DE4041041A1 - Verfahren zum elektrischen punktschweissen von metallischen filtrierelementen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elek­ trischen Punktschweißen, das insbesondere dazu bestimmt ist, die Verbindung zwischen einem Filtrierelement vom Typ Metalldrahtgewebe, Metalltuch, Drahtgaze, Metallsieb o. dgl. und seinem metallischen Träger, seinem metallischen Halter, seiner metallischen Auflage o. dgl., welche zwischen zwei Elektroden zwischengefügt werden, sicherzustellen.

Die Erfindung ist auf diese Weise insbesondere auf die Her­ stellung von Filtern anwendbar, die in Startraketen, Trä­ gerraketen, Satelliten, Raumschiffen, Raumfähren, Raum­ transportern und Raumpendlern und auch in der industriellen oder nuklearen Chemie verwendbar sind. Außerdem ist die Er­ findung auf die Herstellung von Schutzfiltern anwendbar, welche kapillare Elemente bilden, die in den Brennstoff­ reservoirs zur sogenannten "Oberflächenspannung" verwendet werden, welche in Satelliten, Raumplattformen, Raumschiffen, Raumfähren, Raumtransportern oder Raumpend­ lern montiert werden, und diese kapillaren Elemente dienen dann als Gasbarriere.

Aktuell werden unterschiedliche Techniken zum Herstellen einer Verbindung dieser Art angewandt. Zum Beispiel ermög­ licht es eine Doppelfalzung, Bördelverbindung, Kerbverbin­ dung, Quetschverbindung oder Verbindung durch Sicken dank irgendeiner Deformation der Elemente, diese miteinander zu verbinden. Jedoch ergeben sich bei diesem Verfahren Schwie­ rigkeiten hinsichtlich der Dichtigkeit unter harten Be­ triebs- bzw. Funktionsbedingungen.

Es ist auch möglich, eine Schweißung anzuwenden, die als "Rollenschweißung" bezeichnet wird und darin besteht, daß die zu verschweißenden Teile zwischen zwei Rollen zwischen­ gefügt werden, welche während des gesamten Schweißvorgangs einen kontinuierlichen Druck und einen elektrischen Strom übertragen. Jedoch hat diese Technik insbesondere den Nach­ teil, daß das Metall vor der Rolle oder den Rollen zurück­ gedrängt wird, wie auch den Nachteil, daß am Ende der Schweißung eine nachteilige Kaltschweißstelle bzw. ein nachteiliger Saum mit mechanischer Spannung für die so her­ gestellte Struktur erzeugt wird.

Eine andere Art des Zusammenbauens von zwei Elementen der Art, wie sie oben angegeben sind, besteht darin, sie mit einem Auftragsmetall zusammenzulöten, dessen Schmelztempe­ ratur niedriger als diejenige der beiden zu verschweißenden bzw. zu verbindenden Elemente ist. Dieses Verfahren hat insbesondere den Nachteil, daß ein zweites oder ein drittes metallisches Mittel eingeführt wird, das sehr oft nicht verträglich mit den vorhandenen bzw. später damit in Berüh­ rung kommenden Flüssigkeiten ist, wie Stickstoffperoxid (N₂O₄), Monomethylhydrazin (MMH), Hydrazin (N₂H₄) etc. Au­ ßerdem kann ein aufzubringendes Metall bzw. ein Zusatzme­ tall durch Langzeitbatterie- bzw. -zellenwirkung korrodie­ ren.

Es ist weiterhin möglich, ein Filtrierelement mittels einer Lötung auf einen Halter, Träger o. dgl. zu schweißen bzw fest anzubringen, welche mit einer Diffusion kombiniert ist. Jedoch weist dieses Verfahren im Ergebnis die gleichen Nachteile wie die Lötung allein auf.

Es sind darüber hinaus die Techniken der elektrischen Punktschweißung bekannt. Diese klassischen Techniken sind jedoch nur auf das Verschweißen von Teilen anwendbar, die aus identischen Metallen oder Legierungen oder benachbarten bzw. sehr ähnlichen Metallen oder Legierungen hergestellt sind, und sie ermöglichen keine Verschweißung von gewissen Materialien, wie beispielsweise von rostfreiem Stahl auf bzw. mit Titan. Unter Berücksichtigung der elektrischen In­ tensitätswerte, die üblicherweise in den Techniken der elektrischen Punktschweißung angewandt werden, ergibt es sich, daß ein mechanisches bzw. metallisches Gewebe, Tuch o. dgl., das mittels eines solchen klassischen bzw. üblichen Verfahrens verschweißt wird, einem Ab- bzw. Durchbrennen, Schmoren o. dgl. unterworfen wird, was eine umfangreiche Versprödung herbeiführt. Das Gewebe, das Tuch, die Gase o. dgl. (aus Metall) ist im übrigen der Gefahr ausgesetzt, durch Metalltropfen, -tröpfchen, -spratzer o. dgl. verunrei­ nigt zu werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, die vorerwähnten Nachteile auszuschalten und das Realisieren einer Verschweißung eines metallischen Filtrierelements auf einem metallischen Träger mit einer ausgezeichneten mecha­ nischen Widerstandsfähigkeit zu ermöglichen, und hierbei die vollständige Integrität des Filtrierelements zu erhal­ ten.

Diese Ziele werden mittels eines Verfahrens zum elektri­ schen Punktschweißen zwischen einem metallischen Filtriere­ lement und seinem metallischen Träger, Halter o. dgl., wel­ che zwischen zwei Elektroden zwischengefügt werden, er­ reicht, indem dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es darin besteht, Elektroden zu verwenden, bei deren jeder die aktive Oberfläche gleich wenigstens dem Zehnfa­ chen der Oberfläche einer Masche des metallischen Filtrier­ elements ist, sowie elektrische Impulse zu verwenden, deren Intensität bezüglich der Intensität einer traditionellen bzw. üblichen Punktschweißung vermindert ist, und eine Überlappung von aufeinanderfolgenden Schweißpunkten derart sicherzustellen, daß die Überlappungsoberfläche der aufein­ anderfolgenden Schweißpunkte zwischen 50% und 60% der Oberfläche von jedem Schweißpunkt umfaßt.

Dank des Verfahrens gemäß der Erfindung erzeugt die Haf­ tung, welche durch Oberflächendiffusion erhalten wird, eine mechanische Haftung oder Klebung, die in gleicher Weise zwischen den Teilen wirkt, wenn es sich darum handelt, Teile aus Metall oder Metallegierungen zusammenzubauen, die stark unterschiedlich voneinander sind, und welche ausrei­ chend ist, eine zuverlässige Verwendung des zusammengebau­ ten Filtrierelements in Anwendungen zu garantieren, wie es insbesondere diejenigen sind, die am Anfang der Beschrei­ bung angegeben sind.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es in gleicher Weise, eine Dichtigkeit der Schweißnaht zu erzielen, die höher als diejenige des Blasenpunkts des Metalldrahtgewe­ bes, des Metalltuchs, der Drahtgaze, des Metallsiebs o. dgl. ist.

Gemäß einer anderen Charakteristik der vorliegenden Erfin­ dung wird die Schweißung durch Kondensatorentladung durch­ geführt, was eine Verbindung durch mechanische Haftung si­ cherstellt.

Die auf diese Weise realisierte Schweißnaht kann irgendeine gewünschte Form haben.

Das Filtrierelement und/oder der Träger, Halter o. dgl. kön­ nen aus gewöhnlichen Stählen, aus rostfreiem Stahl, aus Le­ gierung auf Kupferbasis, oder auch aus Titan oder Legierung auf Titanbasis, oder aus Aluminium oder Legierung auf Alu­ miniumbasis hergestellt sein. Alle die Kombinationen sind im Rahmen der Erfindung möglich.

Um das Verfahren nach der Erfindung noch weiter zu verbes­ sern, ist es möglich, die obere Elektrode durch eine äußere Berieselung mit demineralisiertem Wasser bzw. mit Wasser, dem die mineralischen Salze entzogen worden sind, zu küh­ len, oder eine Kühlung der einen oder der anderen der Elek­ troden durch eine innere Zirkulation von Wasser sicherzu­ stellen.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung seien nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnung anhand einiger bevor­ zugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben und erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die wesentlichen Elemente, die beim Verfahren gemäß der Erfindung notwendig sind; und

Fig. 2 die Schweißnaht, welche durch das Verfahren gemäß der Erfindung erhalten wird.

Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, sind zwei Elek­ troden 3, 4 oberhalb bzw. unterhalb von zu verschweißenden Teilen angeordnet, welche ein Filtrierelement 1, wie bei­ spielsweise ein Metalldrahtgewebe, Metalltuch, Drahtgaze, Drahtsieb o. dgl. und dessen Träger, Halter o. dgl. 2, der ebenfalls metallisch ist, sind. Die Elektroden können ins­ besondere zylindrisch oder konisch sein.

Wenn die Elemente einmal an Ort und Stelle sind, wird das Schweißen zum Beispiel durch Entladung eines Kondensators durchgeführt.

Das ermöglicht es, auf diese Weise eine Verbindung durch Oberflächendiffusion oder mechanische Haftung der beiden Metalle sicherzustellen. Die Regulierung der Parameter der Schweißmaschine bzw. -einrichtung (nicht dargestellt) wird in der Weise ausgeführt, daß ein Zusammenbau bzw. eine Ver­ bindung vom Klebungstyp erhalten wird, d. h. ohne tiefgrei­ fendes oder tiefgehendes Schmelzen der Metalle.

Verschiedene Arten von Materialien können zusammen ver­ schweißt werden.

Auf diese Art können ein Metalldrahtgewebe, ein Metalltuch, eine Drahtgaze, ein Metallsieb o. dgl. 1 und ein Träger, ein Halter, eine Auflage o. dgl. 2 je aus einem Material reali­ siert werden, das unter den folgenden Materialien ausge­ wählt werden kann, welche dank des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens neutral bzw. reaktionslos miteinander zusammenbau- bzw. -fügbar bzw. verschweißbar sind: die gewöhnlichen Stähle, die rostfreien Stähle, die Legierungen auf Kupfer­ basis, das Aluminium, die Legierungen von Aluminium, das Titan und die Legierungen von Titan.

Es sei darauf hingewiesen, daß im Fall eines Metalldrahtge­ webes, eines Metalltuchs, einer Drahtgaze, eines Metall­ siebs o. dgl. aus rostfreiem Stahl, das bzw. die auf einen Träger, Halter o. dgl. aus Titan aufgeschweißt wird, ein Schwimmen, Aufsteigen, Ansteigen o. dgl. des Titans in den bzw. in die Maschen des Gewebes, des Tuchs der Gaze, des Siebs o. dgl. vorhanden ist, was nicht nur eine inhärente mechanische Haftung mit dem Schweißverfahren gemäß der Er­ findung sicherstellt, sondern darüber hinaus ein gegensei­ tiges mechanisches Verhaken der beiden Materialien sicher­ stellt.

In dem Fall einer Verbindung, die gemäß der Erfindung re­ alisiert wird, gibt es im Gegensatz zu den klassischen bzw. bekannten Verfahren keine Bildung eines Schweißblocks, die bzw. der in der Lage ist, die Verbindung brüchig, zerbrech­ lich, bröcklig und/oder spröde zu machen bzw. die Verbin­ dung zu verspröden.

Vorzugsweise ist die aktive Oberfläche jeder der Elektroden 3, 4 gleich wenigstens dem Zehnfachen der Oberfläche einer Masche des Filtrierelements 1, wobei die Masche gemäß den Normen NF XII-506 und NF XII-515 (französische Normen) de­ finiert ist.

Indem die Schweißpunkte derart überlagert werden, daß ihre Oberflächen gegenseitiger Uberlappung zwischen 50% und 60% der Oberfläche eines Punkts der Schweißung umfaßt, d. h., wie in Fig. 2 dargestellt, wird auf diese Weise eine Schweißnaht 5 großer Qualität realisiert, wobei das Niveau der Dichtigkeit überragend gegenüber demjenigen ist, wel­ ches "den hohlen Stellen" bzw. dem "Blasenpunkt" des Gewe­ bes, des Tuchs, der Gage, des Siebs o. dgl. entspricht.

Die Schweißnaht kann irgendeine Form haben (z. B. kreisför­ mig, quadratisch, rechteckig, oval) solange die vorstehend angegebene Überlappungsbedingung eingehalten wird. Eben­ falls kann das Gewebe, das Tuch, die Gaze, das Sieb o. dgl. sehr verschiedene Webarten aufweisen.

Wie bereits dargelegt, berührt diese Schweißung, deren Er­ gebnis mit einer Klebung verglichen werden kann, nur eine sehr beschränkte Oberflächenzone jedes Materials. Sie ist vergleichbar mit einer mechanischen Haftung und ermöglicht es, die Gefahren der Versprödung zu vermeiden, die mit ei­ ner klassischen bzw. üblichen Schweißung verbunden sind, insbesondere weil diese erfindungsgemäße Schweißung keinen Block bzw. Schweißblock bzw. -barren erzeugt.

Um die technischen Leistungsfähigkeiten des Verfahrens nach der Erfindung weiter zu verbessern, kann vorgesehen werden, die obere Elektrode zu kühlen, zum Beispiel dadurch, daß man sie mit einem Film 6 von entmineralisiertem Wasser (Fig. 1) bzw. mit einem Film 6 von Wasser, dem die Mine­ ralsalze entzogen sind, befeuchtet, berieselt, begießt oder in sonstiger Weise versieht. In diesem Fall wird die Schweißung unter einem Film von Wasser realisiert. Die Küh­ lung kann auch mittels eines Umlaufs von Wasser innerhalb von einer der Elektroden 3, 4 oder in beiden Elektroden be­ wirkt werden. In Fig. 1 ist eine Wasserzirkulation 7 im Inneren der Elektrode 4 dargestellt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es, Metalle wie rostfreien Stahl und Titan, miteinander zu verschweißen, was gegenüber den klassischen bzw. bisherigen Verfahren neuartig und von hohem Nutzen ist.

Die Elemente, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfah­ rens realisiert bzw. hergestellt werden können, sind zahl­ reich und von verschiedenster Art.

Als Beispiel lassen sich Filter nennen, welche in Trägerra­ keten, Startraketen, Satelliten, Raumschiffen, Raumfähren, Raumtransportern, Raumpendlern oder auch in der industriel­ len oder nuklearen Chemie verwendbar sind. Außerdem ist die Erfindung auf die Herstellung von Schutzfiltern anwendbar, welche kapillare Elemente bilden, die in Brennstoffreser­ voirs zur "Oberflächenspannung" verwendet werden, welche in Satelliten, Raumplattformen oder Raumschiffen, Raumfähren, Raumtransportern oder Raumpendlern montiert werden, wobei diese kapillaren Elemente als Gasbarriere dienen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die darge­ stellten und beschriebenen Ausführungsformen und/oder An­ wendungen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Patentansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungs­ gedankens, wie er den gesamten Unterlagen zu entnehmen ist, in vielfältiger Weise mit Erfolg ausführen und anwenden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum elek­ trischen Punktschweißen zwischen einem Filtrierelement 1 und seinem metallischen Träger, Halter o. dgl. 2 zur Verfü­ gung gestellt, die zwischen zwei Elektroden 3, 4 zwischen­ gefügt werden, und dieses Verfahren besteht darin, Elektro­ den 3, 4 zu verwenden, wobei für jede dieser Elektroden die aktive Oberfläche gleich wenigstens 10mal der Oberfläche einer Masche des metallischen Filtrierelements 1 ist, sowie elektrische Impulse zu verwenden, deren Intensität mit Be­ zug auf die Intensität einer traditionellen bzw. üblichen Punktschweißung vermindert ist, und eine Überlappung der aufeinanderfolgenden Punkte der Schweißung derart sicherzu­ stellen, daß die Überlappungsoberfläche von aufeinanderfol­ genden Schweißpunkten zwischen 50% und 60% der Oberfläche jedes Schweißpunkts umfaßt.

Das Verfahren ist insbesondere auf die Herstellung von Fil­ tern oder Schutzfiltern anwendbar, welche in Raum- bzw. Weltraumanwendungen verwendbar sind.

Claims (12)

1. Verfahren zum elektrischen Punktschweißen zwischen einem metallischen Filtrierelement (1) und seinem metalli­ schen Träger, Halter o. dgl. (2), die zwischen zwei Elektro­ den (3, 4) zwischengefügt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es darin besteht, Elektroden (3, 4) zu verwenden, bei deren jeder die aktive Oberfläche gleich wenigstens dem Zehnfachen der Oberfläche einer Masse des metallischen Filtrierelements (1) ist, elektrische Impulse von einer Intensität, die bezüglich der Intensität einer traditionellen bzw. üblichen Punktschweißung reduziert ist, anzuwenden, und eine Überlappung von aufeinanderfolgenden Schweißpunkten derart sicherzustellen, daß die Überlap­ pungsoberfläche aufeinanderfolgender Schweißpunkte zwischen 50% und 60% der Oberfläche jedes Schweißpunkts umfaßt.

2. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schweißung durch Kon­ densatorentladung zum Sicherstellen einer Verbindung durch mechanische Haftung realisiert wird.

3. Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, Halter o.dgl. (2) aus einem gewöhnlichen Stahl hergestellt ist und daß das Filtrierelement (1) aus einem der Materialien her­ gestellt ist, welche gewöhnliche Stähle, rostfreie Stähle, Legierungen auf Kupferbasis, Aluminium, Legierungen von Aluminium, Titan und Legierungen von Titan umfassen.

4. Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, Halter o.dgl. (2) aus einer Legierung auf Kupferbasis hergestellt ist und daß das Filtrierelement (1) aus einem der Materia­ lien hergestellt ist, welche gewöhnliche Stähle, rostfreie Stähle, Legierungen auf Kupferbasis, Aluminium, Legierungen von Aluminium, Titan und Legierungen von Titan umfassen.

5. Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, Halter o. dgl. (2) aus einem rostfreien Stahl hergestellt ist und daß das Filtrierelement (1) aus einem der Materialien her­ gestellt ist, welche rostfreie Stähle, Titan und Legierun­ gen von Titan umfassen.

6. Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, Halter o. dgl. (2) aus einem rostfreien Stahl hergestellt ist und daß Filtrierelement (1) aus einem der Materialien herge­ stellt ist, welche gewöhnliche Stähle, Legierungen auf Kup­ ferbasis, Aluminium, Legierungen von Aluminium umfassen.

7. Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, Halter o.dgl. (2) aus einem der Materialien hergestellt ist, wel­ che Aluminium und Legierungen von Aluminium umfassen, und daß das Filtrierelement (1) aus einem der Materialien her­ gestellt ist, welche gewöhnliche Stähle, rostfreie Stähle, Legierungen auf Kupferbasis, Aluminium, Legierungen von Aluminium, Titan und Legierungen von Titan umfassen.

8. Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, Halter o. dgl. (2) aus einem der Materialien hergestellt ist, wel­ che Titan und Legierungen von Titan umfassen, und daß das Filtrierelement (1) aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.

9. Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, Halter o. dgl. (2) aus einem der Materialien hergestellt ist, wel­ che Titan und Legierungen von Titan umfassen, und daß das Filtrierelement (1) aus einem der Materialien hergestellt ist, welche gewöhnliche Stähle, Legierungen auf Kupferba­ sis, Aluminium und Legierungen von Aluminium umfassen.

10. Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, Halter o. dgl. (2) und das Filtrierelement (1) aus einem der Mate­ rialien hergestellt sind, welche Titan und Legierungen von Titan umfassen.

11. Schweißverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (3) während des Schweißvorgangs durch eine äußere Berieselung mit Wasser, dem die Mineralsalze entzo­ gen worden sind, derart gekühlt wird, daß der Schweißvor­ gang unter einem Film dieses Wassers bewirkt bzw. ausge­ führt wird.

12. Schweißverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlung von wenigstens einer der beiden Elektroden, nämlich der oberen Elektrode (3) und/oder der unteren Elektrode (4), durch eine Zirkulation von Wasser im Inneren der er­ wähnten Elektrode (3, 4) durchgeführt wird.