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Verfahren zur Verbindung von Metallteilen mit 'eilen aus Isolierstoffen,
z. B. Keramik, durch. elektrothermisches Stauchen der Metallteile Es ist ein Verfahren
zur Verbindung von Metallteilen mit Teilen aus Isolierstoffen, z. B. Keramik, bekannt,
bei dem durch elektrothermisches Stauchen der Metallteile und Bildung eines Nietkopfes
eine feste Verbindung hergestellt wird. Hierbei werden die Metallteile durch Strömdurchgang
so- erhitzt und erweicht daß diese unter Ausübung eines Druckes nicht nur einen
Nietkopf bilden, sondern auch die Bohrung bzw. die Aussparung der Keramik völlig
ausfüllen. Der Metallteil bzw. der Nietschaft wurde somit auf der ganzen Länge durchglüht
und in sich zusammengestaucht, bevor die Bildung eines entsprechenden Nietkopfes
erfolgt. Dies wirkte sich besonders dann sehr nachteilig aus, wenn die Bohrungen
in der Keramik im Verhältnis zum Nietschaftdurchmesser lang und im Durchmesser groß
waren, so daß sich der Nietschaft beim Zusammenstauchen schlangenförmig in die Bohrung
legte, bevor die Schließkopfstauchung erfolgt. Um diese unerwünschte Deformierung
des Nietschaftes vor der Schließkopfbildung zu vermeiden, war es nötig, die Bohrungen
möglichst klein zu halten. Hierdurch ergaben sich Schwierigkeiten bei der Einhaltung
der Bohrungstoleranzen. Außerdem wurde die Keramik dadurch, daß der glühende Nietschaft
die Bohrung völlig ausfüllte, stark erwärmt und gleichzeitig derart beansprucht,
daß es leicht zu Sprüngen kam.
Durch die Erfindung werden diese
Nachteile dadurch vermieden, daß die Stauchelektrode durch eigene Erwärmung ihres
Kopfteiles infolge hohen Widerstandes den Metallteil bei der Kontaktgabe in der
Nietkopfzone erwärmt und Stromhöhe und Stauchdauer so bemessen werden, daß bei der
Nietkopfbildung keine Formänderung des Nietschaftes eintritt.
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Die im Kopf der Stauchelektrode bzw. des Stauchwerkzeuges erwünschte
Wärmekonzentration wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß man den Kopf des Werkzeuges
aus einem Material herstellt, das bei der Kontaktgabe mit dem zu verformenden Metallteil
einen hohen, möglichst gleichbleibenden Kontaktwiderstand besitzt. Es gelangt also
ein Werkstoff zur Anwendung, dessen Übergangswiderstand nicht durch Bildung irgendeiner
Oxydhaut während des Nietvorganges eine Veränderung erfährt. Als vorteilhaft geeignet
werden hier ferner Werkstoffe mit geringer elektrischer Leitfähigkeit sein.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird bewirkt, daß nur eine
örtliche Erwärmung am Ende des Nietschaftes eintritt, so daß in der Bohrung zwischen
Nietschaft und Keramik während und nach der Stäuchung stets ein geringer Spielraum
erhalten bleibt. Die Keramik wird somit nicht wesentlich erwärmt, der Nietschaft
ist auf Zug, d. h., die Keramik wird durch den Setzkopf und den Schließkopf auf
Druck beansprucht. Die Keramikbohrungen können größer gewählt werden, wodurch eine
Einhaltung der Bohrungstoleranzen einfacher wird. Das Entstehen von Sprüngen in
der Keramik wird so auf jeden Fall vermieden.
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Die mit derartigen Elektroden hergestellten Nietköpfe erfordern einen
geringeren Energiebedarf, so daß es hierbei ohne Schwierigkeiten möglich ist, durch
Parallelanordnung mehrerer miteinander verbundener Elektroden entsprechend viele
Stauchungen gleichzeitig vorzunehmen.-Hierbei müssen die .Spannvorrichtungen so
ausgebildet sein, daß keinerlei ungleichmäßige Übergangswiderstände bei den einzelnen
Metallteilen auftreten. Ferner ist darauf zu achten, daß die Stromleitung vom Maschinentisch
zur Elektrode und bis zum Nietschaftende einwandfrei und ohne jede Unterbrechung
erfolgt. Dies wird zweckmäßigerweise dadurch erzielt, daß die Grundfläche der Vorrichtung
mit einer Messingplatte versehen ist. Ebenso ist es vorteilhaft, die Auflegeflächen
für die Elektrode aus Messing oder Bronze auszuführen.
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In den Fig. i bis 3 ist die Erfindung näher erläutert. Fig. i zeigt
das bisherige Verfahren, wobei die Keramik mit i und der Metallteil, welcher hier
eine Einschraubklemme darstellt, mit 2 bezeichnet sind. Bei der Stauchung mit einer
normalen Elektrode wird nun nicht nur der Nietkopf 3 gebildet, sondern auch der
Nietschaft q. so weit zusammengedrückt, daß die Bohrung in der Keramik i völlig
ausgefüllt ist. Hierdurch wird die Keramik einerseits stark erwärmt und andererseits
auf diese eine Sprengwirkung ausgeübt, so daß es leicht zu Sprüngen kommt.
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Fig. 2 erläutert das Verfahren gemäß der Erfindung an dem gleichen
Beispiel. Es ist deutlich zu sehen, daß durch die Anwendung von Elektroden gemäß
der Erfindung eine örtliche Erwärmung des Nietschaftendes und so eine Nietkopfbildung
3 eintreten, ohne daß der Schaft q. mit- zusammengestaucht wird. Die Bohrung in
der Keramik ist durch den Schaft q. nicht ausgefüllt, so daß der Nietschaft nur
auf Zug- uni die Keramik durch den Nietkopf 3 und die Klemme :2 lediglich auf Druck
beansprucht werden.
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Fig.3- zeigt eine Mehrfachelektrode, im vorliegenden Fall eine Dreifachelektrode,
die es ermöglicht, in einem Arbeitsgang drei Stauchungen vorzunehmen. Der Einsatzschaft
5, welcher zweckmäßigerweise gekühlt wird, sowie die Grundplatte6 und die Ansätze
7 der Mehrfachelektrode bestehen zweckmäßigerweise aus 'Kupfer oder Messing, lediglich
der untere Teil der Ansätze 7; also der Kopf der Elektroden 8, ist aus Chromnickelstahl
oder Wolfram od. 4g1.. hergestellt. Durch den hohen Kontaktwiderstand und gegebenenfalls
die geringere elektrische Leitfähigkeit der Elektroden 8 wird die bereits erörterte
örtliche Erwärmung des Nietschaftendes erreicht, so daß es stets zur Nietkopfbildung
kommt, bevor eine Deformierung des Nietschaftes q. eintritt. Vorteilhaft geeignet
sind z. B. alle hochlegierten Chromnickel-, Chrommolybdänstähle od. dgl. Auch Hartmetall
od. dgl. kann hier zur Anwendung gelangen.