-
-
Ausbildung der Elektrodenform für effektive Kühlung zum
-
intermittierenden Schweißen.
-
Die Erfindung betrifft die Ausbildung der Elektrodenform für effektive
Kühlung zum intermittierenden Schweißen, vorzugsweise von elektrisch gut leitendem
Material, z. B.
-
Aluminium.
-
Die Elektrodenform zum intermittierenden Schweißen, z. B.
-
Punktschweißen, ist im praktischen Einsatz bestimmt durch das Erfordernis,
die Schweißwärme möglichst an der Berührungsfläche der zu verschweißenden Teile
entstehen zu lassen. Die unvermeidlich nach außen abfließende und auf diesem Weg
zusätzlich entstehende Joule'sche Wärme soll an ein Kühlmittel, z. B. Wasser abgegeben
werden, welches z. B. durch die Elektrodeneinspannungen zu- und wieder abgeleitet
wird. Dazu bietet sich zunächst an, diese zusätzlichen Wärmequellen in ihrer Wirkung
klein zu halten sowohl durch größtmögliche Berürungsfläche zwischen Elektrode und
Schweißgut, - zu erreichen u. a. durch hohen Anpreßdruck -als auch beste elektrische
Leitfähigkeit - um den Wärmefließweg in der Elektrode bis zum Übergang an das Kühlwasser
so klein zu halten wie aus dem Erfordernis mechanischer Festigkeit heraus unumgänglich
nötig ist. Übermäßige Erwärmung der Elektrodenstirnfläche bedeutet nämlich die Gefahr
eines Verschweißens unter Bildung niedrig schmelzender, zum Verspritzen neigender
Legierungen aus Elektrodenmaterial und Schweißgut, ein Vorgang der über eine lokale
Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes eine wirksame aber unerwünschte
Wärmequelle in der Widerstandskette: Elektrode - Ubergang -Schweißgut - Schweiß
stelle - Schweißgut - Übergang - Gegenelektrode darstellt und sich zusätzlich von
Schweißung
zu Schweißung verstärkt.
-
Der Wärmeübergangswiderstand von Elektrodenwerkstoff an das Kühlmittel
ist im allgemeinen groß im Vergleich zum Wärmeleitungswiderstand der beschriebenen
metallischen Kette.
-
Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, durch eine dicke Stirnplatte
der Schweißelektrode eine große Wärmekapazität bereitzustellen, die bei guter Wärmeleitfähigkeit
die stoßartig anfallend#Wärmemengen an der Beruhrfläche zum Schweißgut vorläufig
aufnehmen kann. Zwischen zwei Schweißvorgängen kann diese wegen des verhältnismäßig
schlechten Wärmeübergangs zum Kühlmittel an dieses notwendigerweise langsam abgegeben
werden in Zeiten, die groß gegen die Dauer des Wärmepulses selber sind.
-
Dadurch wird erreicht, daß die Elektrodenstirnfläche verhältnismäßig
kühl bleibt und daher die Gefahr einer Bildung niedrig schmelzender Legierungen
wie beschrieben gemindert wenn nicht ausgeschlossen wird. Dazu ist notwendig von
der Konstruktion her als Stirnplatte der Elektrode eine Masse solcher Wärmekapazität
vorzusehen, daß die aus Anlaß eines einzelnen Schweiß impulses auf sie zukommende
Wärmemenge erstens schnell und wirksam verteilt wird und dabei zweitens durch die
Wärmeaufnahme keine erhebliche Temperaturerhöhung erfolgt. Von der Prozeßführung
her ist eine wirksame Querschnittsvergroßerung durch sattes Anliegen, d. h.
-
entsprechend hoher Änpreßdruck, womöglich ergänzt durch eine zusätzliche
echte Querschnittsvergrößerung in der Masse des Elektrodenschaftes sowie die Wahl
eines Elektrodenwerkstoffs höchst möglicher Wärmeleitfähigkeit mindestens in Richtung
des Wärmeflusses anzustreben. Diese Maßnahmen, jede für sich und gemeinsam erhöhen
die Standzeit der Elektroden, so daß ein Reinigen von deren Stirnflächen durch Abziehen/Abschmirgeln
nur in wesentlich größeren Zeitabständen als bisher nötig, wenn nicht gar vermeidbar
ist.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Dicke der
Stirnplatte der Elektroden deutlich größer gewählt wird als eine "Eindringtiefe".
Diese Mindeststrecke ist dadurch bestimmt, daß sich ein Temperatursprung an der
Stirnfläche der Größe ß T, der zum Bezugszeitpunkt erzeugt wird, innerhalb der Haltezeit,
d. h. der Dauer z. B. des Schweißimpulses über diesen Weg auf 1/2 des Ausgangswertes
abbaut.
-
Auf diese Weise wird eine wirksame Aufnahme der von der Stirnfläche
in die Elektrode abfließenden Wärme erreicht.
-
Die Anordnung "dicke Stirnplattea ist zudem nicht sehr empfindlich
gegen Schwankungen der Dicke, d. h. geringen Materialverlust, wie er z. B. durch
Abziehen aus Anlaß einer Stiruflächenreinigung entstehen würde.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Bohrung in
der Elektrode, durch welche das Kühlmittel zu-und abgeführt werden soll, konisch
ausgeführt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß erstens eine erhöhte a ungsgeschwindigkeit
und damit verbesserte Kühlwirkung des Kühlmittels an der entscheidenden Stelle,
der kühlmittelseitigen Flache der Stirnplatte erzwungen wird und zweitens ein gleichmäßiger
Abfluß der Wärme durch solche metallische Querschnitte gewährleistet ist, die durch
ihre stetige Abnahme in Richtung des Kühlmittelabflusses dem bereits erfolgten Wärmeübergang
Rechnung tragen.
-
Die Erfindung wird in der Figur an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
-
In einer Elektrode 1 ist ein konischer Kanal 2 vorgesehen, in dem
ein Kühlwasserzuführungsrohr 3 das Kiïh1-mittel über eine Engstelle 4 (Kühlmittelkanalende)
am wesentlichen Querschnitt mit großer Strömungsgeschwindig keit vorbei leitet.
Schweißgutseitig begrenzt die Stirn-
fläche 5 der Elektrode eine
erhebliche Wärmekapazität, nämlich das Volumen 6, das im wesentlichen bis zur Engstelle
4 reicht. Schematisch sind einige Wärmeflußlinien 7 eingezeichnet. Die konische
Form des Kliblkanals trägt der Tatsache Rechnung, daß am Kühlmittelkanalende 4 kein
Wärmestau entstehen soll, sondern stets eine dem Wärmefluß entsprechender Querschnitt
zur Verfügung steht.
-
Für die leichtere Montage der Elektrode 1 ist es zweckmäßig, an der
Unterseite des Kühlwasserzuführungsrohres 3 nicht dargestellte Distanz stifte vorzusehen
und dieses selbst adjustierend anzuordnen. Die Distanzstifte garantieren einen von
Einspannung zu Einspannung reproduzierbaren Kühlmittelzufluß.
-
3 Patentansprüche 1 Figur
L e e r s e i t e