-
Verfahren zur Verbindung der Einzelteile von mehrteiligen Gegenständen
miteinander Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbindung -der Einzelteile
von mehrteiligen Gegenständen miteinander, insbesondere zur Herstellung einer solchen
Verbindung mit Hilfe eines elektrisch leitenden Materials, welches sich anfänglich
in körniger Form befindet und durch elektrische Widerstandserhitzung in plastischen
oder flüssigen Zustand gebracht wird und sich dann an Ort und Stelle zwischen den
zu verbindenden Teilen befindet.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine auf wirtschaftlichem Wege hergestellte
und schnell auszuführende Vereinigung der Einzelteile miteinander, durch welche
eine dichte Verbindung zwischen den Teilen geschaffen wird.
-
Beispiele einiger Anwendungsmöglichkeiten des neuen Verfahrens werden
nachstehend an Hand der zugehörigen Abbildungen beschrieben, aus denen die Grundprinzipien
der Erfindung deutlich hervorgehen. Von diesen stellt Abb. i eine Achse, welche
an einer Nabe befestigt werden soll, mit dieser, und zwar in der Lage zueinander
dar, in welcher die Teile gemäß der Erfindung miteinander vereinigt werden sollen.
Abb.2 stellt die gleichen Elemente dar, nachdem die Vereinigung der Teile vollzogen
ist.
-
Abb.3 stellt einen Schnitt dar, der das Verfahren in Anwendung auf
die Befestigung eines Metallträgers in einem Isolator veranschaulicht.
-
Abb. q. zeigt das Verfahren in Anwendung auf die Befestigung eines
Zündkerzenkernes in einem diesen umgebenden Gehäuse.
-
Abb.5 erläutert das neue Verfahren in Anwendung auf eine Zündkerze
von etwas abweichender Bauart.
-
Bei dem Verfahren nach den Abb. i und 2 wird ein Rad, welches eine
Nähe io besitzt, in die gewünschte Stellung auf eine Achse II gebracht. Die Nabe
wird in dieser Stellung auf einen Auflagerblock 12, der die Achse umfaßt, gelegt.
Anschließend wird körniges oder pulverförmiges Material 13 in den Raum zwischen
Nabe und Achse eingebracht. Dieses Material wird zweckmäßig in diesen Raum 14 eingepreßt
bzw. innerhalb desselben verdichtet. Anschließend wird ein geeigneter Kolben 15
von der dem Auflager 12 entgegengesetzten Seite der Nabe aus auf das Material zur
Einwirkung gebracht. Gemäß der dargestellten Ausfü hrungsform
des
Verfahrens ist zwischen dem Kolben 15 und dem zu schmelzenden Material z; ein Ring
16 aus gut leitendem Material angeordnet. , Zwischen dein Auflager und dem Kolben
wird ein. elektrischer Kontakt hergestellt und nun Strom durch diese und durch das
körnige bzw. pulverförmige Material hindurchgeschickt. Dieser Strom muß genügend
stark sein, um das Material zu schmelzen. Gleichzeitig wird ein Druck auf den Kolben
ausgeiibt, so daß das Material während des Schmelzens unter der Einwirkung dieses
Druckes in innigen Kontakt mit der inneren Wandung der Nabe und. dem äußeren Mantel
der Achse gebracht wird. Sobald der Schmelzvorgang genügend weit fortgeschritten
ist, wird der Strom unterbrochen, damit nun das geschmolzene Material abkühlen und
sich verfestigen kann, um dann eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen der
Nabe und der Achse zu: bilden. Gewöhnlich ist die auf diese Weise geschaffene Verbindung
zwischen den Teilen genügend dicht bzw. die vorhandene Reibung groß genug, um die
Teile, also den Kolben, das Rad o. dgl., fest und dauerhaft in der gewünschten Lage
in bezug auf die Welle zu halten. In Fällen, in denen die Teile einer größeren Beanspruchung
unterworfen sind, können Nabe oder Welle, evtl. auch beide Teile, an den zu verbindenden
Flächen gerauht, abgeplattet, unterschnitten oder mit Rillen versehen werden, j
e nachdem, welcher Weg sich als der zweckmäßigste erweist, um das Maß an Widerstand
gegen Relativbewegungen der Teile @ zueinander zu schaffen, welches im Einzelfalle
vorhanden sein muß. Ein Vorteil des neuen Verfahrens ist jedenfalls der, daß sich
in zahlreichen Fällen lediglich in der oben beschriebenen Weise, ausgehend von einem
zylindrischen Loch durch die Nabe, welches konzentrisch mit der Oberfläche der Achse
ist, eine genügend feste Verbindung erzielen läßt. Der gewöhnlich auf der Nabe bzw.
auf der Welle sitzende Fett- oder Oxydfilm ergibt einen genügenden Widerstand, um
dem- Schmelzstrom den Weg durch das körnige oder pulverförmige Material, welches
keinen höheren elektrischen Widerstand besitzt; als den, der notwendig ist, um es
zu schmelzen, vorzuschreiben. Falls es sich jedoch als notwendig erweist, kann -auch
die Nabe und die Welle geschwärzt oder in anderer Weise behandelt werden, um unbedingt
zu sichern, daß der Strom seinen Weg durch das körnige Material nimmt.
-
Zuweilen kann auch der elektrische Widerstand des Materials, aus dem
die Nabe oder die Achse besteht, geringer sein als der des eingefüllten pulverförmigen
oder körnigen Materials; er muß jedoch auch in diesem Falle größer sein als der
des festen Materials, aus dem die einzelnen Körnchen bestehen. Es fließt dann der
Strom nur durch den Endteil bzw. die Endteile der körnigen Masse, bis diese geschmolzen
sind, und der Schmelzvorgang schreitet allmählich fort. Bei der vorzugsweisen Ausführungsform
des neuen Verfahrens wird jedoch ein Strom von solcher Stärke verwendet, daß der
Schmelzvorgang sich sehr schnell vollzieht und sowohl das -Zusammendrücken wie das
Verfestigen mit entsprechender Geschwindigkeit bewirkt werden.
-
In den Abbildungen ist die Verwendung eines Ringes 16 dargestellt,
jedoch ist diese nicht immer nötig. Zuweilen- ist es vorteilhaft, diesen Ring aus
einem gut leitenden Material herzustellen und ihn gleichzeitig zur gleichmäßigen
Verteilung des elektrischen Stromes zu benutzen. Er kann an Ort und Stelle verbleiben,
wobei das geschmolzene Material teilweise an seiner Oberfläche anhaftet. Dies ist
vorteilhafter, als wenn das Material statt dessen in unmittelbarer Berührung mit
dem Kolben kommt, der ja zwecks Wiederholung des Arbeitsvorganges entfernt werden
muß. Gewisse Materialien neigen dazu, in ungünstiger Weise an dem Kolben anzuhaften;.
diese Schwierigkeit wird durch die Verwendung des Ringes 16 oder einer äquivalenten
Einrichtung vermieden.
-
In Abb.3 ist die Anwendung des neuen Verfahrens auf .die Befestigung
eines Metallhalters 2o in der Aushöhlung 2 1 eines Isolators dargestellt. In diesem
Falle ist es zweckmäßig, den Kopfteil 23 des- aus Metall bestehenden Halters
2o blank zu machen, so daß hier ein besserer Kontakt erzielt wird, als an der Oberfläche
des Halters 2,4 oberhalb des Kopfes. Gelegentlich kann es auch erwünscht sein, den
elektrischen Widerstand des Halterteiles oberhalb des Kopfes noch zu steigern, indem
man ihn vorsichtig schwärzt, oxydiert oder in anderer Weise behandelt. Der Halter
wird in die in Abb. 3 dargestellte Lage gebracht und die Höhlung mit körnigem oder
pulverförmigem Material25 vollgepreßt. In ähnlicher Weise wie der oben beschriebene
Ring 16 kann auch hier ein Ring 26 Verwendung finden und die Verbindung mit der
Stromquelle durch, den auf den Ring drückenden Kolben und den Ring selbst hergestellt
werden. Der zweite Stromanschluß erfolgt beispielsweise an dem äußeren Ende des
Halters 2o. Nunmehr wird das Material durch den elektrischen Strom geschmolzen,
gleichzeitig in die Aushöhlung hineingepreßt und hier verfestigt, wie dies oben
im Zusammen- j hang mit den Abb. i und 2 beschrieben worden ist.
Abb.
q, erläutert eine geringfügige Abänderung des neuen Verfahrens in Anwendung auf
den Zweck, einen Zündkerzenkern in einem diesen umgebenden Gehäuse zu befestigen.
Wie dargestellt, ist ein Kern 30 von geeigneter Gestalt innerhalb eines Gehäuses
31 angeordnet, und zwar gemäß der Abbildung so, daß der Absatz 3a des Kerns dem
Absatz 33 des Gehäuses aufliegt. Diese aufeinanderliegenden Vorsprünge ergeben zwar
bereits einen ziemlich dichten Abschluß; je-
doch ist dieser nicht vollkommen
flüssigkeitsdicht. Es hat sich gezeigt, daß, wenn geschmolzenes Metall auf die Verbindungsstelle
zwischen den Absätzen gepreßt wird, sich an diesem mitunter eine etwas unregelmäßige
Kante desselben ergibt. Um dies nach Möglichkeit zu vermeiden, wird zunächst in
den Boden der zwischen dem Gehäuse und dem Kern. um den letzteren herum gebildeten
Tasche 35 Specksteinpulver 34 hineingepreßt. Außer Speckstein kann auch irgendein
anderes geeignetes Material für diesen Zweck Verwendung finden, vorausgesetzt, daß
es den hohen Temperaturen widersteht, die durch das Schmelzen des körnigen oder
pulverförmigen Materials in unmittelbarem Kontakt damit bedingt sind. Anschließend
wird das pulverförmige bzw. körnige Material 36, beispielsweise Aluminiumpulver,
in den die Teile verbindenden Hohlraum oberhalb des Specksteins hineingepreßt und
nun auf das Aluminiumpulver ein Ring 37 aufgelegt, der beispielsweise aus Kupfer
bestehen kann. Schließlich wird mit Hilfe eines Kolbens der Kupferring nach unten
gepreßt, während elektrischer Strom von diesem Ring aus durch das Aluminiumpulver
und dann durch das Gehäuse geleitet wird, bis das erstere auf Grund seines inneren
Widerstandes zum Schmelzen kommt. Der auf das geschmolzene Material - ausgeübte
Druck bringt dieses in innigen Kontakt mit der Außenseite des Kernes und mit der
inneren Fläche des Gehäuses. Anschließend läßt man nun das Metall abkühlen. Gemäß
dem dargestellten Beispiel ist in der Wandung des Gehäuses eine schwache Rille 38
vorgesehen, welche zusätzlich die Reibung erhöht und das Aluminium in seiner Lage
innerhalb des Gehäuses festhält.
-
In Abb. 5 ist eine Konstruktion dargestellt, gemäß welcher ein aus
zwei Teilen bestehender Kern innerhalb eines Zündkerzengehäuses durch gegossenes
Metall gehalten wird. In diesem Falle ist das Gehäuse 31d das gleiche, wie in Abb.
4 dargestellt, jedoch besteht der Kern aus zwei Teilen 40 und .4z. Der untere Teil
40 ist bis zu der quer verlaufenden Trennungsebene 42 ähnlich dem unteren Ende des
Kernes 30 gestaltet. Der obere Teil 41 ist ähnlich dem oberen Teile des Kernes
3o ausgebildet, besitzt jedoch einen Absatzq.3 oberhalb derTrennungsebene. Specksteinpulver
o. dgl. 3q." wird um die Trennungsebene herum, vorzugsweise auch den Absatz 43 herum
gepreßt. Anschließend wird in der gleichen Weise, wie in Abb. 4. dargestellt, das
Aluminiumhalteelement 36 an Ort und Stelle geschmolzen.
-
Statt Specksteinpulver kann auch ein anderes geeignetes Dichtungsmaterial
verwendet werden, doch eignet sich gerade das erwähnte Material besonders, da es
genügend nachgiebt, um eine zu große mechanische Beanspruchung für den Kern zu vermeiden.
Bei dem in der Abb. 5 dargestellten Beispiel wird vorteilhafterweise Speckstein
verwendet, da dieses Material einen Isolator um die Trennebene 42 bildet, während
sonst evtl. ein Stromdurchgang von der mittleren Elektrode nach dem Gehäuse erfolgen
könnte. Bei dieser Ausbildungsform muß das an Stelle von Speckstein verwendete Material
ein Isolierstoff sein. Bei der Ausführung nach Abb. 4. ist dies nicht so wesentlich.
-
In der vorstehenden Beschreibung ist dargelegt worden, daß Aluminiumpulver
besonders geeignet ist, um die Verbindung des Zündkerzenkernes mit dem ihn umgebenden
Stahlgehäuse in der erfindungsgemäßen Weise -u bewirken. Es ergibt sich hierbei
ein die Teile zusammenhaltender Ring aus Aluminium, der genügend weich ist, um ein
Springen oder Zerbrechen des aus Porzellan o. dgl. bestehenden Kernes unter dem
Einfluß der Berührung mit diesem Metall, während es sich verfestigt, zu vermeiden,
der gleichzeitig den Kern sehr fest in seiner Lage hält und eine gasdichte Verbindung
der Teile verbürgt.
-
Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß für den erfindungsgemäßen Zweck
auch andere Metalle verwendet werden können, wenn sie die entsprechenden Eigenschaften
besitzen und einen elektrischen Widerstand von solcher Größenordnung aufweisen,
daß die zur Verfügung stehenden Stromstärken einerseits bequem ausreichen, um diese
Materialien zu schmelzen, andererseits aber dem Strom den Weg durch das Material
hindurch ermöglichen, ohne daß störende Vorsichtsmaßregeln notwendig sind, um zu
verhindern, daß der Strom etwa seinen Weg durch das Gehäuse nimmt, statt durch das
Material. Diesen Bedingungen genügen eine Anzahl verschiedenartiger Metallpulver,
die unter den verschiedenen Umständen j e nach der gewünschten Härte, Festigkeit
usw. des endgültig die Teile verbindenden Materials, ebenso auch je nachdem gerade
erwünschten Werte des elektrischen Widerstandes und der unter den in Frage kommenden
Arbeitsbedingungen zulässigen
Schmelztemperatur Verwendung finden
können. Die Auswahl der verschiedener Arten von Metallpulvern, insbesondere au;
verschiedenen Arten zusammengesetzter Mischungen zusammen mit der Wahl der jeweiL
im Einzelfalle geeigneten Korngrößen, ermöglicht eine nahezu unbeschränkte Anzahl
von Variationen der Eigenschaften des Materials, welches verwendet wird und damit
eine denkbar weitgehende Anpassung an die besonderen im Einzelfalle in Frage kommenden
Arbeitsbedingungen.
-
Während das körnige Material, von dem hier die Rede ist, in erster
Linie ein leitendes Metallpulver von geeigneter Korngröße der Teilchen ist, ist
es nicht notwendig, daß ein derartiges Material ausschließlich Verwendung findet.
Es ist bei dem neuen Verfahren durchaus möglich, eine einwandfreie Verbindung auch
dann herzustellen, wenn dem leitenden Material nichtleitende Stoffe zugemischt werden.
Hierbei ist nur Voraussetzung, daß .die Leitfähigkeit der Mischung noch genügend
groß ist, um ihre bzw. die Schmelzung der leitenden Teilchen unter dem Einfluß des
hindurchgeleiteten Stromes zu ermöglichen. Hierbei können beispielsweise verhältnismäßig
grobe Teilchen aus keraniischern oder anderem nichtleitenden Material mit feineren
Metallteilchen gemischt werden, wobei, wenn die ganze Masse in den taschenförmigen
Hohlraum eingepreßt worden ist, die einzelnen Par.tikelchen des Metallpulvers genügend
dicht aneinanderliegen, um den Schmelzstrom zu leiten und die ganze Masse durch
das schmelzende bzw. geschmolzene Metall verfestigt und verbunden wird. Auf die
beschriebene Weise wird eine weitere Regelung des Leitfähigkeitsgrades des Materials
ebenso wie eine weitere Variation der Eigenschaften der endgültigen Verbindung in
bezug auf ihre Festigkeit, Härte, ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten u. dgl. ermöglicht.
-
Unter körnigem Material im Sinne der obigen Ausführungen in der Beschreibung
ebenso wie in den Patentansprüchen ist ein Material von beliebiger Größe, vom feinen
Pulver an. aufwärts, zu verstehen.
-
In der Beschreibung sind drei außerordentlich voneinander verschiedene
Beispiele für die Anwendbarkeit des neuen Verfahrens erläutert worden. Es ist aber
natürlich selbstverständlich, daß der Anwendungsbereich der Erfindung nicht auf
diese Beispiele beschränkt, sondern ein ganz allgemeiner für alle die Zwecke ist,
in denen es möglich ist, die Teile eines mehrteiligen Körpers durch ein in einem
diese Teile verbindenden bzw. zwischen diesen angeordneten Hohlraum geschmolzenes
und verfestigtes Material miteinander zu vereinigen. -