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Verfahren und Einrichtung zum Stumpfschweißen von Drähten aus Metallen
verschiedener Schweißeigenschaften Während sich .die Enden von Drähten aus dem gleichen
Metall meist ohne Schwierigkeiten miteinander verschweißen lassen, treten bei dem
Verschweißen von Drähten aus Metall verschiedener Schweißeigenschaften Schwierigkeiten
auf. So läßt sich z. B. ein Kupferdraht von etwa i bis q. mm Durchmesser mit einem
.gleich starken Aluminiumdraht selbst bei der Anwendung eines der bisher bekanntgewordenen
Spezialdr.ahtschweißverfahren nicht immer einwandfrei verschweißen. Bei einem dieser
bekannten Verfahren werden z. B. die nebeneinanderliegenden und unter dem Druck
einer Einspannvorrichtung stehenden Drahtenden bis zum Erweichen erhitzt und dann
ineinande rgepreßt. Nach einem anderen Verfahren werden die Drahtenden miteinander
verdrillt und unter Bildung eines Lichtbogens zwischen ihnen und einer Kohlenelektrode
miteinander verschweißt. Statt dessen kann man nach einem dritten Verfahren die
Drähte mit der Verdrillung frei tragend zwischen zwei je an einen Pol der Schweißstromquelle
angeschlossenen Schweißbackenpaare einspannen und dann durch Hindurchleiten eines
entsprechend hohen Stromes durch die Verdrillung durchschmelzen, wobei sich eine
die Verschweißung herbeiführende Schmelzperle bildet. Welches dieser Verfahren man
auch zum Verschweißen von Drähten verschiedener Schweißeigenschaften anwenden mag,
stets werden die Drahtenden nicht im eigentlichen Sinne des Wortes miteinander verschweißt,
sondern höchstens
zusammengeklebt. Daneben haben aber auch noch
die bekannten Spezialdrahtschweißverfahren den Nachteil, daß die Drähte nicht mit
stumpfem Stöß miteinander verschweißt werden können.
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Bessere Ergebnisse lassen sich mit einem ebenfalls an sich bekannten
elektrischen Widerstands-'schweißverfahren- erhalten, bei dem von einem weiteren
an sich bekannten Verfahren zur Verschweißung ungleichartiger oder ungleich großer
und ungleich starker Werkstücke ausgegangen wird. Bei dem zuletzt erwähnten Verfahren
werden die unter geringem Druck aneinander.liegendenSchweißflächen beider Werkstücke
durch einseitige Wärme zufuhr zu dem Werkstück größeren Querschnittes bzw. höheren
Schmelzpunktes auf die Legierungstemperatur vorgewärmt. Nach erfolgter Legierung
wird durch diebeiden Schweißflächen unter gleichzeitigem Zusammenpressen ein Kurzschlußstrom
geleitet. Man hat ;d.abeiangenommen, `daß ,sich die Legierungskristallarten zwischen
den beiden Werkstücken an den Schweißflächen bei direkter Berührungderselben :durch
den Diffus.iensprozeß bilden. Durch den nachträglichenKurzschlußstroms.toß und durch
.die damit verbundene Temperaturerhöhung soll der Diffusionsle gierungsprozeß noch
erweitert und die Schweißflächen von Oxyden und der flüssi:genLegierungsmassegereinigtwerden,
so daß bei gleichzeitiger Zusammenpressung der beiden Schweißflächen eine feste
Verbindung der beiden Werkstücke entsteht.
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Von anderer Seite durchgeführte Versuche zeigten jedoch, :daß bei
einem innigen Kontakt der beiden Schweiß:fiächen und gleichzeitigem Erhitzen eine
Reaktion und die Bildung intermediärer Kristallarten entstehen. Diese sind besonders
spröde und haben überdies noch niedrigere Schmelztemperatur als das Aluminium.
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Um die Bildung dieser spröden Legierungskristalle beim Verschweißen
von Kupfer und Aluminium zu verhindern, . wird nach dem anderen bekannten Widerstandsschweißverfahren
zwischen die zu verschweißenden Kupfer- und Aluminiumwerkstücke ein Zusatzmaterial,
und zwar Zink, gelegt, so daß die beiden Werkstücke vor dem Zusammenschweißen ohne
gegenseitige Berührung sich in einem Legierungsschmelz:bxd befinden. Die Zuleitung
der elektrischen Energie -erfolgt vom Kupferwerkstück aus. Dieses Verfahren leidet
aber unter dem Mangel, daß zu seiner Durchführung eine verhältnismäßig komplizierte
Einrichtung notwendig ist. So ist vor allem .die das Werkstück mit dem höheren Schmelzpunkt
aufnehmende Einspannbacke zweiteilig auszuführen und auf deren Außenseite ein Formstück
einzusetzen. In dieses Formstück und in die andere Spannbackenhälfte ist außerdem
eine mehrteilige, mit Graphit gegen das Formstück, .die Spannbacke und das Werkstück
abgedichtete Gießform einzusetzen.
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Die Erfindung bringt ein Verfahren, daß mindestens ebenso gute Ergebnisse
wie das zuletzt erwähnte Verfahren liefert. Zum Unterschied von dem ;bekannten Verfahren
ist allerdings der für seine Durchführung notwendige Aufwand weit geringer. Auch
beim Verfahren nach der Erfindung wird das an den einen Pol einer Schweißstromquelle
angeschlossene Stoßende des Drahtes mit der höheren Leitfähigkeit (Kupfer) bzw.
:das Drahtende mit .dem höheren Schmelzpunkt mittels einer an den anderen Pol .der
Schweißstromquelle angeschlossenen Hilfselektrode vorgewärmt. Erfindungsgemäß dient
als Hilfselektrode eine Kohlenelektro,de, und die sich während der Vorwärmung nicht
berührenden Drahtenden werden in der Weise miteinander verschweißt, .daß das an
den gleichen Pol der Schweißstromquelle wie die Kohlenelektrode oder bei Zwei- oder
Dreiphasenwechselstrom an einem dritten Pol angeschlossene Drahtende mit der niedrigeren
Leitfähigkeit (Aluminium) bzw. das Drahtende mit dem niedrigeren Schmelzpunkt nach
der vorzugsweise bis auf Rotglut getriebenen Vorwärmung des Drahtendes mit der höheren
Leitfähigkeit (Kupfer) bzw. dem höheren Schmelzpunkt unterAbschaltung der Koh,lenelektrode
gegen das vorgewärmte Drahtende gestoßen und damit verschweißt wird.
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Die Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
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Mit i ist ein feststehendes Einspannorgan für den einen Draht 2 bezeichnet,
der beispielsweise aus Kupfer besteht. Mit dem Einspannorgan i ist isoliert davon
eine Kohlenelektrode 3 verbunden, welche sich unter der Wirkung einer Feder q. federnd
gegen das zu verschweißende Ende des Drahtes 2 legt. 5 ist ein gegen das Ein.spannorgan
i verschiebbares Einspannorgan, das den mit dem Draht 2 zu verschweißenden Draht
6 aufnimmt. Der Draht 6 besteht z. B. aus Aluminium. Das Einspannorgan 5 steht unter
der Einwirkung eines Kraft-,speichers 7, für den in dem Beispiel eine Feder verwendet
ist. An Stelle der Feder könnte selbstverständlich aber auch ebensogut ein Gewicht,
ein hydraulischer Antrieb od. dgl. benutzt werden. Der Antrieb 7 ist mit einer Sperrauslösung
8 versehen, die am besten als elektromagnetische Sperrauslösung ausgeführt wird.
9 ist die Schweißstromquelle, welche über e inen Zweiw egumschalter zo an die Einspannorgane
i, 5 und die Kohlenelektrode 3 ,angeschlossen ist. Die Auslösespule 8o des elektromagnetischen
Gesperres8 ist dabei zu:demSchweißstromkreis parallel gelegt. Der Zweiwegumschalter
io besteht aus drei feststehenden Kontakten ioi bis 103 und einem etwa nach
Art eines Druckknopfes ausgebildeten verschiebbaren Schaltglied 104, in das gegeneinander
isoliert ein längeres Kontaktstück io5 und ein kürzeres Kontaktstück io6 eingesetzt.sind.
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Die Einrichtung arbeitet auf folgende Weise: Der Kraftspeicher 7 wird
vorgespannt und in der vorgespannten Stellung durch das Gesperre 8 gehalten. Dann
werden die miteinander zu verschweißenden Drähte 2, 6 so in die Einspannorgane i,
5 eingespannt, daß sie sich nicht berühren. Wird nun der Schalter iö in die dargestellte
Einschaltstellung gebracht, so ist zunächst .das eine Ende der Sekundärwicklung
des Transformators 9
über das Kontaktstück io5 des Schaltteils io.I
und den feststehenden Kontakt ioi an das Einspannorgan i des Drahtes 2 gelegt. Das
andere Ende der Sekundärwicklung des Transformators 9 ist über das Kontaktstück
io6 des Schalterteils io4 und den Kontakt 102 mit der Kohlenelektrode 3 verbunden.
Durch den Kupferdraht 2 fließt infolgedessen ein Kurzschlußstrom, der so lange eingeschaltet
bleibt, bis das zu verschweißende Ende des Drahtes 2 genügend vorgewärmt ist. Im
allgemeinen wird eine Vorwärmung bis auf Rotglut ausreichen. Dann wird der bewegliche
Schalterteil ioj, so verschoben, daß sein Kontakt 105 die Kontakte ioi, io2 überbrückt
und der Kontakt io6 auf den Kontakt 103
aufläuft. Die Kohlenelektrode 3 wird
dadurch an den mit dem Einspannorgan i verbundenen Pol der Spannungsquelle 9 gelegt
und damit abgeschaltet, der andere mit dem Kontakt io6 verbundene Pol der Spannungsquelle
liegt über dem Kontakt 103 nunmehr an dem Einspannorgan 5 des Drahtes 6. Bei dieser
Umschaltung wird auch gleichzeitig die Auslösespule 8o des Gesperres 8 eingeschaltet
mit der Folge, .daß der Kraftspeicher 7 ausgelöst wird, der seinerseits nun das
Einspannorgan 5 gegen das Einspannorgan i bewegt und dabei die Drahtenden ineinanderstaucht.
Sobald sich die Drahtenden berühren, beginnt der eigentliche Schweißstrom zu fließen.
Das .bereits sehr stark vorgewärmte Kupfer beginnt gleichzeitig, zumindest nahezu
gleichzeitig mit dem Aluminium zu schmelzen, so daß eine innige Schweißverbindung
entsteht. Wenn nun der notwendige Stauchweg zurückgelegt ist, wird der Schweißstrom
wieder in an sich bekannter Weise durch einen beispielsweise wegabhängig arbeitenden
Schalter abgeschaltet. Ganz allgemein ist bezüglich der Vorwärmung zu sagen, daß
diese in enger Anlehnung an .die Materialzusammensetzung und an den Querschnitt
des Drahtendes mit der höheren Leitfähigkeit bzw. des Drahtendes mit :dem höheren
Schmelzpunkt so zu wählen ist, daß dieses Drahtende möglichst gleichzeitig mit dem
anderen Drahtende zu schmelzen beginnt, sobald der Schweißstrom einsetzt.