DE8222402U1

DE8222402U1 - Elektrodenrolle für das Rollnahtschweißen

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Publication number: DE8222402U1
Application number: DE19828222402
Authority: DE
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1982-08-07
Filing date: 1982-08-07
Publication date: 1982-12-09

Description

Beschreibung:

Dieses Gebrauchsmuster offenbart eine Elektrodenrolle für das elektrische Rollnahtschweißen mit neuartigem Aufbau.

Es sind Elektrodenrollen für das Rollnahtschweißen .bekannt, welche massiv aus niedrig legierten, aushärtbaren Kupferwerkstoffen wie Kupfer-Chrom, Kupfer-Chrom-Zirkon oder Kupfer-Kobalt-Beryllium bestehen. Derartige Elektrodenrollen besitzen für das RoIlnahtschweißen zwar eine hinreichend hohe elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, sind aber hohem Abbrand und Verschleiß unterworfen. Um den Abbrand und den Verschleiß der Elektrodenrollen zu verringern, ist bereits vorgeschlagen worden, die Elektrodenrollen massiv aus einem Durchdringungsverbundwerkstoff aus einem hochschmelzenden Metall wie Wolfram und aus einem niedriger schmelzenden, aber hohe elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall wie Kupfer herzustellen. Dazu wird zunächst pulvermetallurgisch ein poröses Gerüst aus Wolfram mit einem geringen Zusatz an Nickel (größenordnungsmässig7i %1 hergestellt und anschließend mit Kupfer getränkt; zu diesem Zweck legt man auf das Wolframgerüst eine seinem Porenvolumen entsprechende Menge des Tränkmetalls auf und erhitzt beides im Vakuum oder urter Schutzgas über die Schmelztemperatur des Tränkmetalls, sodaß dieses schmelzflüssig wird

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und in das poröse Gerüst eindringt. Derartige Elektrodenrollen zeigen zwar einen verminderten Abbrand und Verschleiß, doch i'st nachteilig, daß 3ie einen erheblich höheren elektrischen Widerstand besitzen als massiv aus niedrig legierten Kupferwerkstoffen bestehende EJektrodenrollen, was zu einer unerwünscht starken Wärmebelastung der Elektroden führt; ferner ist nachteilig, daß die Elektrodenrollen an verschiedenen Stellen des Umfangs unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten aufweisen. Dies hat seihe Ursache darin, daß der Tränkwerkstoff beim Tränkvorgang nicht ■ gleichzeitig in allen Richtungen in das Gerüst eindringt und dadurch eine ungleichmäßige Verteilung des sich im Tränkmetall lösenden und

dessen elektrische Leitfähigkeit herabsetzenden |

Netzhilfsmittels (z.B. Nickel )ίbewirkt.

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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, (DE-OS 19 14 424 und DE-OS 16 15 420) ^ zur Herstellung abbrandfester Elektrodenrollemauf einen Kupferkern eine relativ dünne Schicht aus Wolfram oder einer Wolframlegierung durch Flammspritzen aufzutragen. Auf diese Weise befindet sich das abbrandfeste Material nur in einer relativ dünnen Oberflächenschicht und die radialen Stromwege verlaufen überwiegend durch den Kupferkern der Rolle, sodaß der elektrische Widerstand einer solchen Elektroden-

rolle kleiner ist als der elektrische Widerstand einer gleich großen Elektrodenrolle aus Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoff. Nachteilig ist jedoch der hohe Preis einer durch Flammspritzen beschichteten Elektrodenrolle. Außerdem können an der Grenze zwischen dem Kupferkern und der abbrandfesten Deckschicht größere und von Ort zu Ort wechselnde Übergangswiderstände auftreten, was unerwünscht ist. Weiterhin ist verfahrensbedingt die Deckschicht nur sehr dünn und hat daher sehr begrenzte Lebensdauer.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine preiswert herstellbare Elektrodenrolle zu schaffen, die dem elektrischen Strom einen verhältnismässig geringen und zwischen der Rollenachse und dem Rollenumfang an allen Stellen des Umfangs gleichmäßigen Widerstand bietet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrodenrolle mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Durch die Ausbildung des abbrandfesten und verschleißarmen Werkstoffs als Ring, welcher den Mantel der Elektrodenrolle bildet, wird wie beim Erzeugen einer abbrandfesten Schicht durch Flammspritzen der abbrandfeste Werkstoff nur dort angeordnet, wo er wirklich benötigt wird, nämlich an der Peripherie der Elektrodenrolle. Die radialen Strompfade verlaufen daher überwiegend durch den aus Werkstoff hoher Leitfähigkeit bestehenden Kern der

Elektrodenrolle, sodaß der elektrische Widerstand, den die Elektrodenrolle dem Schweißstrom insgesamt bietet, um eine Mehrfaches 'kleiner Jnt. als sie Rollen aufweisen, die ganz aus hochverschleißfesten Werkstoffen ausgeführt sind. Die Ausbildung .des Rings als Druchdringungsverbundwerkstoff aus einem hochschmelzenden Gerüst, i-jelches in an sich bekannter Weise pulvermetallurgisch hergestellt wird, und aus einem niedriger schmelzenden, elektrisch gut leitfähigen Tränkmetall, sowie die Ausbildung des Kerns im Innenraum des Rings aus demselben Tränkmetall ermöglicht einerseits eine preiswerte Herstellung der Elektrodenrolle und gewährleistet andererseits eine homogene Verbindung zwischen dem Ring und dem Kern, sodaß Probleme mit größeren und wechselnden Übergangswiderotänden zwischen Ring und Kern nicht auftreten.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrodenrolle soll nach dem Verfahren des Überschußtränkens erfolgen. Dazu wird zunächst ein aus entsprechenden Pulvern gepresster poröser Ring aus dem Gerüstwerkstoff in eine Form aus Graphit oder feuerfester Keramik eingelegt, wobei der Innendurchmesser des Formenhohls dem Aussendurchmesser des Rings entspricht und die Tiefe des Formenhohls wenigstens gleich der Breite des Rings ist. In den vom Boden der Form und der Innenfläche des Rim;.", begrenzten Raum wird eine solche Menge an Tränkwer'<.~tof f oing ^ ΓΓη ^Ί t im·' aufgehäuft, wie zur vollständigen Tränkung ^ es R.i.ngs und zur Ausbildung das massiven Kerns der F.lektrodenrolle nötig ist.

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Die so gefüllte Form wird in einen Ofen eingebracht und im Vakuum oder unter Schutzgas auf eine Temperatur erhitzt, bei der der Tränkwerkstoff, nicht aber der Gerüstwerkstoff schmilzt. ) Das schmelzflüssige Tränkmetall füllt den Innen- f raum des Rings und durchdringt und füllt gleich- | zeitig von Innen nach Außen fortschreitend dessen S Poren, ohne eine ungleichmäßige Verschleppung I eines ggfs. dem Gerüst zugesetzten Benetzungs- ξ

hilfsmittel (üblicherweise Nickel) zu bewirken. *

Anschließend läßt man das schmelzflüssige Tränk- |

metall erstarren und erhält so einen Rohling einer \

Elektrodenrolle, der bei maßgerechter Auslegung j

des Rings und der Tränkform nur noch einer gering- ?

fügigen und wenig arbeitsaufwendigen spanenden Nachbearbeitung bedarf. Im Prinzip lassen sich

auf diese Weise Elektrodenrollen beliebigen ι

Durchmessers und beliebiger Arbeitsbreite her- |

stellen. |

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Die Wahl der Dicke des Rings ist ein Kompromiß ',

zwischen einer möglichst langen Lebensdauer einer- f.

seits und möglichst geringem elektrischen Wider- Ij

stand andererseits. Bei sehr dünnem Ring wird der ,

Widerstand praktisch ausschließlich vom Kern |

bestimmt, doch ist die Lebensdauer der Elektroden- fj

des Rings < > rolle wegen der geringen Dicke/nicht sonderlich

hoch. Mit zunehmender Dicke des Rings steigt die ■

Lebensdauer der Elekrtrodenrolle, gleichzeitig jedoch auch ihr Widerstand. In der Praxis wird die Dicke des Ringes zumeist zwischen 10 mm und 20 mm liegen.
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Als Werkstoffe für das Gerüst des zu einem Ring geformten Durchdringungsverbundwerkstoffs eignen sich außer Wolfram vor allem Molybdän, Molybdänkarbid und Wolframkarbid. Im Falle von Molybdänkarbid und Wolframkarbid enthält das Gerüst noch vorzugsweise bis zu 15 Gew.-% Kobalt als Bindemittel. Das Verhältnis zwischen Tränkmetall und Gerüstwerkstoff im Ring kann in weiten Grenzen variiert werden. Das Optimum liegt bei einem Anteil des Gerüstwerkstoffes zwisehen 70 Ga/.-% und 90 Gew.-% . Ein Anteil des Gerüstwerkstoffes von nur 50 Gew.-% ist aber durchaus noch realisierbar.

Als Tränkwerkstoffe, zugleich Kernwerkstoffe der Elektrodenrolle kommen außer Kupfer auch Silber (bei hohen Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit), Legierungen von Silber mit Kupfer, sowie niedrig legierte Kupferlegierungen, insbesondere aushärtbare Kupferlegierungen wie Kupfer-Chrom-Zirkon oder Kupfer-Chrom oder Kupfer-Kobalt-Beryllium infrage, wenn durch die Elektrodenrolle hohe mechanische Kräfte übertragen können werden sollen.

Die beigefügte schematische Zeichnung zeigt im Schnitt rechtwinklig zur Rollenachse den prinzipiellen

Aufbau einer Elektrodenrolle bestehend aus einem Kern 1 aus einem hochleitfähigen metallischen Werkstoff und einem daran anschließenden Ring 2, der aus einem hochschmelzenden porösen Gerüst besteht, welches mit demselben Werkstoff getränkt ist, aus dem auch der Kern 1 besteht, welcher durch den bei der Tränkung des Gerüsts verbleibenden Überschuß des Tränkwerkstoffs gebildet ist. Der Kern 1 kann abweichend von der Zeichnung auch eine zentrale Ausnehmung besitzen.

Claims

DR. RUDOLF BAUER · D!PLVaNGI HELMUT HUBBUCH DIPL. PHYS. ULRICH TWELMEIER WESTLICHE 29-31 (AM LEOPOLDPLATZI D-7530 PFORZHEIM (WEST-GERMANY) * (O 72 31) IO 22 90/70 -TELEGRAMME: PATMAflK 22. Juli 1982 III/Be DODUCO KG Dr. Eugen Dürrwächter, 7530 Pforzheim Elektrodenrolle für das Rollnahtschweißen Schutzansprüche:

1. Elektrodenrolle für das Rollnahtschweißen,

welche an ihrem Umfang aus einem Durchdringungsverbundwerkstoff besteht, der durch Tränkung eines hochschmelzenden, insbesondere aus Wolfram bestehenden Gerüstes mit einem metallischen Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wie z.B. Kupfer gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Durchdringungsverbundwerkstoff ein Ring (2) gebildet ist, dessen Innenraum zur Bildung eines massiven Kerns (1) der Elektrodenrolle mit dem Tränkwerkstoff ausgefüllt ist.

2. Elektrodenrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus einem Überschuß des Tränkwerkstoffs besteht.

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3. Elektrodenrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerüst des

Durchdringungsverbundwerkstoffs alternativ zum Wolfram aus Molybdän, Molybdänkarbid oder Wolframkarbid besteht.

4. Elektrodenrolle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerüst des Durchdringungsverbundwerkstoffs aus Wolframkarbid oder Molybdänkarbid und bis zu 15 Gew.-% Kobalt besteht.

5. Elektrodenrolle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das

Gerüst des Durchdringungsverbundwerkstoffes geringe Mengen eines die Benetzung des Gerüstes durch den Tränkwerkstoff fördernden Zusatzstoffes, insbesondere Nickel enthält.

6. Elektrodenrolle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (2) zu 70 Gew.-% bis 90 Gew.-% ·*"■= dem Gerüstwerkstoff besteht.

7. Elektrodenrolle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tränkwerkstoff alternativ zum Kupfer aus Silber oder aus einer aushärtbaren Kupferlegierung wie Kupfer-Silber, Kupfer-Chrom, Kupfer-Chrom-Zirkon, Kupfer-Kobalt-Beryllium besteht.