 5 der Preßmatrize 4 eingefüllte Pulver zum Preßkörper 6 verdichtet. In der in Fig. 3 gezeichneten Stellung ist der Oberstempel 2 mit den Dornen 1 zurückgezogen und der durch die ausgezogenen Dorne 2 mit zueinander parallelen Kanälen 7 ausgebildete Preßkörper 6 durch Hochfahren des Unterstempels 3 oder Absenken der Preßmatrize 4 freigelegt.

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In Fig. 4 ist dargestellt, wie diese Preßkörper 6 mit ihren Kanälen 7 auf einer Transporteinrichtung 8 schrittweise unter einer Einfüllstation 9 für die hochwarmfesten Drahtabschnitte 11 hindurchbewegt werden. Diese Einfüllstation 9 wird durch Zuführungen 10 aus einem nicht besonders dargestellten Vorratsbehälter mit den Drahtabschnitten 11 aus hochwarmfestem Werkstoff beschickt. Sobald ein Preßkörper 6 einen Anschlag 12 erreicht, öffnet automatisch ein Schieber 13, die Drahtabschnitte 11 fallen in die Kanäle 7, wobei die Einführung durch konische Erweiterungen 15, die im Preßkörper 6 durch konische ^rtnsätze 16 des Oberstempels 2 (Fig. 1) während des Verdichtungsvorganges B ausgebildet wurden, wesentlich erleichtertwird. Mit dem Schließen des Schiebers 13 rutscht ein Satz weiterer Drahtabschnitte 11 in die Einfüllstation 9 nach und der Anschlag 12 gibt den Weg des gefüllten Preßkörpers 6 frei, der nun auf der Transporteinrichtung 8 stehend durch einen nicht gezeichneten Sinterofen geführt wird.

Beim Einfüllen der Drahtabschnitte 11 ist die Form der Preßkörper 6 mit Vorteil sechskantig gewähltj auf diese Weise kann man durch Führung von zwei gegenüberliegenden Seiten des Preßkörpers 7 an Seitenstegen 14 der Transporteinrichtung 8 die Kanäle 7 unter der Übergabestation 9 ausrichten (Fig. S).

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Die Figuren 6 bis 8 zeigen den abschließenden Vorgang der Verformung des im Sinterofen ausgebildeten Sinterkörpers durch einen Fließpreßvorgang. Die Sinterkörper 17 werden von Hand oder maschinell in den oberen Teil 18 einer Fließpreßmatrize eingelegt und dann mittels eines Fließpreßstempels 20 durch die sich nach unten verjüngende Fließpreßmatrize 19 hindurchgepreßt. Die Querschnitte des oberen Matrizenteils 18 und des unteren, verjüngten Matrizenteils 21 sind in den Schnitten A-A (Fig. 7) und B-B- (Fig. 8) noch einmal besonders dargestellt. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist der obere, weitere Aufnahmeteil 18 der Fließpreßmatrize sechskantig ausgeführt. Er könnte aber auch achtkantig oder in einer anderen geeigneten Form, die die Ausrichtung der Preßkörper 6 unter der Einfüllstation 9 in Fig. 4 gewährleistet, ausgeführt sein. Der untere, verjüngte- Teil 21 der Fließpreßmatrize (Fig. 8) ist in diesem Ausführungsbeispiel rund ausgeführt, weil die meistbenutzte Form der Widerstandsschweißelektroden die runde Form ist. Grundsätzlich ist natürlich auch jede andere äußere Form möglich. Es ist ferner möglich, die Sinterkörper nicht auf voller Länge durch die Preßmatrize zu stoßen, sondern sie nur ein Stück weit hineinzustoßen und dann in umgekehrter Richtung wieder auszuwerfen. Bei dieser Arbeitsweise werden statt prismatischer Formen beliebig verjüngte und abgesetzte Formen, auch mit zusätzlichen Innenkonturen, z.B. für eine

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Wasserkühlung am Ende der Elektrode, möglich. Es liegt im Bereich des Könnens eines Fließpreß-Fachmanns, die bei Elektroden für das elektrische Widerstandsschweißen üblichen Formen zu erzeugen.

Ein bedeutender Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Länge der eingebrachten Drahtabschnitte 11 aus hochwarmfestem Werkstoff kürzer sein kann als die Länge der Preßkörper 6. Dadurch kann man das hintere Ende der durch Fließpressen auszubildenden Elektrode, d.i. der Teil der Elektrode, mit dem sie in eine Halterung eingesetzt wird und der gewöhnlich Einrichtungen zur Wasserkühlung enthält, freihalten von dem dort nicht benötigten hochwarmfesten Werkstoff und diesen auf den druckfest auszubildenden Vorderteil der Elektrode beschränken. Durch den Fließpreßvorgang werden die nicht mit Drahtabschnitten gefüllten Abschnitte der Kanäle 7 durch den gut leitenden Werkstoff gefüllt.

Durch das beschriebene Verfahren erhält man auf wirtschaftliche Weise Elektroden, die durch zur Län§sache der Elektroden parallele, senkrecht zu ihrer Kontaktfläche verlaufende Drähte, Stäber oder Streifen aus hochwarmfesten Werkstoffen in einer wählbaren Anzahl verstärkt sind und die auf Grund dieses Aufbaus besonders günstige Eigenschaften für das elektrische Widerstandsschweißen aufweisen.

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Nachfolgend sollen noch vier Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden:

1. Beispiel

Kupferpulver mit einer mittleren Kornfcjröße von 10 um wird

zu einem mit 21 Kanälen in konzentrischer Anordnung versehenen Bolzen verpreßt, dessen Querschnitt ein reguläres Sechseck ist« In die Kanäle von kreisrundem Querschnitt werden Stäbe aus
Wolfram eingeführt, deren Durchmesser um 0,05 mm geringer ist als der Durchmesser der Kanäle und die die Kanäle auf ihrer
Länge voll ausfüllen. Danach wird der Preßkörper in Schutzgas bei 1050 C gesintert und anschließend durch Kaltfließpressen umgeformt.

2. Beispiel

Kupferpulver mit einer mittleren Korngröße von 10 ,um und mit

mit einem Gehalt von 0,5 Gevi.-% feinkörnigem Chrompulver (Korngröße kleiner als 1 .um) und 0,1 Gew.-% Zirkonhydrid wird zu

einem Bolzen mit einem hexagonalen Querschnitt und 19 Kanälen in hexagonaler Anordnung verpreßt. In die kreisrunden Kanäle
werden Stäbe aus Molybdän eingebracht, deren Durchmesser um
0,1 mm kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle und die nur halb so lang sind wie die Kanäle. Anschließend wird bei 800 C

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unter Schutzgas gesintert. Der gesinterte Formkörper wird in dem Abschnitt, der keine Molybdänstäbe enthält, in eine außen hexagonale Form kalt fließgepreßt, wobei innen zugleich ein Kühlraum vorgesehen ist.

Der die Molybdändrähte enthaltende Abschnitt des Formkörpers wird dagegen durch Heißfließpressen in runde Gestalt umgeformt.

3. Beispiel

Pulver einer Kupfer-Aluminiumlegierung mit 0,5 Gew.-% Aluminium, deren Aluminiumanteil durch innere Oxydation in Aluminiumoxid (Al₂O₃) umgewandelt wurde, wird zu einem Bolzen von hexagonalem Querschnitt und mit 14 Kanälen in hexagonaler Anordnung verpreßt. In die im Querschnitt kreisrunden Kanäle werden Wolfram-Drahtabschnitte eingebracht, deren Durchmesser um 0,1 mm geringer ist als der Durchmesser der Kanäle. Die Länge der Drahtabschnitte stimmt mit der Länge der Kanäle überein. Der Bolzen mit den Drahtabschnitten darin wird bei 1000 C im Vakuum gesintert und anschließend durch Heißfließpressen zu einem hexagonalen Formkörper von geringerem Durchmesser umgeformt.

4. Beispiel

Pulver einer innenoxidierten Kupfer-Zinnlegferung mit 5 Gew.-% Zinnoxidanteil wird zu einem Bolzen von hexagonalem Querschnitt und mit 12 Kanälen in konzentrischer Anordnung auf zwei Kreisen

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um die Bolzenachse verpreßt. In die im Querschnitt kreisrunden Kanäle werden Drahtabschnitte aus Chrom-Nickelstahl Werkstoff-Nr. 4841 eingebracht, deren Durchmesser 0,05 mm geringer ist als der Innendurchmesser der Kanäle. Die Länge der Drahtabschnitt beträgt 70 % der Bolzenlänge. Der mit den Drahtabschnitten gefüllte Bolzen wird bei einer Temperatur von 1000 C 30 min.lang im Vakkum gesintert und anschließend durch Kaltfließpressen in einen runden Elektrodenrohling umgeformt, dessen Querschnitt gegenüber dem Ausgangsquerschnitt um die Hälfte verringert ist. Der hintere Abschnitt der Elektrode, in dem sich keine Stahldrähte befinden, wird dabei im Rückwärtsfließpreßverfahren mit einem Kühlraum versehen, in den während des Schweißens Kühlwasser eingeleitet wird.

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-ar-

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Claims

PATENTANWÄLTE

DR. RUDOLF BAUER ■ DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER

2140369

WESTLICHE 29-31 (AM LEOPOLDPLATZ) D-753O PFORZHEIM, (WEST-QERMANY) Y (O72 31) 1OQ2SO/TO

31. Aug. 1978 III/Wa

i H.

Eberhard Jaeger^K.G., 5928 Laasphe
Bayerische Metallwerke GmbH., 8060 Dachau

Elektrode für das elektrische Widerstandsschweißen

Elektrode für das elektrische Widerstandsschweißen, bei der in einen Körper aus einem metallischen Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit von der Kontaktfläche der Elektrode ausgehend parallel zur Elektrodenlängsachee in Form von Drähten, Stäben oder Streifen ein hochwarmfester metallischer Werkstoff eingelagert ist, der höher schmilzt als der Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (17) ein Sinterkörper ist, in den der höherschmelzende, hochwarmfeste, metallische Werkstoff in Form von Drähten mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 3 mm oder in Form von

2 Stäben mit einem Querschnitt zwischen 0,2 und 10 mm oder in

ρ Form von Streifen mit einem Querschnitt zwischen 1 und 50 mm eingelagert ist, wobei sich im Übergangsbereich zwischen de» Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und dem höherschmelzenden, hochwarmfesten Werkstoff eine durch Sintern gebildete Diffusionszone befindet.

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2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hochwarmfeste Werkstoffe Wolfram, Molybdän, Tantal

oder dgl. hochschmelzende Werkstoffe verwendet werden.
3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hochwarmfeste Werkstoffe Stahl oder Chromel verwendet werden.
4. Elektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (17) aus einer Legierung

von Kupfer mit 0,02 - 2 % Silber, aus mit Aluminiumoxid oder Zirkonoxid dispersionsgehärtetem Kupfer oder aus Kupfer mit einem Gehalt von 0,5-5 Gew.-% Graphit besteht.
5. Elektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sinterkörper (17) fünf bis

dreißig Drähte (11), Stäbe oder Streifen eingelagert sind.
6. Elektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (11), Stäbe oder Streifen

symmetrisch zur Längsache der Elektrode angeordnet sind.
7. Elektrode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (11), Stäbe oder Streifen sich nicht bis

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zu dem hinteren Ende der Elektrode erstrecken.
8. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

der zunächst in Pulverform vorliegende Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit zu einem länglichen Formkörper (6) mit sich in Längsrichtung erstreckenden, zueinander parallelen Kanälen (7) gepreßt, danach mit in den Kanälen (7) steckenden Drähten (11), Stäben oder Streifen aus hochwarmfestem, höherschmelzendem Werkstoff gesintert und der gesinterte Formkörper (17) nur zur weiteren Verfestigung des Formkörpers (6) mechanisch und ohne Zwischenglühungen umgeformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des gesinterten Formkörpers (17) der zunächst in Pulverform vorliegende Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit durch gleichzeitiges Umpressen mehrerer zueinander paralleler Dorne (1) zu einem Formkörper (6) mit zueinander parallelen Kanälen (7) gepreßt, danach die Dorne (1) aus dem Formkörper (6) herausgezogen und in die Kanäle (7) je ein Drahtabschnitt (11) oder Stab aus hochwarmfestem, höherschmelzendem Werkstoff eingefügt und anschließend der gepreßte Formkörper (6) mit den darin steckenden Drahtabschnitten (11) oder Stäben gesintert wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformen des gesinterten Formkörpers (17) durch Fließpressen erfolgt.

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