DE3302613A1

DE3302613A1 - Verfahren zur herstellung einer spannvorrichtung fuer bolzenschweissgeraete

Info

Publication number: DE3302613A1
Application number: DE19833302613
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 5870 Hemer Broszukat; Wolfgang Dipl.-Ing. 5750 Menden Gauger; Ernst-Günther Ing.(grad.) 5750 Menden Jordan
Original assignee: Obo Bettermann OHG
Current assignee: Obo Bettermann OHG
Priority date: 1983-01-27
Filing date: 1983-01-27
Publication date: 1984-08-02
Also published as: DE3302613C2

Description

Verfahren zur Herstellung einer
Spannvorrichtung für Bolzenschweiß geräte" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spannvorrichtung für Bolzenschweißgeräte, die beispielsweise insbesondere nach dem Kondensatorentladungsverfahren bezw. nach dem Hubzündungsverfahrcn arbeiten und bei denen insbesondere die Bolzenzuführung derart erfolgt, daß der Bolzen der SpannvorZ richtung von der der Schweißstelle abgewandten Seite automatisch, z.B. pneumatisch, zugeführt, unter vorübergehender Aufspreizung der beispielsweise aus Backen und einer diese zusammenhaltenden Feder bestehenden Spannvorrichtung in diese lagerichtig ein geführt und anschließend mit in Schweißrichtung vorn aus der Spannvorrichtung herausragendem Bolzenkopf bezw.
Schweißansatz gehalten wird.
Spannvorrichtungen für Bolzenschweißgeräte sind vielfach bekannt, wozu beispiebeise auf das deutsche Gebrauchsmuster 81 26 572 verwiesen wird.
Bei derartigen und weiteren aus der betrieblichen Praxis bekannten Bolzenapannvorrichtungen, die aus hochfestemlStahl gefertigt sind, ist ein Verschleiß an den mit dem anzuschweißenden Bolzen korrespondierenden Spannfläche(n unabdingbar, vorallem dann, wenn die Bolzen in ihrem von den Spannflächen umgriffenen Bereich GeJindezonen aufweisen.
Es ist hierzu anzumerken, daß bei Bolzenschweißgeräten, die nach dem Hubzündungaprinzip arbeiten, Schweiß~ ströme von 2000 bis 3000 Ampere üblich sind, während bei nach dem Kondensatoreritladungsprinzip arbeitenden Schweißgeräten in kurzen Zeiten hohe Stromdichten mit Strömen von bis zu 1Z.OOO Ampere erreicht werden.
Schon ein mehr oder minder geringfügiger Verschleiß der Spannflächen der Spannvorrichtung führt dazu, daß ein schlechter SchweiSstromübergang von der Spannzangelauf den von ihr gehalterten Bolzen erreicht wird.
Der Verschleiß der Spannbacken bewirkt, daß bisher übliche Spennelemente nach etwa 2000 bis 3000 Schweiaungen unbrauchbar sind und ausgetauscht werden müssen.
Mit üblichen automatischen Schweißgeräten, wie Schweißautomaten und dergleichen, werden pro Tag zwischen 20.000 und 30.000 Schweißungen durchgeführt.
Dies bedeutet, daß die Spannvorrichtungen pro Tag zehnmal erneuert werden müssen.
Zwar kann die Lebensdauer der Spannelemente verlängert werden, indem bei einsetzendem Verschleiß die Ladekapazität des Schweißgerätes erhöht wird, jedoch hat dies unerwünschte Streuungen im Schweiß~ ergebnis zur Folge.
Desweiteren ist nachteilig:bei den bisher bekannten Spannvorrichtungen, daß die Stirnseite der Spann~ backen und die vorderen Schlitzenden, die von den Spannbackenteilen gebildet werden, im Laufe der Gebrauchsdauer mehr und mehr mit Schweißspritzern belegt werden, die das Schließen der Spannvorrichtung zumindest behindern, wenn nicht sogar unterbinden können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art eine Spannvorrichtung für Bolzenschweißgeräte zu schaffen, die eine weit höhere Lebensdauer gewährleistet, als dies bisher der Fall gewesen ist.
Dabei soll die mechanische Bearbeitbarkeit des zur Herstellung der Spannvorrichtung benutzten Materials ebenso wie eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit gewährleistet sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Spannbacken der Spannvorrichtung aus einem Wolfram-Verbundwerkstoff hergestellt werden, wobei der Wolfram-Basiswerkstoff als poröser Schwamm ausgebildet und dessen Poren mit einem mechanisch gutbearbeitbaren Werkstoff hoher Leitfähigkeit und niedrigeren Schmelzpunkt als dem desreinen Wolframwerkstoffes ausgefüllt werden, daß die Verschleißflächen durch mechanische Bearbeitung, z.B. Schleifen, geformt werden und an der Verschleißfläche der Spannbacken, welche den zu uerschweißenden Bolzenschaft umfaßt, der Hilfswerkstoff nach der mechanischen Bearbeitung der Spannbacken entfernt wird.
Verbundwerkstoffe auf Wolframbasis sind an sich bekannt.
Auch Verfahren zur Herstellung derartiger Verbundwerkstoffe sind im Stand der Technik beschrieben.
Dabei wird insbesondere beim sogenannten Tränkverfahren das Pulver des höher schmelzenden Metalls, hier des Wolframs, im Füll-, Kopf~, Vorpreß oder Sinterzustand als poröser Schwamm mit dem flüssigen niedrig schmelzenden Metall getränkt.
Bei vollständiger Tränkung werden poren freie Durch~ dringungsverbundmetalle erhalten.
Durch die Herstellung der Spannbacken der Spannvorrichtung aus dem Wolfram-Verbundwerkatoff ist einerseits eine gute mechanische Searbeitbarkeit des Verbunds werkstoffes gewährleistet, da der Hilfswerkstoff die an sich schlechte Bearbeitbarkeit des Wolfram-Metalles erheblich verbessert.
Desweiteren wird auch die Neigung des Anhaftens von Schweißspritzern weitestgehend unterbunden, da der Wolfram-Grundwerkstoff ein Anhaften von der artigen Spritzern weitestgehend verhindert.
An sich sind die günstigen Eigenschaften des Wolfram bekannt, wie beispielsweise der hohe Schmeizpunkt, die große Härte, der ausgezeichnete Widerstahd gegen Kleben und Verschweißen und andere berkstoffspezifische Eigenschaften.
Der Vorteil von Verbundmetallen ist bekanntermaßen der, daß die kennzeichnenden Eigenschaften des Wolframs und die charakteristischen Eigenschaften des Hilfswerk stoffes nebeneinander auftreten.
Um eine hohe-elektrische und thermische Gleitfähig~ keit des Verbundmetallwerkstoffes sicherzustellen, werden als Hilfawerkatoffe. solche Metalle ausgewählt, die von sich aus schon eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzen.
Der weiter erfindungswesentliche Schritt, daß nämlich der Hilfawerkstoff nach der mechanischen Bearbeitung der Spannbacken an den Spannflächen bezw.'Verachleißflächen der Spannbacken entfernt wird, bewirkt, daß an der Verschleißfläche der Spannbacken praktisch ausschließlich der WolfFam-Werkstoff vorhanden ist.
Durch diese Verfahrensweise wird erreicht, daß die Lebensdauer der Spannvorrichtung erheblich gesteigert wird.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Poren des Wolfram-Schwammes mit Kupfer ausgefüllt werden.
Hierbei werden die hervorragenden Eigenschaften des Wolfram mit der guten elektrischen Leitfähigkeit des Kupfers kombiniert.
Die Kombination des Verfahrens nach Patentanspruch 1 und 2 hat sich als besonders hervorragend gezeigt.
Es ist hierzu noch festzuhalten, daß bei der mechanischen Bearbeitung der Verschleißflächen, zum Beispiel beim Ausschleifen der Aufnahmekanäle für entsprechende Schueißbolzen, die Wolfram-Bestandteile offenbar aus der Verschleißfläche ausbrechen, so daß zunächst nur reines Hilfsmetall, beispielsweise Kupfer, in der Verschleißfläche liegt.
Erst das nachträgliche Entfernen dieses Hilfswerkstoffes bewirkt, daß wiederum Wolfram-Metallbestandteile ausschließlich die Verschleißfläche bilden, wodurch die erwünschten guten Standzeiten realisiert werden können.
Alternativ it auch möglich, daß die Poren des Wolfram Schwammes mit Nickel ausgefüllt werden.
Besonders vorteilhaft kann auch sein, wenn die Poren des Wolfram-Schwammes mit Silber ausgefüllt werden.
Bei der Verwendung von Silber als Hilfswerkstoff können ähnlich gute Eigenschaften erreicht werden, wie bei der Verwendung von Kupfer, jedoch ist bekanntermaßen Silber erheblich teurer.
In Weiterbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die Poren des Wolfram-Schwammes mit mindestens einem der Metalle Cu, Ag, Au, Cr, Mo, Fe, Co, Ni, Pd , Pt ausgefüllt werden.
Es kannen also auch Mischungen oder Legierungen unterschiedlicher Metalle als Hilfswerkstoff verwandt werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Gewichtsanteile Wolfram-Kupfer im Verhältnis 70:30 bis 90:10 gewählt werden, vorzugsweise 80:20.
Es mag dabei sein, daß Verbundwerkstoffe mit noch höherem Wolframgehalt noch vorteilhafter sind, als dies bei einem Anteil von 80 % Wolfram der Fall ist, jedoch sind derartige Werkstoffe derzeit nicht marktüblich.
Weiterhin kann vorteilhaft sein, daß als Benetzungszusätze Ni, Fe oder Co im Bereich bis zu 1 %, vorzugsweise bis zu 0,1 % zugesetzt werden.
Weiterhin ist bevorzugt und vorteilhaft, wenn zur Entfernung des Hilfswerk stoffes die Verschleißfläche der Spannbacken angeätzt bezw. erodiert wird.
Hierbei ist noch darauf hinzuweisen, daß eine der negativen Wirkungen der Benutzung von Wolfram an der Verschleißfläche der ist, daß Wolfram die Neigung hat, bei hoher Belastung Oxyde zu bilden, die den Übergangswiderstand erhöhen.
Durch die wischende Bewegung bei der Aufnahme von Bolzen und bei der Abgabe von Bolzen aus der Spann vorrichtung werden jedoch die Kontaktflächen ständig gereinigt, so daß auch diese Schwierigkeit bei der Verwendung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herde~ stellten Spannvorrichtung überwunden wird.
Schließlich ist noch die Verwendung von metallischen Verbundwerkstoffen mit Wolfram als Basis und mindestens einem der Metalle Cu, Ag, Au, Cr, Mo, Fe, Co, Ni Pd, Pt, als weiterem Bestandteil, vorzugsweise Kupfer, zur Herstellung von Spannbacken gemäß einem der Patente.
ansprüche 1 bis 8 Gegenstand vorliegender Erfindung, und zwar mit der Maßgabe, daß das den weiteren Bestand~ teil bildende Metall an der Üerschleißfläche der Spannt backen nach deren Herstellung entfernt worden ist.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß beispielsweise bei der Verwendung eines Verbundwerkstoffes Wolfram-Kupfer 80/20 hervorragende Resultate hinsichtlich der Lebensdauer zu erzielen sind.
Es wurden Versuche durchgeführt, die nach 10.000 Schweißungen abgebrochen wurden, wonach weiterhin die erfindungsgemäß ausgebildete Spannvorrichtung brauchbar blieb.
Ein Austausch dieser Vorrichtung war noch nicht notwendig.
Der besondere Vorteil war weiterhin, daß praktisch keine Anhaftung von Schweißspritzern festzustellen war.
Auch wurde nach den Schweißungen kein Einbrand von Bolzen Gewindeabdrücken in den Spannflächen bezw. Verschleiß~ flächen der Spannbacken festgestellt.
Dabei wurden im Versuch die Verschleißffächen bewußt besonders stark belastet, indem rostfreie Stahlbolzen mit der Spannvorrichtung bezw. der Bolzenschweißeinrichtung verarbeitet worden sind.
Im Versuch wurden insgesamt 16.000 Schweißungen durchgeführt, wobei dann ein geringer Einbrand in den Verschleißflächen festzustellen war.
Dies wurde dadurch festgestellt, daß die Schweißeinrichtung samt Spannbacken relativ schwer vom geschweißten Bolzen abgezogen werden konnte.
Es wurden dann die Kontaktbacken geringfügig nachgearbeitet, indem sie ein wenig abgeschliffen wurden.
Danach konnten weitere 14.000 Schweißungen mit derselben Spannvorrichtung durchgeführt werden.
Selbst danach waren die Spannbacken weiterhin einaatzl fähig; Weiterhin zeigt sich im Versuch, daß praktisch keine Schweißspritzer ansetzten.
Selbst bei der Verarbeitung von stark spritzendem Bolzenmaterial konntendie dann anhaftenden Spritzer leicht entfernt werden.
Teilweise fiel bei den Versuchen angesetztes Spritzermaterial auch von selbst ab.
Dies beruht wohl darauf, daß der Verbundwerkstoff nicht magnetisierbar ist, wodurch auch an den Kontaktflächen der Spannbacken und insbesondere in deren Schlitzen keine kalten Schiaeißspritzer haften bleiben.
Die erhebliche Erhöhung der Lebensdauer führt dazu, daß trotz des gegenüber dem Stand der Technik erheblich teueren Herstellungsmaterisls eine wirtschaftliche Verwertung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten bezw. der erfindungsgemäß verwendeteten Spannvorrichtung für Bolzenachweißgeräte sichergestellt ist.
Sogar bei Fehlbedienungen der erfindungsgemäß herzen stellten Spannvorrichtung waren keine wesentlichen Störungen festzustellen.
Selbst wenn der Lichtbogen zu den Spannbacken selbst brannte, konnten diese entweder weiter verwendet oder nach einfacher Säuberung wieder verwendet werden.
Alle neuen, in der Beschreibung undloder Zeichnung offenbarten Einzel~ und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

P P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zur Herstellung einer Spannvorrichtung für Bolzenschweißgerfite, die beispielsweise insbesondere nach dem Kondensatorentladungsverfahren bezw. nach dem Hubzündungsverfahren arbeiten und bei denen insbesondere die Bolzenzuführung derart erfolgt, daß der Bolzen der Spannvorrichtung von der der Schweißstelle abgewandten Seite automatisch, z.B. pneumatisch, zugeführt, unter vorübergehender Aufspreizung der beispielsweise aus Backen und einer diese zusammenhaltenden Feder bestehenden Spannvorrichtung in diese lagerichtig eingeführt und anschließend mit in Schweißrichtung vorn aus der Spannvorrichtung herausragendem Bolzen~ kopf bezw. Schweißansatz gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken der Spannvorrichtung aus einem Wolfram-Verbundw.rkstoff hergestellt werden, wobei der Wolfram-Basiswerkstoff als poröser Schwamm ausgebildet und dessen Poren mit einem mechanisch gutbearbeitbaren Werkstoff hoher Leitfähigkeit und niedrigeren Schmelzpunkt als dem des reinen Wolfram~ werkstoffes ausgefüllt werden, daß die Verschleiß flächen durch mechanische Bearbeitung, z.B. Schleifen, geformt werden und an der VerschleiBfläche der Spannbacken, welch. den zu verschweißenden Bolzenschaft umfit, der Hilfswerkstoff nach der mechanschen Bearbeitung der Spannbacken entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des Wolfram-Schwammesmit Kupfer ausw gefUllt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des IUolfram-Schwammes mit Nickel ausgefüllt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS die Poren des Wolfram-Schwammes mit Silber aus gefüllt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des Wolfram-Schwammes mit mindestens einem der Metalle Cu, Ag, Au, Cr, Mo, Fe, Co, Ni, Pd , Pt ausgefüllt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsanteile WolframKupfer im Verhältnis 70 : 30 bis SO : 10 gewählt werden, vorzugsweise 80 : 20.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Benetzungszusätze Ni, Fe oder Co im Bereich bis zu 1 %, vorzugsweise bis zu 0,1 % zugesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernung des Hilfwerkstoffes die Verschleißfläche der Spannbacken angeätzt bezw.

erodiert wird.
9. Verwendung von metallischen Verbundwerkstoffen mit Wolfram als Basis und mindestens einem der Metalle Cu, Ag, Au, Cr, Mo, Fe, Co, Ni, Pd, Pt als weiterem Bestandteil, vorzugsweise Cu, zur Herstellung von Spannbacken gemäß einem der AnsprUche 1 bis 8, mit der Maßgabe, daß das den weiteren Bestandteil bildende Metall an der Uerschleißfläche der Spann backen nach deren Herstellung entfernt worden ist.