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Werkzeug zum Verbinden zweier Teile aus kaltschweißbarem Metall durch
Kaltpreßschweißung unter gleichzeitiger Verformung des einen Teiles oder beider
Teile Die Erfindung betrifft die Verbindung zweier Teile aus kaltschweißbarem Nietall
unter gleichzeitiger Verformung des einen oder beider Teile. Insbesondere betrifft
sie das zur Ausführung einer derartigen Verbindung bestimmte Werkzeug.
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Es ist bekannt, zwei Teile aus Aluminium dadurch zu verbinden, daß
sie in kaltem Zustand in eine etwa auf Dunkelrotglut erhitzte Form gelegt und dann
zusammengepreßt werden. Da eine auf Dunkelrotglut erhitzte Form eine Temperatur
von etwa 7oo° hat, werden die eingelegten Aluminiumteile so stark erwärmt, daß es
möglich ist, beide Teile mit einem verhältnismäßig geringen Preßdruck bei gleichzeitiger
Verformung miteinander zu verbinden. Bei dieser Verformung handelt es sich jedoch
um eine solche, die mit dein Schweißvorgang ohne weiteres verbunden ist. Keineswegs
handelt es sich dabei um eine Kaltschweißung.
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Die Erfindung soll nun insbesondere dazu dienen, beim Kaltpreßschweißen
zweier Teile an einem Teil
einen Vorsprung etwa in Form eines Kontaktes
an einem Kontakthebel durch Verformung während der Kaltschweißung herzustellen.
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Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß ein Werkzeug zur Ausführung vonKaltpreßschweißungen
so ausgebildet, daß außer der die Kaltpreßschive-ißung bewirkenden Preßfläche an
der Druckseite des Stempels eine Ausnehmung vorgesehen ist, die so angeordnet und
gestaltet ist, daß sie den durch den Schweißdruck verdrängten Werkstoff unter gleichzeitig
erfolgender Verformung aufnehmen kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des
Werkzeuges, mit ;dem an dem Teil, auf den der Preßstempel einwirkt, ein Vorsprung
ausgebildet werden soll, ragen von der ebenen Fläche des Preßstempels mehrere durch
radiale Nuten voneinander getrennte segmentförmige Druckflächen hervor, und zentrisch
zu diesen Druckflächen ist eine der Form des gewünschten Vorsprungs entsprechende
Ausnehmung vorgesehen, in die der von den Druckflächen radial nach dem Mittelpunkt
zu verdrängte Werkstoff eintreten kann.
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Elektrische Kontakte an Schalthebeln, die mit diesem Werkzeug hergestellt
werden, zeichnen sich dadurch aus, daß die Stromleitfähigkeit der Verbindung zwischen
dem Kontakt und dem Schalthebel gegenüber den bisher bekannten Ausführungsformen
eine wesentlich bessere ist. Die Verbindung wird so fest, daß sie auch unter Bedingungen,
welche die Lichtbogenbildung beim Ausschalten begünstigen, nicht zerreißt oder sonstwie
beeinträchtigt wird. Die Verbindung ist mechanisch widerstandsfähiger, als bisher
bei ähnlichen Verbindungen für möglich gehalten wurde.
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Mittels des neuen Werkzeuges kann ein Kontaktglied aus einem Werkstoff
hoher Leitfähigkeit, wie z. B. Silber mit Kupfer, ohne Anwendung von Binde- und
Flußmitteln, Lote oder ähnlichen Stoffen fest verbunden werden.
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Ferner wird bei der Verbindung mittels Kaltpreßschweißung eine Ermüdung
und Enthärtung des Materials vermieden, die oft als Folgeerscheinung der bekannten
Schweiß- oder Hartlötverfahren auftreten.
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Durch die Kaltpreßschweißung wird vielmehr nicht nur die Gestalt des
Kontaktgliedes erzeugt, sondern auch eine Härtung und Verfestigung der verbundenen
Teile erreicht. Dadurch wird insbesondere auch die Widerstandsfähigkeit gegen Stoßbeanspruchungen
bei aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen vergrößert.
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Beim Schließen eines Stromkreises muß die Verbindung der Kontakte
schnell erfolgen und fest sein. Beim Ausschalten muß jede mechanische Verzögerung
der Funkenlöschung auf einen Kleinstwert verringert werden. Die hierfür erforderlichen
kräftigen Federn üben eine große Stoßkraft auf den Kontakthebel aus, wenn er den
Anschlag in der geöffneten Lage erreicht. Bei der außerordentlich kurzen Zeit beim
Ausschalten beträgt die von der Feder ausgeübte Kraft bei. großen Schaltern oft
mehrere hundert Kilogramm. Kontaktverbindungen, die mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug
durch Kaltpreßschweißüng hergestellt werden, halten derartig hohe Beanspruchungen
ohne weiteres aus.
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In der Zeichnung zeigt Fig. i eine beispielsweise Ausführungsform
des neuen Werkzeuges, und die zu verbindenden Teile; Fig.2 zeigt eine Draufsicht
auf eine mit dem Werkzeug hergestellte Verbindung; Fig. 3 zeigt einen vergrößerten
Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2, in Pfeilrichtung gesehen; Fig. q.
zeigt eine Draufsicht auf die Druckfläche des Werkzeuges, Fig. 5 eine andere Ausführungsform
einer fertigen Kontaktverbindung und Fig. 6 eine Rückansicht der in Fig. 5 dargestellten
Verbindung.
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Das Werkzeug 12 hat, wie Fig. q. zeigt, drei bogenförmige ebene Preßflächen
13, die durch Kerben 1q. voneinander getrennt sind. Diese Preßflächen bilden in
dem Kontaktglied i i bogenförmige hTuten 15 aus. Der Kontaikthebel io ruht auf einem
ebenen Amboß 16. In der Mitte der Preßflächen 13 hat das Werkzeug 12 eine Ausnehmung
17. Wird das Werkzeug auf die Scheibe 1i gesenkt, so wird das Metall der Scheibe
nicht nur radial nach außen, sondern auch in die Ausnehmung 17 hineinfließen. Diese
wird ausgefüllt und dadurch die in Fig.3 dargestellte Kontakterhöhung gebildet.
Das Werkzeug wird so weit nach unten bewegt, bis die ebene Schulter i9 des Werkzeuges
auf die ebene Fläche des Hebels 1o auftrifft. Dadurch wird, wie Fig. 3 zeigt, das
Kontaktelement i i fest mit dem Hebel io verschweißt. Die geschweißten Flächen liegen
dabei unter den Nuten 15 und in gewissem Maße auch unterhalb der mittleren Spitze
18.
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Um. eine Vorstellung von den verhältnismäßigen Größen der Werkzeuge
und Teile zu vermitteln, wird erwähnt, daß zur Verschweiß ung einer 1,o2 mm dicken
Silberscheibe von 6,35 mm Durchmesser mit o,81 mm starkem Kupfer der Durchmesser
des Werkzeuges 12 15,88 mm, die radiale Breite der Schweißflächen 13 o,89 mm und
ihr Vorsprung von der Schulter f9 0,79 mm betrugen. Wie aus den Figuren ersichtlich
ist, haben die Segmente abgeschrägte Seiten mit einem Neigungswinkel von ungefähr
2o° je Seite.
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Als Endergebnis des Verfahrens kann ein Kontaktglied i1, das aus Silber
oder irgendeinem anderen geeigneten kaltschweißbaren Kontaktmaterial bestehen kann,
direkt an einem Kontaktarm io befestigt werden, ohne daß die Anwendung anderer Stoffe
an der Verbindungsfläche erforderlich ist, während gleichzeitig die Verbindungsstelle
durch den Befestigungsvorgang gehärtet und verfestigt wird. Der Schweißvorgang formt
die Gestalt des Kontaktelements und vergrößert die Härte des Silbers und des Kupfers.
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Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen, wie die Formen des Kontaktelements
und des Kontaktarmes während des Schweißens gepreßt werden können, wobei dem Arm
die erforderliche Form und Festigkeit gegeben wird. Der Kontaktarm 2o wird als
Kupfergußstück
hergestellt, das an der Rückseite mit einer schwachen Rippe und mit einer später
zum Zwecke der Schwenkbarkeit ausgebohrten Nabe 21 versehen ist. Das Gußstück paßt
in einen geeignet ausgesparten, ebenen Amboß 22, und der Schweißvorgang ist so eingerichtet,
daß dabei die Rippe 23 voll ausgebildet wird. Das Kontaktglied 24 ist mit dem Arm
2o mittels eines ebenen Werkzeuges 25 verschweißt, das eine Schweißoberfläche 26
der in den vorhergehenden Figuren dargestellten Art hat.
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Da der Schweißdruck einen Metallfluß an der Zwischenfläche bewirkt,
bis sich die Gefüge der beiden Metalle vereinigt haben, muß der Schweißvorgang so
vor sich gehen, daß er einen unbeschränkten Metallfluß seitlich von der Druckfläche
zuläßt. Diese Forderung wird bei der vorstehend beschriebenen Kontaktanordnung ermöglicht.
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Obgleich die Metalldicke im Bereich der Schweißfläche wesentlich verringert
wird, wird das Metall durch die Kaltbehandlung auf ungefähr die doppelte Festigkeit
gehärtet. Auf diese Weise ergibt eine geeignete Bemessung der zu verschweißenden
Teile eine endgültige Vereinigung des Kontaktgliedes mit dem Kontakthebel, deren
Festigkeit wenigstens ebenso groß ist wie die des ursprünglichen Kontakthebels vor
der Bearbeitung. Darin liegt eine wesentliche Verbesserung gegenüber den bisher
bekannten Kontaktelementen, die zumindest eine Behandlung des gesamten Kontakthebels
zur Wiederherstellung seiner ursprünglichen Härte erfordern und infolgedessen nicht
nur an der Schweißstelle oder der Beanspruchungsstelle gehärtet werden können, wie
es mit dem neuen Werkzeug möglich ist.
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Selbstverständlich kann das beschriebene Werkzeug in entsprechend
abgeänderter Ausführung auch für die Herstellung anderer Gegenstände als elektrische
Kontakte Anwendung finden.