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Die vorliegende Erfindung betrifft
Schweißelektroden
und ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Widerstandsschweißen wird seit langem als schnelles
und wirksames Verfahren zum Verbinden von Metallteilen eingesetzt.
Die zu schweißenden Werkstücke werden
in Anlage zueinander gebracht, und mit Hilfe eines Paars entgegengesetzt
geladener Elektroden bewirkt man einen großen Stromfluss durch die Werkstücke. Der
Strom hat zur Folge, dass die aneinander liegenden Flächen der
Werkstücke genügend erhitzt
werden, um die Bildung einer Schweißlinse zu bewirken. In der
Regel bringen die Elektroden während
des Schweißvorgangs
einen ausreichenden Druck auf die Werkstücke auf. Durch das Zusammenzwingen
des Materials wird der Schweißvorgang
erleichtert und auch der elektrische Widerstand zwischen jeder Elektrodenspitze
und dem benachbarten Werkstück-Material
verringert.
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Da das Schweißen durch Widerstandserhitzen
des zu schweißenden
Materials erfolgt, sollte klar sein, dass sich auch die Elektroden
merklich erhitzen. Es ist wichtig, eine Elektrode mit hoher elektrischer
Leitfähigkeit
zu haben, um den Energieverlust in der Elektrode und die sich daraus
ergebende Erhitzung der Elektrode zu verringern.
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Über
die Zeit bewirken die wiederholten Heiz- und Druckvorgänge, die
beim Widerstandsschweißen
angewendet werden müssen,
Ausfälle, Erweichung,
Pilzform-Bildung
und andere Verformungen der Elektroden. Wenn dies geschieht, steigt der
Verbrauch an elektrischem Strom mit der Vergrößerung der Schweißspitzenfläche, die
mit dem Werkstück-Material
in Kontakt steht, bis schließlich
ein Nachrichten oder ein Ersatz der Elektrode notwendig wird. Deshalb
ist es auch wichtig, eine Elektrode zu haben, die bei den erhöhten Temperaturen,
die die Folge des Schweißprozesses
sind, auch bedeutenden Verwindungskräften widerstehen kann, um die Häufigkeit
zu minimieren, mit der es notwendig wird, die Elektrode innerhalb
eines gegebenen Zeitraums nachzurichten oder auszutauschen.
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Aus dem Stand der Technik ist es
bekannt, Widerstandsschweißelektroden
durch Verbinden eines Kupferelektrodenkörpers mit einem temper- oder glühstabilen
Einsatz hoher Härte
zu bilden. In der Regel besitzt der Einsatz wesentlich bessere Eigenschaften
als das Kupfermaterial, aus dem der Elektrodenkörper gebildet wurde. Das Einsatzmaterial
ist jedoch sehr viel teurer als das zur Bildung des Elektrodenkörpers verwendete
Kupfer.
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Der Einsatz kann am Schaft angelötet werden.
Der Lötschritt
ist nachteilig, da er dem Elektrodenherstellungsverfahren einen
zusätzlichen
Arbeitsschritt hinzufügt
und demzufolge die Kosten der Elektrode steigert. Außerdem kann
der Lötvorgang den
Elektrodenkörper
zum Glühen
bringen und erweichen.
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Es ist auch bekannt, den Einsatz
mit Hilfe eines Presspassungs-Vorgangs in einen Elektrodenkörper hineinzutreiben.
Der heute zu schweißende Stahl
ist häufig
galvanisiert oder mit einer Zinkbeschichtung oder einer Beschichtung
aus einem anderen, weicheren Metall überzogen. Das führt dazu, dass
die Widerstandsschweißelektroden
dazu neigen, am Metall des Überzugs
festzukleben. Eine durch einen Presspassungs-Arbeitsvorgang mit
einem Elektrodenkörper
verbundene Elektrodenspitze kann während des Widerstandsschweißens von
mit einem Überzug
versehenen Materialien aus dem Schaft herausgezogen werden, und
dies erfordert dann den Austausch der Elektrode.
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Das deutsche Patent DE-A-2554990
offenbart eine Elektrode mit einem Kern aus hochtemperaturfestem
("warmfestem") Material, der in
einen Körper
aus einem Material mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit
eingesetzt ist. Die Elektrode wird durch das Ausbilden einer Drillbohrung
im Körper
erzeugt. Der Kern wird über
eine Presspassung in die Bohrung eingebracht, indem entweder der
Körper
erhitzt oder der Kern gekühlt
wird, der Kern in die Bohrung des Körpers eingesetzt wird und die
Temperatur zum Ausgleich gebracht wird, so dass der Kern und der
Körper
zusammengepresst werden.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf
an einer verbesserten Widerstandsschweißelektrode, die mit Hilfe eines
wirksamen und Kosten sparenderen Verfahrens hergestellt werden kann
und dennoch zu einer annehmbaren Leistungsfähigkeit in der Lage ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diesem Bedarf wird die vorliegende
Erfindung gerecht, die eine verbesserte Widerstandsschweißelektrode
und ein Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung stellt. Vorliegend wird
ein Verfahren beschrieben, das das Bereitstellen eines Barrens mit
einem inneren Hohlraum, das Einsetzen eines dispersionsgehärteten Kupfereinsatzes
in den Barren und ein Verformen des den Einsatz enthaltenden Barrens
durch Kaltbearbeitungsschritte umfasst, derart, dass der Einsatz
an seinem Ort im Barren mechanisch arretiert wird. Die Herstellungsschritte
können
in einer einzigen Verfahrensfolge durchgeführt werden, so dass die Elektrode
in einer wirksamen und kostengünstigen
Weise hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist es, weil der
Einsatz mechanisch an seinem Ort innerhalb des Barrens arretiert
ist, unwahrscheinlich, dass das übliche
Maß an
Verklebung, das während
des Widerstandsschweißens
von beschichtetem Stahl auftritt, den Einsatz aus dem Barren herausziehen
kann. Es ist auch festzuhalten, dass der Barren vorzugsweise aus
einem silberhaltigem Kupfer CDA C10700 geformt wird, bei dem es sich
um ein hochleitfähiges
Material handelt. Früher war
man im allgemeinen der Ansicht, dass silberhaltiges Kupfer bei der
Erzeugung von Schweißelektroden
nicht verwendet werden sollte, da man dachte, dass ein solches Material
bei den beim Widerstandsschweißen
auftretenden Temperaturen zum Glühen gebracht
werden oder erweichen würde.
Mit Hilfe von sich in einem inneren Hohlraum des Hauptkörper-Teils
aus silberhaltigem Kupfer befindendem Kühlwasser und weil der Hauptkörperteil
nur begrenzt, wenn überhaupt,
in Kontakt mit einem Werkstück
kommt, wird ein Erweichen oder Glühen des Hauptkörperteils
verhindert.
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In einer ersten Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung wird spezifisch ein Verfahren zum Bilden
einer Widerstandsschweißelektrode
bereitgestellt, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines
aus einem hochleitfähigen
Material erzeugten Barrens, wobei dieser Barren einen ersten Teil
mit einem ersten inneren Hohlraum darin aufweist;
Einsetzen
eines Einsatzes aus dispersionsgehärtetem Kupfer in den ersten
inneren Hohlraum des Barrens, wodurch ein einsatzhaltiger Barren
gebildet wird; und
Verformen des einsatzhaltigen Barrens durch
Kaltbearbeiten, so dass der Einsatz mechanisch an seinem Ort im
Barren arretiert wird, wobei dieser verformte, einsatzhaltige Barren
eine Widerstandsschweißelektrode
umfasst oder darstellt, und wobei der Verformungsschritt umfasst:
Einbringen
des einsatzhaltigen Barrens in einen ersten inneren Hohlraum eines
ersten Werkzeugs zum Ausbilden des einsatzhaltigen Barrens, wobei
der erste innere Hohlraum einen ersten allgemein gerundeten unteren
Teil aufweist;
Aufbringen von Druck mit einem ersten Formstempel auf
einen zweiten Teil des einsatzhaltigen Barrens, derart, dass der
einsatzhaltige Barren erstmalig verformt wird und dabei eine erste
Form annimmt;
Einbringen des einsatzhaltigen Barrens mit der
genannten ersten Form in einen zweiten inneren Hohlraum eines zweiten
Werkzeugs zum Ausbilden des einsatzhaltigen Barrens, wobei der zweite
innere Hohlraum einen zweiten allgemein gerundeten unteren Teil
aufweist;
Aufbringen von Druck mit einem zweiten Formstempel
auf diesen zweiten Teil des erstmalig verformten einsatzhaltigen
Barrens derart, dass der erstmalig verformte einsatzhaltige Barren
weiterverformt wird und dabei eine zweite Form annimmt; Einbringen
des einsatzhaltigen Barrens mit der genannten zweiten Form in einen
dritten inneren Hohlraum eines dritten Werkzeugs zum Ausbilden des
einsatzhaltigen Barrens; und
Aufbringen von Druck auf den genannten
zweiten Teil des genannten weiterverformten, einsatzhaltigen Barrens
mit einem dritten Formstempel derart, dass dieser weiterverformte
einsatzhaltige Barren nochmals verformt wird, wobei er eine dritte
Form annimmt, wobei der Einsatz des nochmals verformten einsatzhaltigen
Barrens eine im wesentlichen uhrglasförmige Gestalt besitzt, derart,
dass der Einsatz mechanisch an seinem Ort innerhalb des Barrens
arretiert ist, wobei die genannte dritte Form einen gestuften Teil
in einem zweiten inneren Hohlraum im einsatzhaltigen Barren aufweist.
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Der Schritt des Bereitstellens eines
Blocks kann die Schritte des Bereitstellens eines im Wesentlichen
zylindrischen Teilstücks
aus hochleitendem Kupfer und des Stauchens und des Vorwärtsfließpressens
dieses Teilstücks
umfassen, wobei ein Barren mit einem ersten Hohlraum darin gebildet
wird.
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Der Schritt des Stauchens und Vorwärtsfließpressens
umfasst vorzugsweise weiterhin den Schritt des Anordnens des zylindrischen
Teilstücks
benachbart zu einem inneren Hohlraum eines stauchenden und vorwärtsfließpressenden
Werkzeugs. Der innere Hohlraum des stauchenden und vorwärtsfließpressenden
Werkzeugs ist an einem Ende offen und besitzt einen inneren Durchmesser,
der im Wesentlichen einem äußeren Durchmesser
des Barrens gleich ist. Das Werkzeug umfasst einen formgebenden
Stift, der axial innerhalb des inneren Hohlraums angeordnet ist
und sich von einem dem genannten offenen Ende des inneren Hohlraums
gegenüber
liegenden Ende in den genannten inneren Hohlraum erstreckt. Der
Stift besitzt einen äußeren Durchmesser, der
einem inneren Durchmesser des ersten inneren Hohlraums des Barrens
im Wesentlichen gleicht. Der Schritt des Stauchens und Vorwärtsfließpressens umfasst
darüber
hinaus die Schritte des Einsetzens des Teilstücks mittels eines Einsetzstiftes
in den inneren Hohlraum und des Aufbringens von Druck auf das Teilstück mit Hilfe
eines Stempels, um ein Vorwärtsfließpressen
des Teilstücks über den
Stift zu bewirken, wodurch ein Barren mit einem äußeren Durchmesser geformt wird,
der größer als
ein äußerer Durchmesser
des genannten Teilstücks
ist und wobei der Barren einen ersten inneren Hohlraum aufweist.
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Die Schritte des Aufbringens von
Druck mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Formstempel bewirken
die Ausbildung eines zweiten inneren Hohlraums im zweiten Barrenteil
mittels Rückwärtsfließpressen.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren
zusätzlich
den Schritt des Einkerbens des ersten Teils des Barrens, und zwar
nach dem Einsetzschritt und vor dem Verformungsschritt.
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Vorliegend ebenfalls beschrieben
wird eine Widerstandsschweißelektrode,
umfassend einen Hauptkörper,
der aus einem hochleitfähigen
Metall gebildet ist und einen ersten Teil mit einem ersten inneren
Hohlraum und einem Einsatz aus dispersionsgehärtetem Kupfer umfasst, der
im ersten inneren Hohlraum angeordnet ist. Der erste Teil des Hauptkörpers und
der Einsatz sind so geformt, dass der Einsatz mechanisch an seinem
Ort im Hauptkörper arretiert
ist.
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Vorzugsweise besitzt der Einsatz
im Wesentlichen die Gestalt eines Hyperboloids, und der innere Hohlraum
besitzt eine im Wesentlichen ähnliche
Gestalt.
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Der Hauptkörper umfasst weiterhin einen zweiten
inneren Hohlraum, der in seinem zweiten Teil angeordnet ist. Der
zweite innere Hohlraum ist so ausgestaltet, dass er während eines
Widerstandsschweiß-Vorgangs
mit einer Kühlflüssigkeit
beschickt werden kann.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der Erfindung wird spezifisch eine Widerstandsschweißelektrode
bereitgestellt, umfassend:
einen Hauptkörper, geformt aus einem hochleitfähigen Metall
und umfassend einen ersten Teil mit einem ersten inneren Hohlraum;
einen
zweiten Teil mit einem zweiten inneren Hohlraum, wobei der zweite
Teil so ausgestaltet ist, dass er während eines Widerstandsschweiß-Vorgangs
mit einer Kühlflüssigkeit
beschickt werden kann, wobei der zweite innere Hohlraum von einem
darin angeordneten gestuften Teil begrenzt wird; und
einen
Einsatz aus dispersionsgehärtetem
Kupfer, der im genannten ersten inneren Hohlraum angeordnet ist,
wobei der erste Teil des Hauptkörpers
und der Einsatz im Wesentlichen deformiert und dabei in die Form
eines Hyperboloids gebracht sind, derart, dass der Einsatz mechanisch
im Hauptkörper
an seinem Ort arretiert ist, wobei der Einsatz im Verhältnis zum ersten
inneren Hohlraum derart angeordnet ist, dass ein Teil des Einsatzes,
der sich der Länge
nach über den
Hauptkörper
hinaus erstreckt, sich auch der Breite nach über im Wesentlichen den Gesamtbereich
einer gemeinsamen Grenze hinaus erstreckt, die zwischen dem Einsatz
und dem ersten inneren Hohlraum gebildet wird.
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Vorzugsweise ist der Einsatz aus
einer intern oxidierten Kupfer-Aluminium-Legierung gebildet. Vorzugsweise ist
der Hauptkörper
aus einem hochleitfähigen
Kupfer gebildet, beispielsweise einem silberhaltigen bzw. silberlegierten
Kupfer.
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Ebenfalls vorliegend beschrieben
wird eine Widerstandsschweißelektrode,
erzeugt durch ein Verfahren mit den Schritten: Bereitstellen eines
Barrens aus einem hochleitfähigen
Metall, wobei der Barren einen ersten Teil mit einem darin ausgebildeten
ersten, inneren Hohlraum umfasst; Einsetzen eines Einsatzes aus
dispersionsgehärtetem
Kupfer in den ersten, inneren Hohlraum des Barrens, wobei ein einsatzhaltiger
Barren gebildet wird; und Verformen des einsatzhaltigen Barrens,
derart, dass der Einsatz mechanisch an seinem Ort im Barren arretiert
ist. Der verformte, einsatzhaltige Barren stellt die Widerstandsschweißelektrode
dar.
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Dementsprechend ist es Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, preisgünstige Widerstandsschweißelektrode
und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen. Es ist weiterhin Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, eine Widerstandsschweißelektrode
mit einem Einsatz aus dispersionsgehärtetem Kupfer bereitzustellen,
der mechanisch in seiner Stellung innerhalb eines Hauptkörpers arretiert
ist, welcher seinerseits aus einem hochleitfähigen Metall gebildet ist.
Diese und andere Gegenstände
und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die 1A und 1B sind Ansichten, teilweise im Querschnitt
gezeigt, einer Presse, die so ausgestaltet ist, dass sie eine Widerstandsschweißelektrode
gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugen kann;
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2 ist
eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, einer zweiten Formstation,
die einen Barren zeigt, nachdem er in der zweiten Formstation mit
einem Einsatz versehen worden ist;
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3 ist
eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines Teils einer Werkzeuganordnung,
die einen Teil der zweiten Formstation bildet;
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4 ist
eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines Abstreifmechanismus', der ein Werkstück in der
vierten Formstation von einem Stempel abstreift;
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5 ist
eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, der vierten Formstation,
nachdem ein einsatzhaltiger Barren in eine zweite Form weiterverformt
wurde;
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6 ist
eine Seitenansicht eines abgeschnittenen Teils Kupferdraht; 7 ist eine im Querschnitt
gezeigte Seitenansicht eines Barrens;
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8 ist
eine im Querschnitt gezeigte Seitenansicht eines einsatzhaltigen
Barrens; 9 ist eine
Ansicht der Unterseite des in 8 gezeigten einsatzhaltigen
Barrens, der Einkerbungen im Barrenteil des einsatzhaltigen Barrens
zeigt;
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10 ist
eine Querschnitts-Ansicht des einsatzhaltigen Barrens, nachdem er
in der dritten Formstation in der in den 1A und 1B gezeigten
Presse erstmalig verformt wurde;
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11 ist
eine im Querschnitt gezeigte Ansicht des einsatzhaltigen Barrens,
nachdem dieser in der vierten Formstation in der in den 1A und 1B gezeigten Presse weiterverformt wurde;
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12 ist
eine im Querschnitt gezeigte Ansicht des einsatzhaltigen Blocks,
nachdem er in der fünften
Formstation in der in den 1A und 1B gezeigten Presse nochmals
verformt wurde;
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13 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Teils des in 10 gezeigten
einsatzhaltigen Barrens;
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14 ist
eine vergrößerte, im
Querschnitt gezeigte Ansicht eines Teils des in 11 gezeigten, einsatzhaltigen Barrens;
und
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15 ist
eine vergrößerte, im
Querschnitt gezeigte Ansicht eines Teils des in 12 gezeigten einsatzhaltigen Barrens.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG EINER AUSGESTALTUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird Bezug genommen auf
die 1A und 1B. Eine Presse 10 wird
bereitgestellt, die einen stationären Einbettungsteil 20 und
einen Kolbenteil 30 besitzt, der durch eine konventionelle Antriebsvorrichtung
(nicht gezeigt) relativ zum Einbettungsteil 20 vorwärts und
rückwärts bewegt
werden kann. Der Einbettungs- und der Stempelteil 20 und 30 umfassen
entsprechende erste und zweite Elektrodenformwerkzeuge 22 und 32,
die in einer ersten, einer zweiten, einer dritten, einer vierten
und einer fünften
Formstation 40, 50, 60, 70 und 80 angeordnet
sind. Benachbart zur ersten Formstation 40 befindet sich
eine übliche
Schneidstation 90. Ein Draht 92 aus hochleitfähigem Kupfer
wird der Schneidstation 90 zugeführt, wo er zur Verwendung bei
der Bildung von Widerstandsschweißelektroden 400, von
denen eine in 12 gezeigt
ist, in einzelne, im Wesentlichen zylindrische Abschnitte oder Teilstücke 94 zerschnitten
wird. Gängige
Arbeitstransportfinger 110 (nur in den
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1A, 1B, 2 und 5 schematisch dargestellt) sind
für den
Transport eines jeden der vereinzelten Abschnitte oder Teilstücke 94 aus
der Schneidstation 90 zur ersten Formstation 40 und
von der ersten Formstation 40 durch die restlichen Formstationen 50, 60, 70 und 80 vorhanden.
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Die erste Formstation 40 umfasst
eine Stauch- und Vorwärtsfließpress-Station,
in der das Teilstück
bzw. der Abschnitt 94 in einen Barren 100, siehe 7 mit einem ersten inneren
Hohlraum 102, überführt wird.
Die Formstation 40 umfasst ein stauchendes und vorwärtsfließpressendes
Werkzeug 42, das fest mit dem Einbettungsteil 20 verbunden
und damit stationär
ist. Das Werkzeug 42 umfasst einen inneren Hohlraum 44,
der an einem Ende 44a offen ist und einen inneren Durchmesser
aufweist, der im Wesentlichen einem äußeren Durchmesser des Barrens 100 gleich
ist. Das Werkzeug 42 umfasst auch einen formgebenden Stift 42a,
der axial innerhalb des inneren Hohlraums 44 angeordnet
ist und sich von einem dem genannten offenen Ende 44a des
inneren Hohlraums 44 gegenüber liegenden Ende in den genannten
inneren Hohlraum 44 erstreckt. Der Stift 42a besitzt
einen äußeren Teil
mit einem äußeren Durchmesser,
der im Wesentlichen einem inneren Durchmesser des ersten inneren
Hohlraums 102 des Barrens gleich ist.
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Die erste Formstation 40 umfasst
weiterhin einen Einsetzstift 46 und einen zur ersten Station
gehörigen
Stempel 48. Der Stempel 48 ist fest mit dem Kolbenteil 30 verbunden,
so dass er sich mit dem Kolbenteil 30 bewegt. Der Stift 46 erstreckt
sich durch eine Bohrung 48a im Stempel 48 und
ist mit Hilfe einer Feder 46a in Richtung des Werkzeugs 42 gespannt.
Wenn sich der Kolbenteil 30 in Richtung des Einbettungsteils 20 bewegt,
kommt der Einsetzstift 46 mit dem Abschnitt 94 in
Anlage, der mit Hilfe eines Paares der Arbeitstransportfinger 110 benachbart zum
Werkzeug 42 gehalten wird, und setzt den Abschnitt 94 in
den inneren Hohlraum 44 des Werkzeugs 42 ein.
Der Stempel 48 kommt dann mit dem Teilstück oder
Abschnitt 94 in Anlage und bringt einen ausreichenden Druck
auf den Abschnitt bzw. das Teilstück 94 auf, um ein
Vorwärtsfließpressen
des Teilstücks 94 über den
Stift 42a zu bewirken, so dass ein Barren 100 gebildet
wird, siehe 1B. Der
Barren 100 besitzt einen äußeren Durchmesser, der größer als
ein äußerer Durchmesser
des Teilstücks
oder Abschnitts 94 ist.
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Eine Auswurfhülse 49 ist um den
Stift 42a angeordnet und kann relativ zu dem Stift 42a bewegt werden.
Die Auswurfhülse
wirft den Barren 100 aus dem Werkzeug 42 heraus,
nachdem der Barren 100 gebildet wurde. In der dargestellten
Ausführungsform ist
ein Bodenteil 49a mit drei Stiften 49b (von denen nur
zwei in 1B gezeigt sind)
verbunden, die ihrerseits fest mit der Hülse 49 verbunden sind.
Der Bodenteil 49a und die drei Stifte 49b bewirken
die Bewegung der Hülse 49 zum
Auswerfen des Barrens 100 in Reaktion auf die Bewegung
einer Steuernocke (nicht gezeigt), die mit dem Bodenteil 49a zusammenwirkt.
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Die zweite Formstation 50 umfasst
einen Stempel 52, der unverschieblich am Kolbenteil 30 befestigt
ist, so dass er sich mit dem Kolbenteil 30 bewegt. Die
Formstation 50 umfasst weiterhin eine Werkzeuganordnung 54,
die mit dem Einbettungsteil 20 verbunden ist, siehe die 1B, 2 und 3.
Die Werkzeuganordnung 54 umfasst ein Werkzeug 55 mit
einem inneren Hohlraum 55a, einen Werkzeuglagerblock 56,
der relativ zum Einbettungsteil 20 bewegbar ist, und einen
Einsetzstift 57, der relativ zum Werkzeugblock 56 bewegt
werden kann. In der dargestellten Ausführungsform wird der Werkzeugblock 56 mit
Hilfe von drei Federn 56a (von denen nur eine in den 1B und 2 gezeigt ist) in Richtung des Druckstempels 52 vorgespannt.
Das Werkzeug 55 ist fest mit dem Werkzeugblock 56 verbunden,
so dass es sich mit dem Werkzeugblock 56 bewegt.
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Die Werkzeuganordnung 54 umfasst
weiterhin einen Zufuhrmechanismus 58 für die Einsätze, mit dem jeweils ein Einsatz 120 aus
dispersionsgehärtetem
Kupfer pro Zeiteinheit in den Pfad der Bewegung des Einsetzstiftes 57 eingegeben
werden kann, so das der Einsetzstift 57 einen Kupfereinsatz 120 in
einen ersten inneren Hohlraum 102 eines Barrens 100 einsetzt,
wobei ein einsatzhaltiger Barren 100a gebildet wird, der
als Einzelstück
in 8 gezeigt ist. Der
Einsatz-Zufuhrmechanismus 58 umfasst einen Zufuhrkanal 59,
in dem sich einen Mehrzahl von Einsätzen 120 befindet.
Die Einsätze 120 werden
mit einer Aufgabevorrichtung (nicht gezeigt) in den Kanal 59 eingebracht.
Der Zufuhrkanal 59 erstreckt sich durch eine Bohrung 20a,
die in einem fest mit dem Einbettungsteil 20 verbundenen
Lagerblock 20b angeordnet ist. Der Zufuhrkanal 59 kann
sich in der Bohrung 20a bewegen. Der Kanal 59 erstreckt sich
auch durch eine erste Bohrung 56b im Lagerblock 56 und
ist fest mit dem Lagerblock 56 verbunden, so dass er sich
mit diesem bewegt. Ein distales Ende 59a des Kanals 59 endet
derart an einem die Einsätze
aufnehmenden Kanal 56c im Werkzeugblock 56, dass
der Kanal 59 Einsätze 120 an
den Kanal 56c abgibt.
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Der Zufuhrmechanismus 58 umfasst
weiterhin einen hin- und herbewegbaren Stift 130, der sich in
den Kanal 56c erstreckt. Eine Feder 132 spannt den
Stift 130 in Richtung eines äußeren, feststehenden Elements 134,
das einen Teil der unteren Werkzeuganordnung 54 darstellt.
Der Stift 130 besitzt eine äußere Oberfläche 130a, die so angepasst
ist, dass sie mit einer äußeren Nockenoberfläche 134a des feststehenden
Elements 134 in Anlage kommt, siehe 3. Bei einer nach unten gerichteten Bewegung des
Werkzeugblocks 56 bewegt sich die äußere Oberfläche 130a des Stifts 130 derart
entlang der äußeren Nockenoberfläche 134a des
feststehenden Elements 134, dass der Stift 130 gegen
die Kraft der Feder 132 nach innen geschoben wird. Wenn
sich der Stift 130 nach innen bewegt, drückt er zwei
im Kanal 56c befindliche Einsätze 120 in Richtung
der Bewegungsbahn des Einsetzstifts 57, derart, dass einer
der Einsätze 120 in
die Bewegungsbahn des Stifts 57 gelangt und der andere
Einsatz 120 innerhalb des Kanals 56c von einer
ersten Position in eine zweite Position befördert wird. In 2 ist der Stift 130 in seiner
Ausgangsstellung gezeigt, wobei sich der einzige Einsatz 120 in
Kanal 56c in der zweiten Einsetzposition befindet. 3 zeigt den Kanal 56c, nachdem
ein Einsatz 120 über
den Zufuhrkanal 59 in den Kanal 56c eingebracht
wurde, so dass sich im Kanal 56c in den beiden Positionen,
der ersten und der zweiten, zwei Einsätze 120 befinden.
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Wenn sich der Kolbenteil 30 in
Richtung des Einbettungsteils 20 bewegt, kommt der Druckstempel 52 mit
dem Barren 100 in Anlage, der mit Hilfe eines Paares der
Arbeitstransportfinger 110 benachbart zum Werkzeug 55 gehalten
wird, und setzt den Barren 100 in das Werkzeug 55 ein.
Ein Druckstempel-Kupplungsblock 53 ist fest mit dem Kolbenteil 30 verbunden,
so dass er sich mit diesem bewegt. Der Druckstempel-Kupplungsblock 53 bewegt
sich mit dem Stempel 53 in Richtung des Einbettungsteils 20 und
kommt zur Anlage mit dem Werkzeugblock 56, um den Werkzeugblock 56 gegen
die Kraft der Federn 56a nach innen zu bewegen, bis der
Werkzeugblock 56 an den Lagerblock 56b anstößt. Wenn
der Barren 100 mit Hilfe des Druckstempels 52 bis
zum Boden des inneren Hohlraums 55a des Werkzeugs bewegt
wurde, wird der Einsetzstift 57 über die Bewegung einer Steuernocke
(nicht gezeigt), die an einem Basisteil 57a des Stifts 57 angreift,
veranlasst, sich in Richtung des Stempels 52 zu bewegen.
Wenn sich der Stift 57 in Richtung des Stempels 52 bewegt, schiebt
er einen Einsatz 120, der vom Stift 130 in seine
Bewegungsbahn eingebracht wurde, in den ersten inneren Hohlraum 102 des
im Werkzeug 55 befindlichen Barrens 100, wodurch
ein einsatzhaltiger Barren 100a gebildet wird, siehe B. Vorzugsweise wird der Einsatz 120 vollständig in
den Barren 100 eingesetzt, bevor der Barren 100 den
Boden des inneren Hohlraums 55a des Werkzeugs erreicht
und mit dem Werkzeugblock 56 in Kontakt kommt.
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Eine Oberfläche des Werkzeugblocks 56,
die vom Werkzeug 55 rundherum umschlossen ist, ist mit drei
Kerbstiften (nicht gezeigt) ausgestattet. Der Stempel 52 bringt
einen ausreichenden Druck auf den Barren 100 auf, so dass
die Kerbstifte drei Einkerbungen 100c in einer unteren
Oberfläche 100b des
Barrens 100 ausbilden, siehe 9.
Der Kerbvorgang bewirkt das Verschieben einer solchen Metallmenge
im Barren 100, dass dies ausreicht, um den Einsatz 120 zeitweilig
im Barren 100 zu halten, wenn der Barren 100 aus
der zweiten Formstation 50 heraus und in die dritte Formstation 60 eingebracht wird.
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Wenn der Stempel 52 aus
dem Werkzeug 55 zurückgezogen
wird, wird der Stift 57 weiter in Richtung des Stempels 52 heraus
geschoben, so das er den einsatzhaltigen Barren 100a aus
dem Werkzeug 55 auswirft, siehe 2. Der Stift 57 wird mit Hilfe
einer Feder 57b, die sich um den Stift 57 herum
befindet und zwischen dem Werkzeugblock 56 und dem Basisteil 57a des
Stifts 57 eingespannt ist, in seine Ruhestellung zurückgeführt. Weiterhin
wird der Werkzeugblock 56 mit Hilfe der Federn 56a in
seine in 2 gezeigte
Ruhe- oder Ausgangsstellung bewegt.
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Aus der zweiten Formstation 50 wird
der einsatzhaltige Barren 100a zur dritten Formstation 60 geführt, wo
er erstmalig verformt und damit in seine erste Form gebracht wird.
Die dritte Formstation 60 umfasst ein erstes Werkzeug 62 mit
einem inneren Hohlraum 64, das den einsatzhaltigen Barren
verformt. Der innere Hohlraum 64 besitzt einen allgemein
zylindrischen oberen Teil 64a und einen allgemein gerundeten
unteren Teil 64b. Die dritte Formstation 60 umfasst
darüber
hinaus einen Druckstempel 68, der derart mit dem Kolbenteil 30 verbunden ist,
dass er sich mit diesem bewegt.
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Die dritte Formstation 60 umfasst
weiterhin einen beweglichen Führungs-
und Auswurfstift 66, der über die Bewegung einer (nicht
gezeigten) Steuernocke, die an einem Basisteil 66a des
Stifts 66 angreift, in den inneren Hohlraum 64 bewegt
werden kann. Ein erstes und ein zweites Polymer-Halteelement 69 greifen
reibschlüssig
am Basisteil 66a des Stifts an und halten den Stift 66 in
seiner ausgefahrenen Position, so dass er als Führung für den einsatzhaltigen Barren 100a dienen
kann, wenn dieser zur Verformung in den inneren Hohlraum 64 des
Werkzeugs gebracht wird. Die Halteelemente 69 sind über Federn 69 gegen
den Basisteil 66a des Stifts gespannt, wobei die Federn
ihrerseits von Einstellschrauben 69b verstellbar gehalten
werden.
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Wenn sich der Kolbenteil 30 in
Richtung des Einbettungsteils 20 bewegt, kommt der Stempel 66 mit
dem einsatzhaltigen Barren 100a in Kontakt, der über ein
Paar der Arbeitstransportfinger 110 benachbart zum Werkzeug 62 gehalten
wird, und setzt den einsatzhaltigen Barren 100a in das
Werkzeug 62 ein. Der Stift 66, der sich in seiner
ausgefahrenen Stellung befindet, bevor der einsatzhaltige Barren 100a in das
Werkzeug 62 eingesetzt wird, bewegt sich mit dem einsatzhaltigen
Barren 100a nach unten und fungiert als Führung für den einsatzhaltigen
Barren 100a, wenn er zum Zwecke des Verformens in den inneren
Hohlraum 64 des Werkzeugs eingebracht wird.
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Der Druckstempel 68 bringt
einen ausreichenden Druck auf den einsatzhaltigen Barren 100a auf,
so dass dieser unter Ausbildung einer ersten Form erstmalig verformt
wird. Ein einsatzhaltiger Barren 200 mit einer ersten Form
ist in den 1A, 10 und 13 gezeigt. Der Einsatz 120 des
einsatzhaltigen Barrens 100a ist duktil bzw. fließfähig genug,
um bei der in der Station 60 durchgeführten Kaltverarbeitung mit
dem Kupferbarren 100 zu fließen. Dies führt dazu, dass der erstmalig
verformte einsatzhaltige Barren 200 einen Einsatz 220 mit
einem erstmalig verformten Zentralteil 220a besitzt, siehe 13. Darüber hinaus verformt der Druckstempel 68 einen
zweiten Teil 100d des Barrens 100 derart, dass
der anfänglich verformte
einsatzhaltige Barren 200 in seinem zweiten Teil 200b eine
schwach ausgeprägte
Vertiefung 200c besitzt.
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Wenn der Verformungsvorgang abgeschlossen
ist, wirft der Stift 66 den einsatzhaltigen Barren 200 aus
dem Werkzeug 62 heraus.
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Aus der dritten Formstation 60 wird
der einsatzhaltige Barren 200 in die vierte Formstation 70 überführt, wo
er weiterverformt wird, so dass er eine zweite Form annimmt, siehe 11 und 14. Die vierte Formstation 70 umfasst
ein zweites Werkzeug 72 zur Formgebung des einsatzhaltigen
Blocks, das einen inneren Hohlraum 74 besitzt. Der innere
Hohlraum 74 besitzt einen allgemein zylindrischen oberen Teil 74a und
einen allgemein gerundeten unteren Teil 74b. Die vierte
Formstation 70 umfasst weiterhin einen Druckstempel 78,
der mit dem Kolbenteil 30 verbunden ist, derart, dass er
sich mit diesem bewegt.
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Die vierte Formstation 70 umfasst
außerdem einen
bewegbaren Führungs-
und Auswurfstift 76, der über die Bewegung einer (nicht
gezeigten) Steuernocke, die an einem Basisteil 76a des
Stifts 76 angreift, in den inneren Hohlraum 74 eingeführt werden kann.
Ein erstes und ein zweites Polymer-Halteelement 79 greifen
reibschlüssig
am Basisteil 76a des Stifts an, um den Stift 76 in
seiner ausgefahrenen Position zu halten, so dass er als Führung für den einsatzhaltigen
Barren 200 dienen kann, wenn dieser zur Verformung in den
inneren Hohlraum 74 des Werkzeugs gebracht wird. Die Halteelemente 79 sind über Federn 79 gegen
den Basisteil 76a des Stifts gespannt, wobei die Federn
ihrerseits von Einstellschrauben 79b verstellbar gehalten
werden.
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Wenn sich der Kolbenteil 30 in
Richtung des Einbettungsteils 20 bewegt, kommt der Stempel 78 mit
dem einsatzhaltigen Barren 200 in Kontakt, der über ein
Paar der Arbeitstransportfinger 110 benachbart zum Werkzeug 72 gehalten
wird, und setzt den einsatzhaltigen Barren 200 in das Werkzeug 72 ein. Der
Stift 76, der sich in seiner ausgefahrenen Stellung befindet,
bevor der einsatzhaltige Barren 200 in das Werkzeug 72 eingesetzt
wird, bewegt sich mit dem einsatzhaltigen Barren 200 nach
unten und fungiert als Führung
für den
einsatzhaltigen Barren 200 in den Hohlraum 74 des
Werkzeugs.
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Der Druckstempel 78 bringt
einen ausreichenden Druck auf den einsatzhaltigen Barren 200 auf,
während
sich dieser im Werkzeug 72 befindet, so dass der einsatzhaltige
Barren 200 weiterverformt wird und dabei eine zweite Form
annimmt. Ein einsatzhaltiger Barren 300 mit einer zweiten
Form ist in den 11 und 14 gezeigt. Der Einsatz 220 des
einsatzhaltigen Barrens 200 fließt mit dem Kupferbarren 200a während des
Kaltbearbeitungs-Vorgangs, der in der Station 70 abläuft. Dies
führt dazu,
dass der weiterverformte, einsatzhaltige Barren 300 einen
Einsatz 320 mit einem weiterverformten Mittelteil 320a besitzt.
Wie oben erwähnt,
wird der Mittelteil des Einsatzes innen um einen anfänglichen
Betrag verformt, während
er sich in der dritten Formstation 60 befindet. Weiterhin
findet in der Station 70 das Rückwärtsfließpressen des zweiten Teils 200b des
Barrens 200a über
den Stempel 78 statt. Dies führt dazu, dass der einsatzhaltige
Barren 300 einen zweiten inneren Hohlraum 300c in
seinem zweiten Teil 300b aufweist.
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Ein Stripperwerk bzw. Auswurfmechanismus 170 ist
für das
Auswerfen des einsatzhaltigen Barrens 300 vom Druckstempel 78 vorgesehen,
wenn der Stempel 78 vom Werkzeug 72 zurückgezogen wird,
siehe 4 und 5. Das Stripperwerk bzw.
der Auswurfmechanismus 170 umfasst ein das Werkstück aufnehmendes
Element 172, das um den Stempel 78 herum angeordnet
ist und relativ zum Stempel 78 bewegt werden kann. Das
aufnehmende Element 172 ist fest mit einem hin- und herbewegbaren
Stripperwerk- bzw. Auswurfelement 174 verbunden, das seinerseits
fest mit zwei Stangenelementen 176, einem ersten und einem
zweiten, verbunden ist. Federn 177 sind rund um die Stangenelemente 176 angeordnet
und zwischen verbreiterten Teilen 176a der Stangenelemente 176 und
einem rückspringenden
Teil 177a eines Blockelementes 177b eingespannt, das fest
mit dem Kolbenteil 30 verbunden ist, derart, dass es sich
mit diesem bewegt. Die Stangenelemente 176 sind fest mit
einem Stifte aufnehmenden Element 178 verbunden und erstrecken
sich durch das Blockelement 177b.
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Wenn der Vorgang der Kaltbearbeitung
in Station 70 abgeschlossen ist, kommt ein Stift 179, der über eine
Steuernocke (nicht gezeigt) in der in 4 gezeigten
Position gehalten wird, mit dem die Stifte aufnehmenden Element 178 in
Anlage, derart, dass das aufnehmende Element 172 in Kontakt
mit dem einsatzhaltigen Barren 300 kommt und ihn vom Stempel 78 abstreift,
wenn der Stempel 78 aus dem Werkzeug 72 zurückgezogen
wird, siehe 4. Wenn
der Stempel 78 eine ausreichende Wegstrecke weg vom Werkzeug 72 zurückgelegt
hat, so dass der einsatzhaltige Barren 300 vom Stempel 78 entfernt ist,
wird der Stift 179 mit Hilfe der Steuernocke in die in 5 gezeigte Stellung bewegt,
so dass die Federn 177 das aufnehmende Element 172 in
seine Ruhestellung zurückbringen.
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Wenn der Formungsvorgang abgeschlossen ist,
wirft der Stift 76 den einsatzhaltigen Barren 300 aus
dem Werkzeug 72, siehe 5.
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Aus der vierten Formstation 70 wird
der einsatzhaltige Barren 300 zur fünften Formstation 80 bewegt,
wo er nochmals verformt wird, und zwar zu einer dritten Form, bei
der es sich um die endgültige Gestalt
der Widerstandsschweißelektrode 400 handelt,
siehe 12 und 15. Die fünfte Formstation 80 umfasst
ein drittes Werkzeug 82 zur Verformung eines einsatzhaltigen
Blocks, das einen inneren Hohlraum 84 besitzt. Der innere
Hohlraum 84 besitzt einen allgemein zylindrischen oberen
Teil 84a und einen allgemein gerundeten unteren Teil 84b.
Die fünfte
Formstation 80 umfasst weiterhin einen Druckstempel 88,
der derart mit dem Kolbenteil 30 verbunden ist, dass er
sich mit diesem bewegt.
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Die fünfte Formstation 80 umfasst
außerdem einen
bewegbaren Führungs-
und Auswurfstift 86, der über die Bewegung einer (nicht
gezeigten) Steuernocke, die an einem Basisteil 86a des
Stifts 86 angreift, in den inneren Hohlraum 84 eingeführt werden kann.
Ein erstes und ein zweites Polymer-Halteelement 89 greifen
reibschlüssig
am Basisteil 86a des Stifts an, um den Stift 86 in
seiner ausgefahrenen Position zu halten, so dass er als Führung für den einsatzhaltigen
Barren 300 dienen kann, wenn dieser zur Verformung in den
inneren Hohlraum 84 des Werkzeugs gebracht wird. Die Halteelemente 89 sind über Federn 89a gegen
den Basisteil 86a des Stifts gespannt, wobei die Federn
ihrerseits von Einstellschrauben 89b verstellbar gehalten
werden.
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Wenn sich der Kolbenteil 30 in
Richtung des Einbettungsteils 20 bewegt, kommt der Stempel 88 mit
dem einsatzhaltigen Barren 300 in Kontakt, der über ein
Paar der Arbeitstransportfinger 110 benachbart zum Werkzeug 82 gehalten
wird, und setzt den einsatzhaltigen Barren 300 in das Werkzeug 82 ein. Der
Stift 86, der sich in seiner ausgefahrenen Stellung befindet,
bevor der einsatzhaltige Barren 300 in das Werkzeug 82 eingesetzt
wird, bewegt sich mit dem einsatzhaltigen Barren 300 nach
unten und fungiert als Führung
für den
einsatzhaltigen Barren 300 in den Hohlraum 84 des
Werkzeugs.
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Der Druckstempel 88 bringt
genügend
Kraft auf den einsatzhaltigen Barren 300 auf, dass dieser zusätzlich verformt
wird, und zwar in eine dritte Form. Ein einsatzhaltiger Barren 400 mit
einer dritten Form ist in den 12 und 15 dargestellt und bildet
die Widerstandsschweißelektrode
der vorliegenden Erfindung. Der Einsatz 320 des weiterverformten
einsatzhaltigen Barrens 300 fließt mit dem Kupferblock 300a während des
Kaltbearbeitungs-Vorgangs, der in Station 80 abläuft. Dies
führt dazu,
dass der zusätzlich verformte,
einsatzhaltige Barren 400 einen Einsatz 420 mit
einem Mittelteil 420a aufweist, der innenseitig um einen
weiteren Betrag verformt wurde, siehe 15.
Nachdem er während
den Kaltbearbeitungs-Vorgängen
in den Stationen 60, 70 und 80 verformt
wurde, besitzt der Einsatz 420 demzufolge die Gestalt eines
Hyperboloids und ist als solches mechanisch an seinem Ort innerhalb
des Barrens 400a arretiert. Der Barren 400a besitzt
einen ersten inneren Hohlraum 421 mit einer Form, die der
des Einsatzes 420 gleicht. Außerdem erfolgt in Station 80 das Prägen des
zweiten Teils 300b des Barrens 300a mit Hilfe
des Druckstempels 88. Dadurch besitzt die Elektrode 400 einen
inneren Hohlraum 400c, der mit einem gestuften Teil 400d versehen
ist. Außerdem besitzt
der zweite Teil 400b einen abgeschrägten Fuß- oder Schürzenteil 400e.
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Der Block 400a wird vorliegend
auch als Hauptkörper
der Elektrode 400 bezeichnet.
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Wenn der Druckstempel 88 aus
dem Werkzeug 82 herausgezogen worden ist, wirft ein Stripperwerk
bzw. Auswurfmechanismus 170, der in der gleichen Weise
aufgebaut ist wie das Stripperwerk oder der Auswurfmechanismus 170,
das/der in den 4 und 5 gezeigt und oben beschrieben
ist, den einsatzhaltigen Barren 400 vom Druckstempel 88,
wenn sich der Druckstempel 88 weg vom Werkzeug 82 bewegt. Der
Stift 86 wirft dann die Elektrode 400 aus dem Werkzeug 82.
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Vorzugsweise besteht der Kupferdraht 92 aus
einem silberhaltigen oder silberlegierten Kupfer CDA C10700 oder
einem silberhaltigen oder silberlegierten Kupfer CDA C10500. Alternativ
kann ein anderes Metall verwendet werden, das elektrisch hoch leitfähig und
im Wesentlichen unterhalb von etwa 900°F (482°C) glüh- oder temperbeständig ist. Die Einsätze 120 werden
vorzugsweise aus einem dispersionsgehärteten Kupfer wie beispielsweise
GlidCop® Al-25
oder GlidCop® AL-60
hergestellt, das im Handel von SCM Metal Products, Inc. erhältlich ist. Dispersionsgehärtetes Kupfer
ist beständig
gegen Anstauchen oder einer „pilzförmigen Verformung" (Flachrundverformung)
während
der Schweißzyklen und
widersteht darüber
hinaus einem Verkleben an galvanisierten und beschichteten Stählen. Natürlich kann
der Einsatz 120 aus anderen Materialien gebildet werden,
die beständig
gegen ein Verkleben und eine Pilzverformung sind.
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Der abgeschrägte Fuß- oder Schürzenteil 400e ist
so ausgeformt, dass er auf den Arm eines gängigen Roboterschweißgeräts passt.
Die Elektrode 400 ist so ausgestaltet, dass sie durch den
zweiten Hohlraum 400c wassergekühlt werden kann. Der Nasenteil 400f der
Elektrode 400 ist so ausgestaltet, dass er während eines
Widerstandsschweiß-Vorgangs
an einem Werkstück
zur Anlage gebracht werden kann.
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Während
der Kaltverarbeitungs-Vorgänge, die
in den Stationen 60, 70 und 80 durchgeführt werden,
wird der Einsatz in einem komprimierten, d. h. mechanisch zusammengedrückten Zustand
gehalten. Dies ist wichtig, weil dispersionsgehärtetes Kupfer relativ brüchig ist
und brechen kann, wenn es unter Spannung gerät.
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Es ist weiterhin ins Auge zu fassen,
dass die Elektrode 400 spanend bearbeitet werden kann, nachdem
sie in der Presse 10 geformt wurde.
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Nachdem die Erfindung im Einzelnen
und unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausgestaltung beschrieben
wurde, sollte klar sein, dass Abweichungen und Veränderungen
möglich
sind, ohne den Rahmen der Erfindung wie in den Ansprüchen definiert
zu verlassen.