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Schweiß -Verfahren zum Bestücken von Schreibfedern mit einem Hartmetallkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken von Schreibfedern, insbesondere.
Schreib.-federn. für Füllfederhalter, mit einem Hartmetallkörper (Hartmetallspitze)
durch elektrische Sch:weiißung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Kombination
der folgenden an sich, bekannten Merkmale gekennzeichnet: a) Es wird ausschließlich
die Widerstandsschweißung in einem einzigen Arbeitsgang angewendet, b) die kugelige
oder kugelähnlich vorgeformte Hartmetallspitze wird nicht geschmolzen, sondern wird
in dem eirweichemden bzw. schmelzenden Federkörper so@ weit zum. Einsinken gebracht,
bis der Federkörper den Hartm;etallkörper für einen Teil seines Umfanges umgibt,
c) beim Schweißvorgang werden die Hartmetallspitze und der Federkörper in Richtung
seiner Längsachse aufeinander zu bewegt.
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Die Schre,ibfeidern für Füllfederhalter werden bekanntlich dadurch
hergestellt, daß man zunächst den Federkörper oder Rohling aus verhältnismäßig dicken
Blechen ausstanzt; diese Roblinge sind kürzer als die fertigen Federn und erhalten
schon in diesem ersten Stanzgang die bekannte Spitze und eine; ha'lbrund'e Vertiefung
zur Aufnahme. des Punktes au:s Hartmetall. Sodann wird der Hartmeta:llpunkt
zusammen
mit etwas Flußmittel, z. B. Borax, in die halbrunde] Vertiefung gelegt. Die Befestigung
des Punktes an der Feder findet gewöhnlich statt durch Schweißen mittels einer scharfen
Gebläseflamme, die dass Metall des Rohlings in der Umgebung des harten Punktes schmilzt.
Sodann wird der Rohling mit dem harten Punkt auf die: Stärke der fei tigen Feder
gewalzt, und durch einten zweiten Stanzvoirgang wird die; endgültige Feder aus diesen
Walzenformlingen geschaffen. Die Spitze der Feder und der Hartmetall.punkt werden
ihrer- Mitte entlang gespalten, und durch Schleifer, und Polieren wird der harte
Punkt in die Form übergeführt.
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Dieses bekannte Arbeitsverfahren bringt große Nachteile mit sich.
Das Schweißen mittels einer Gebläseflamme ist nicht nur umständlich, sondern beeinträchtigt
auch die Qualität der Feder. Da die Schweißtemperaturen hoch und nicht kontrolliert
sind, kommt es vor, daß zuviel Metall vom Rohling geschmolzen wird, so daß der Hartmetallpunkt
vielfach seitlich verschoben wird. Ebenso kommt es vor, daß ein großer Teil des
Metalls des Rohlings überhitzt wird und dadurch grob kristallin, cl. h. unbrauchbar
wird. Außerdem erhalten die harten Punkte ihre zum Schreiben nötige Feinheit erst
durch ein umständliches Rundschleifen, da erfabrungsgemäß bei diesem Herstellungsverfahren
nur dann gute Schreibfedern erhalten werden, wenn die Punkte aus verhältnismäßig
großen Hartmetallpunkten heruntergeschliffen werden, ein Verfahren, das selbstverständlich
hohe Schleifkosten und Verluste an Edelmetallen mit sieh bringt.
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Es sind bisher auch schon Verfahren bekannt, b"i denen die hartlegierte
Spitze an den Federkörper mittels Widerstandspunktschweißung angebracht wird. Sol
ist z. B. ein Verfahren bekannt, bei welchem die Befestigung der Spitze am Federkörper
durch (Widerstands-)Preßsch.wei.ßung erfolgt. Die Befestigung der Spitze in Richtung
quer zur Feder ist die in diesem Patent beschriebene Ausführungsfarm. Hierbei wird
eine Widerstandsschweißung angewendet, bei welcher die harte Legierung, in diesem
Fall eine Iridium-Osmium-Legierung, schmilzt und dabei durch die Oberflächenform
der sie- tragenden Elektrode geformt wird. Nach diesem Verfahren soll also die Iridium-Osmium-Spitze
durch einen »Formguß« hergestellt werden. Praktisch ist es. aber gar nicht möglich,
dieses Verfahren bei den Legierungen; aus denen üblicherweise die an die Spitzen
der Federn anzuschweißenden Kugeln bestehen, anzuwenden, weil es unmöglich. ist,
die gewünschte Legierungszusammensetzung für die Kugel zu erhalten, und weil Legierungsbildung
mit der Federspitze eintritt, wenn diese beispielsweise aus Stahl oder Gold besteht;
schließlich würde bei der erforderlichen hohen Temperatur das Ende der Feder für
die Verwendung unbrauchbar werden.
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Ein anderes bekanntes Verfahren zur Ausführung einer Widerstandsschweißung
zur Befestigung von Hartmetallspitzen an Federn besteht aus zwei Verfahrenszügen,
nämlich a) Widerstan.dsschweißung zur H.eftung von Spitze und Feder und b) Lichtbogenschweißung
zum Einsinken der nicht flüssig werdenden Hartmetallspitze in die Feder: Auch bei
diesem Verfahren wird eine vorgeformte Kugel so@ an der Feder befestigt; daß die
Kugel umschmolzen wird. Die dazu verwendete Lichtbogenschweißung hat jedoch viele
Nachteile. Sie benötigt Spannungen, von mindestens 8oo bis rooo Volt, und es, hat
sich gezeigt, daß das Lichtbogenschweißen eine sehr komplizierte Schweißeinrichtung
nötig macht und daß das Überhitzen des Federmetalls nicht vermieden werden konnte.
Da der Querschnitt der Spitze des Rohlings und besonders der fertigen Feder sehr
klein ,ist; wird bei der Lichtbogenschweißung die auf der, harten Punkt konzentrierte
Hitze nur in sehr geringem Maße auf das Metall des Rohlings übertragen, und die
hochschmelzenden, harten Punkte werden dadurch in der Regel früher zum Schmelzen
gebracht als das Metall des Rohlings. Selbst besondere Kühleinrichtungen komplizierter
Art sind unzulänglich, um zu verhindern, daß die im Hartmetall konzentriierte Hitze
des Lichtbogens sich im Moment der Verschweißung auf das Federmetall verbreitert
und dieses dadurch überhitzt und unbrauchbar macht. Außerdem hat dieses Verfahren
den. Nachteil, daß es zwei Verfahrensstufen benötigt, da die Spitze erst durch einfache
Widerstandssehweißung angeheftet werden muß.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden alle obigen Nachteile
vermieden und Hartmetallpunkte ohne Schwierigkeiten am Federkörper befe-stdgt. Wie
schon ausgeführt, setzt sich das erfindungsgemäße Verfahren aus einer Kombination
an sich bekannter Merkmale zusammen, und zwar wird ausschließlich, die Widerstan.dsschweißung
in einem einzigen Arbeitsgang verwendet. Dabei werden der Federkörper und ein kugelförmiger
oder kugelähnlicher Hartmetallkörper in die Elektrode einer,Widerstandsheizung eingesetzt
und die Elektrode in Längsrichtung der Feder einander so. genähert, daß sowohl die
Bewegung als auch Grad und Dauer der Erhitzung so eingestellt und kontrolliert werden
können, daß ein Teil der geschmolzenen Spitze den Hartmetallkörper auf einen Teil
seines Umfanges umgibt. Dabei ist zu beachten, daß ein Übeigangswiderstand, der
nur durch eine leichte, lediglich mechanische Berührung dieser Elektroden, zustande
kommt, nicht ausreicht, um mit einem kurzen: Stromstoß die nötige und gewünschte
metallische Verbindung zwischen Federmetall und HartpunktmeW1 herbeizuführen; Punkte,
die auf solche Art befestigt werden, haben einen schlechten Sitz und fallen
leicht von der Feder ab; besonders, nachdem die Spitze der Feder und der Punkt geschlitzt
worden sind.
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Die primäre, leichte mechanische Berührung der Elektroden wird -demnach:
nur benutzt; um die Widerstan.ds.schweißung einzuleiten. Sodann wird die Widerstandsschweißungg
durch ein: kurzes gleichmäßiges. Annähern der Elektroden fortgesetzt,
bis
ein Teil der geschmolzenen Spitze den Hartmetallpunkt über eine geringe Länge der
Seiten desselben erfaßt. Der Hartmetallkörp-er ist vorgeformt in Form eines kugelförmigen
oder nahezu kugelförmigen Körpers. Es war bereits der Vorschlag bekannt, Teile einer
Feder, bestehend, aus Schaft und Federspitzenteil, mit ihren flachen Enden gegeneinander
zusammenzusetzen und, ohne daß ein Teil auch nur teilweise ,den, anderen umfaßt,
zusammenzuschweißen.
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Für eine schnellere und bessere Zentrierung der Federmetallelektrode
und dar Ha.rtmeta:llelektrode gemäß der vorliegenden. Erfindung- isst es zweckmäßig,
die stumpfe Spitze der Federmetallelektrode etwa halbkre.isföTmig auszuschneiden;
im besonderen sollte dieser etwa halbkreisförmige Ausschnitt so bemessen sein, d@aß
er bei seinem ,ersten Aufsetzen auf' den kugelförmigen, oder nahezu kugelförmigen
Haxtmetallpunkt diesen nicht mehr als zu etwa q.00/0 umfaßt. Durch diesen Ausschnitt
wird ferner bewirkt, daß die Schweißzeit herabgesetzt wird und. .ebenso die Weglänge,
um die die Elektroiden gestaucht werden:.
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Die! gekennzeichnete Versch:weißung wird am besten bewirkt, wenn in
an sich bekannter Weise Schweißspannungen von etwa 2 bis 7 Volt Gleichstrom oder
Wechselstrom angewendet werden. Mit diesen Spannungen wird der günstigste, Schweißeffe@t
mit Schweißzeiten. von 1/4 bis 25 Wechse:lstromperioden erzieht. Federn aus. hochschmelzenden
Metallen, z. B. Stahl, lassen sich mit etwa, i bis 6 Wechsels.tromperio:den mit
dem Hartme,tallpunkt verschweißen,, und diie nichtrostenden Stahlfedern mit etwa
1/4 bis 2 Wechselstromp,erioden; bei niedrigerschmelzenden: Metallegierungen, z..
B. Goldlegierungen, wird die Verschweißung am erfolgreichsten innerhalb der Schweißzeiiten
von 6 bis 25 Wechselstromperioden durchgeführt. Bei den längeren Schweißzeiten wird
zweckmäßig, um Oxydation zu, verhindern, in an sich bekannter Weise eine Schutzgashül:le,
z. B. Wasserstoff, um die Elektrode gelegt im Moment der Verschweißung.
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Wenn die- Hartmetallpunkte an fertig gefoxmte Federn angeschweißt
werden, so ist eis zweckmäßig, den Federkörper während ,des Schweißverfahrens in
einen metallischen Elektrodenhalter einzuspannen, um durch diesen Halter die entwickelte
Wärme schnell abzuleiten, da eine zu große. Erhitzung leicht bewirkt, daß der Federkörper
die in den vorausgegangenen mechanischen Verformungsprozessen erworbene Härte und
Elastizität durch Rekristallisation verliert. Solche Elektrodenhalter werden zweckmäßig
aus elektrischen. Strom leicht leitenden Materialien hergestellt, -z. B. Kupfer,
Messing u. dgl. Besonders wirksam sind in dieser Beziehung Elektrodenhalter, die
den. Federkörper derart vollkommen aufzunehmen vermögen, daß die Spitze des Federkörpers
nur um jene: Länge aus dem Halter hervorragt, die notwendig ist, gerade den zum
Verschweißen hinreichenden Widerstand ins Federmetall zuermöglichen, z. B. etwa
i bis 11/2 mm.
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Der Halter für die Hartrnetallelektroden beisteht zweckmäßig aus hachschmelzenden,
den elektrischen Strom gut leitenden Materialien., z. B. Graphit, Wollframlegierungen,
Plaüin-Irid:ium-Legierungen u. dgl. Der Halter ist weiter zweckmäßig so gestaltet,
daß er den Hartmetallpun:kt mit einer größtmöglichen Auflagefläche trägt, um zu'verme
Tiden, daß zwischen der Hartmetallellektrode und ihrem Träger ein nennenswerter
Übergangswiderstand entsteht.
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Die Widerstan:dsschweißeinrichtung zur Durchführung des gekennzeichneten
Verfahrens umfaßt also grundsätzlich. Mittel, um die- Spitze des Federmetalls und
den Hartmetallpunkt als Elektroden zur Anwendung zu bringen derartig, daß sich nur
an der Berührungsstelle dieser beeiden Elektroden ein großer Übergangswiderstand
bildet, Mittel, um die beiden Elektroden miteinander in leichte mechanische Berührung
zu bringen, Mittel, um die Spitze- des Federmetalls auf den. Haxtmetallpunkt in
Richtung der Längsachse des Fedeirkörpers aufzusetzen, Mittel, um den elektrischen
Strom durch, die Elektroden: zu senden, und schließlich: Mitteil, um sowohl die
Bewegung der Elektroden zu, bewirken als auch, die Sch."veißzeit zu begrenzen.
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Abb. i zeigt eine schematische Gesamtansicht aller notwendigen Vorrichtungen
zur Durchführung des gekennzeichneten Schweißverfahrens.
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Abb. 2 zeigt die vergrößerte Ansicht von Federspitze, Haxtmetallpunkt
und Elektrodenhalter in einer der vorteilhaftesten Ausführungsformen des Verfahrens,
d. h. kugelförmiger Hartmetallpunkt, Hartm@e!tallpunkt auf Graphitunberlaige mit
größtmöglichex Auflagefläche, massiver Federelektrodenr halter, das Federmetall
derart um.fas:s:end, daß die Spitze des Federkörpers. nur etwa i bis 11/2 mm aus
dem Elektrodenhalter hervorragt, Federelektrode mit stumpfer Spitze und mit eineue
solchen halbkreisförmigen Ausschnitt, daß beim Aufsetzen auf den Hartmetallpunkt
mit diesem Ausschnitt der Haxtmetallpunkt etwa 4o°/0 umfaßt wird.
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Abb-. 3 zeigt im Vorderansicht uni, Aufriß den Moment der, ersten
mechanischen Berührung der Elektroden im. Augenblick des Schweißbeginns.
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Abb. q. zeigt den seitlichen Aufriß dieser ersten mechanischen Berührung
der Elektroden.
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Abb. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer besonderen Ausführungsform
des Schweißverfahrens:, und zwar jenen Fall, in dem der Hartmetallpunkt an der Unterseite
der Federspitze, also, seitlich verschoben., angeschweißt wird, wobei jedoch ebenfalls
der Federkörper in Richtung seiner Längsachsel zum Hartmetallpunk t hin bewegt wird.
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Wie aus Abb,. i ersichtlich, ist der Halter für die Federmetallelektrode
5 (die metallische Klampe , q.) auf dem Arm 6 montiert; dieser Arm ist bei 7 drehbar
angelenkt. Die Abwärtsbewegung dieses Armes wird durch die, Sperrvorrichtung 8 auf'
die beabsichtigte Stauchung der Federelektrode begrenzt. - Dieselbe Abb. i zeigt,
daß der Halter für den Hartmetallpunkt i durch einen Draht 1.4 mit einem bogenförmigen
Kontakt 15 leitend verbunden ist; dieser bildet den Bestandteil einer Zeitvorrichtung,
die beispielsweise aus einem rotierenden Arm
io bestehen kann, welcher
auf einem Zahnrad i i montiert ist, welches seinerseits in ein weiteres, kleineres
Zahnrad 12 eingreift, das sich in der Achse eines Elektromotors 13 befindet. Das.
Zahnrad i i ist mit einer kreisförmigen Scheibe oder einem Lager 16 versehen, welches
in ständiger Berühirung mit der Bürste 17 steht, die durch einen Draht 18 mit der
Sekundärleitung des Transformators i9 verbunden ist. Die Selcund'ärleitung diieses
Transformators ist über einen einstellbaren Widerstand 20 mit der Klampe 4, also
der Federmetallelektrode 3, verbunden. - Diese besondere Art der zeitlichen Begrenzung
des charakterisierten Schweißverfahrens von Federmetall und Hartmeta11 ist nur ails
Beispiel angeführt; es können selbstverständlich im Rahmen der beschriebenen Erfindung
auch andere Verfah ren angewendet werden, tun den Vorgang der Verschweißung dem
Zweck entsprechend zeitlich zu begrenzen.
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Zum Zweck der Schweißung wird der Arm 6 nach unten bewegt, die Federspitze
5 in leichte mechanische Berührung mit dem Hartmetallpunkt 3 gebracht. Mit dieser
leichten Berührung wird der Schweißvorgang eingeleitet: Das Metall beginnt an der
Berührungsstelle zu schmelzen, .derart, daß das schmelzende Metall sich auf dem
Hartmetallpunkt haubenartig ausbreitet; durch die nun unmittelbar auch einsetzende
Abwärtsbewegung des Armes 6 und damit der Federelektrode 5 wird mehr Metall geschmolzen;
es bildet sich zu der Metallhaube hinüber eine Metallbrücke ohne jegliche Einschnürung.
Dieser Schweißvorgang wird durch den rotierenden Kontaktarm io durch Schleifen auf
Kontaktsegment 15 zeitlich begrenzt, und durch die Sperrvorrichtung 8 wird das Ausmaß
der Bewegung begrenzt.
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Das beschriebene Verfahren der Herstellung von Schreibfedern mit einer
Spitze aus Hartmetall durch das Widerstandsschweißverfahren und ohne Anwendung eines
Lotmetalls bringt nicht nur den Vorteil mit sich, daß Hartmetallpunkte in einem
einzigen Arbeitsgange an die Federmetallrohlinge angeschweißt werden können, sondern
daß die Hartmetallpunkte an die vollkommenen fertig geformten Federkörper aus irgendeinem
Metall in derselben einfachen Weise angeschweißt werden können und daß in diesem
Falle dann mit besonders großem Vorteil vollkommen fertig geformte, auf Größe ausgesuchte
kugelförmige und hochpolierte Hartmetallpunkte verwendet werden können; die dadurch
erhaltenen Federn mit Hartmetallpunkten bedürfen kaum mehr eines Schleifens und
Polierens und sind mit geringsten Kosten in das Handelsprodukt überzuführen. Das
gekennzeichnete Verfahren gestaltet also die Herstellung von Schreibfedern mit Hartmetallpunkten
auf dem Wege der Massenproduktion.
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Hartmetallpunkte können nach diesem Verfahren auch befestigt werden
an Federn, die einen elektrolytischen oder anderen Überzug haben, ebenso an Federkörpern,
die schon vorgeschlitzt sind.