EP1048375A2 - Verfahren zur Umformung eines Kupfer-Rohlings durch Kaltfliesspressen und Presswerkzeug mit zugeordnetem Schneidwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Umformung eines Kupfer-Rohlings durch Kaltfliesspressen und Presswerkzeug mit zugeordnetem Schneidwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP1048375A2
EP1048375A2 EP00108684A EP00108684A EP1048375A2 EP 1048375 A2 EP1048375 A2 EP 1048375A2 EP 00108684 A EP00108684 A EP 00108684A EP 00108684 A EP00108684 A EP 00108684A EP 1048375 A2 EP1048375 A2 EP 1048375A2
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die
upsetting
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blank
flange
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs

Definitions

  • the invention is in the field of prefabrication for gas-filled Surge arrester and is in the design the course of a cold extrusion process and in the design the associated press tool a one-step Double-press to apply with which a copper blank by cold extrusion into an end electrode for a gas-filled Surge arrester is reshaped.
  • Gas-filled surge arresters in use today exist in the simplest version from a hollow cylindrical Ceramic insulator and two in the open ends of the insulator used end electrodes. These end electrodes either exist from an iron-nickel-cobalt alloy or from copper and are cup-shaped so that they have a pronounced Have solder flange. Leave cup-shaped electrodes easiest by extrusion or embossing manufacture (DE 28 28 650, DE 31 00 924, US 3,876,994).
  • Machines for the production of finished parts by cold extrusion usually lead to the forming of a blank several pressing steps.
  • Previously by cutting off a usually round rod material is obtained from the blank, which then automatically into the actual press tool is used.
  • the cutting process for which widely so-called cold exchange scissors is common (wire world 2-1979, Page 54ff) is integrated in the work steps of the press (DE 36 35 677 A1).
  • the length of the blank is determined by a feeder determines the wire the cutting tool feeds, the feed length and thus the length the blank is adjustable by means of a sliding block.
  • the cutting tool is assigned a stop against which the end of the wire can be moved.
  • the cold exchange is also used for the extraction of copper blanks; the minimum length of such blanks can be for bar material with a diameter d of 6 to 35 mm are 0.2 d, if the rod material to be cut is previously compressed brought to the yield point in the room pressure state becomes.
  • - Wire World 1979.
  • the blanks With very small pressed parts, as there are end electrodes of gas-filled surge arresters the blanks may have to be made of copper wire cut with a diameter of about 4.5 mm become.
  • the Pre-upsetter A pre-upsetting needle for preforming the electrode body and a filler to limit the stroke of the pre-upsetting needle and the paver an insert with a spigot to form the spherical cap and with one adjacent to the pin plan an annular surface for forming the solder flange on.
  • the pre-upsetter and the use of the paver stop a distance from the die at the front dead center.
  • the invention Based on a procedure with the characteristics of the generic term of claim 1 and with a press tool the features of the preamble of claim 2 the invention has for its object the forming of the copper blank to make an end electrode more efficient.
  • end electrodes 1 are to be produced which essentially from the actual electrode body 2 and a solder flange 3, the solder flange and the electrode body connected to each other via a hollow cone-like wall 4 are, which forms a conical dome 5.
  • calotte protrudes a welding nozzle 6 for welding a connecting wire to the electrode 1.
  • a pressing tool is used to produce such an end electrode, that according to Figures 1 and 3 essentially a stationary die 10 and two of these dies assigned stamps 20 and 30, which is at the stamp 20 by a pre-upsetter and by the stamp 30 around is a paver.
  • the die 10 has a continuous, stepped bore in which a filler 17 and an insert 11 are first inserted are.
  • an insert sleeve 14 is inserted, the end face 15 within the bore 12 of the insert 11 relative to the End face 13 of the insert 11 set back by a distance a is.
  • This distance corresponds in principle to the thickness of the Electrode flange 3 to the electrode flange in this area to shape; however, it is about 5% smaller than that Thickness of the solder flange to be manufactured.
  • the paver 30 contains an insert 31, which forms the shaping part of the paver 30 and the 4 with a pin 33 for the final shaping of the calotte 5 of the end electrode is provided and continues to be adjacent on the pin with a flat circular ring surface 32 is provided to form the solder flange 3.
  • the paver 30 is guided in the associated cold extrusion machine so that he is at the front dead center with his circular ring surface 32 a distance b from the end face 15 of the insert 11 the die 10 adheres to, which is about 5% of the thickness of the to be produced Solder flange 3 is. With a thickness of the solder flange the distance b is approximately 0.48 mm, for example 2/100 mm.
  • the die 10 is in a first pressing step assigned to the pre-upsetter 20, which u.a. a socket 21 for Guide of the pre-upsetting needle 22 and its pre-upsetting needle 22 is slightly rounded in the edge region 23.
  • Rear space 24 of the pre-upset is a not shown Spring and a filler not shown for Determination of the depth of penetration of the pre-upsetting needle 22 into the Arranged die 10.
  • the filler is dimensioned so that the pre-upsetter 22 in the retracted state of the pre-upset protrudes into the die by about 0.5 mm and thereby preforms the calotte of the end electrode.

Abstract

Um bei der Herstellung von Endelektroden aus Kupfer für gasgefüllte Überspannungsableiter mittels einer einstufigen Doppeldruckpresse von einem Rohling ausgehen zu können, der volumengleich zum Fertigteil ist, ist die Einzugseinrichtung des Schneidwerkzeuges auf eine Einzugslänge einstellbar, die kleiner als der Drahtdurchmesser ist, ist die Vorstauchnadel (22) des Preßwerkzeuges auf eine bestimmte Eindringtiefe in die Matrize (10) eingestellt und ist die Matrize (10) des Preßwerkzeuges mit einer speziell dimensionierten Einsatzbüchse (14) versehen.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Vorfertigung für gasgefüllte Überspannungsableiter und ist bei der Ausgestaltung des Ablaufes eines Kaltfließpressvorganges und bei der Ausgestaltung des zugehörigen Preßwerkzeuges einer einstufigen Doppeldruckpresse anzuwenden, mit denen ein Kupfer-Rohling durch Kaltfließpressen in eine Endelektrode für einen gasgefüllten Überspannungsableiter umgeformt wird.
Heute gebräuchliche gasgefüllte Überspannungsableiter bestehen in der einfachsten Ausführung aus einem hohlzylindrischen Keramikisolator und zwei in die offenen Enden des Isolators eingesetzten Endelektroden. Diese Endelektroden bestehen entweder aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung oder aus Kupfer und sind napfartig ausgebildet, so daß sie einen ausgeprägten Lötflansch aufweisen. Napfartig ausgebildete Elektroden lassen sich am einfachsten durch Fließ-Preß- oder Präge-Verfahren herstellen (DE 28 28 650, DE 31 00 924, US 3,876,994).
Maschinen zur Herstellung von Fertigteilen durch Kaltfließpressen führen zur Umformung eines Rohlings in aller Regel mehrere Preßschritte aus. Zuvor wird durch Abschneiden von einem üblicherweise runden Stangenmaterial der Rohling gewonnen, der dann automatisch in das eigentliche Preßwerkzeug eingesetzt wird. Der Abschneidvorgang, für den weithin das sogenannte Kaltgenauscheren üblich ist (Drahtwelt 2-1979, Seite 54ff), ist in die Arbeitsschritte der Presse integriert (DE 36 35 677 A1). Die Länge des Rohlings wird dabei mittels einer Einzugseinrichtung bestimmt, die den Draht dem Schneidwerkzeug zuführt, wobei die Einzugslänge und damit die Länge des Rohlings mittels eines Kulissensteines einstellbar ist.
Dem Schneidwerkzeug ist ein Anschlag zugeordnet, gegen den das Drahtende gefahren werden kann. - Das Kaltgenauscheren ist auch für die Gewinnung von Rohlingen aus Kupfer gebräuchlich; die Mindestlänge solcher Rohlinge kann bei Stangenmaterial mit einem Durchmesser d von 6 bis 35 mm 0,2 d betragen, wenn der zu trennende Stangenwerkstoff zuvor durch Verdichtung im Raumdruckspannungszustand bis zur Fließgrenze gebracht wird. - (Drahtwelt 1979). Bei sehr kleinen Preßteilen, wie es Endelektroden von gasgefüllten Überspannungsableitern sind, müssen die Rohlinge gegebenenfalls von einem Kupferdraht mit einem Durchmesser von etwa 4,5 mm abgeschnitten werden.
Bei der Umformung von Rohlingen zu Fertigteilen in zwei Preßschritten kommen häufig sogenannte einstufige Doppeldruckpressen zur Anwendung, bei denen das Preßwerkzeug aus einem ersten, in einer feststehenden Halterung angeordneten Formteil, d.h. einer einzigen Matrize, und aus zwei weiteren dieser Matrize zugeordneten, in bewegbaren Halterungen angeordneten Formteilen, d.h. Stempeln, und zwar einem sogenannten Vorstaucher und einem sogenannten Fertigmacher, besteht. Wenn zur Umformung des Rohlings mehr als zwei Preßschritte erforderlich sind, werden sogenannte Mehrstufenpressen eingesetzt, bei denen jedem Umformschritt eine eigene Matrize und ein eigener Stempel zugeordnet sind, wobei der umzuformende Rohling von Umformstufe zu Umformstufe transportiert wird (Handbuch "Stauchen und Pressen", Karl Hansa-Verlag München, 1973).
Bei Gesenkschmieden, die mit einem geschlossenen Gesenk arbeiten, ist es erforderlich und üblich, den Rohling volumengleich zum Fertigteil zu bemessen (DE 38 05 628 A1).
Zur Herstellung von aus einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung bestehenden Endelektroden für gasgefüllte Überspannungsableiter ist es weiterhin bekannt, den Kaltfließpreßvorgang so zu gestalten, daß die Endelektrode mit fertig geformtem Lötflansch - ein hinsichtlich der Einhaltung seiner Abmessungen besonders kritischer Bereich - die Presse verläßt; dies setzt einen zum Fertigteil volumengleichen Rohling voraus (Bemusterung der Patentanmelderin mit Endelektroden durch die Firma Biegelow, USA, im März 1994).
Bei der Herstellung von napfartigen, d.h. mit einer kegeligen Kalotte versehenen Endelektroden aus Kupfer mittels einer einstufigen Doppeldruckpresse war es bisher nicht möglich, mit einem zum Fertigteil volumengleichen Rohling zu arbeiten. Der Lötflansch wurde vielmehr mit Übermaß gefertigt und dieser Lötflansch in einem gesonderten Arbeitsgang auf Fertigmaß geschnitten. - Ein solcher Schneidvorgang wäre grundsätzlich auch in eine Mehrstufenpresse integrierbar. Das Werkzeug einer Mehrstufenpresse kann aber auch so ausgestaltet sein, daß ein zum Fertigteil volumengleicher Rohling verarbeitbar ist (an die Patentanmelderin gelieferte Pressen der Fa. Schumag, DE; Werkzeug der Fa. K. Sieber GmbH & Co. KG, DE).
Bei der genannten Herstellung von napfartigen Elektroden aus Kupfer mit einer einstufigen Doppeldruckpresse weist die Matrize einen mit einer Waffelung versehenen Gegenstempel auf und ist mit einem Einsatz versehen, der zur Formung des eigentlichen Elektrodenkörpers und der Außenwand der Kalotte dient (ähnlich wie bei Pressen zur Herstellung von Bundhülsen, siehe Fachbuch "Kaltfließpressen von Stahl und Nichteisenmetallen", Bildteil, Seite 161, Springer-Verlag, 1983 sowie "Kaltformfibel II, Seiten 189/214, Michael Trilsch-Verlag, DRAHT-WELT, Düsseldorf, 1962). Weiterhin weisen der Vorstaucher eine Vorstauchernadel zur Vorformung des Elektro-denkörpers sowie ein Füllstück zur Hubbegrenzung der Vorstauchernadel und der Fertigmacher einen Einsatz mit einem Zapfen zur Formung der Kalotte und mit einer an den Zapfen angrenzenden planen Kreisringfläche zur Formung des Lötflansches auf. Dabei halten der Vorstaucher und der Einsatz des Fertigmachers im vorderen Totpunkt einen Abstand zur Matrize ein.
Ausgehend von einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 und von einem Preßwerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 2 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Umformung des Kupfer-Rohlinges zu einer Endelektrode rationeller zu gestalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bezüglich des Verfahrens vorgesehen, daß ein Kupfer-Rohling abgeschnitten wird, dessen Volumen dem Volumen der herzustellenden Endelektrode entspricht und daß mit dem zweiten Preßschritt der herzustellenden Endelektrode ihre endgültige Form gegeben wird; bezüglich des Preßwerkzeuges sind folgende Maßnahmen vorgesehen:
  • 1.: Zum Zwecke der Volumengleichheit zwischen Rohling und fertiggepreßter Endelektrode weist der Kulissenstein eine solche Länge auf, daß die Länge des abgeschnittenen Drahtstückes kleiner als der Durchmesser des Runddrahtes ist.
  • 2.: Die Vorstauchernadel weist eine abgerundete Kante auf und das Füllstück der Vorstauchernadel ist derart bemessen, daß die Vorstauchernadel im eingefahrenen Zustand des Vorstauchers aus der Vorstaucherbuchse heraus- und um etwa 0,5 mm in die Matrize hineinragt.
  • 3.: Der Matrizeneinsatz weist eine zylindrische Bohrung auf, die den Außendurchmesser des Lötflansches festlegt und in die zur Formung des eigentlichen Elektrodenkörpers und der Außenwand der Kalotte eine Einsatzbüchse eingesetzt ist; dabei weist zur Formung des Lötflansches die Stirnfläche der Einsatzbüchse von der Stirnfläche der Matrize einen Abstand auf, der etwa 5 % kleiner als die Dicke des herzustellenden Lötflansches ist.
    • Diese Ausgestaltung des Umformverfahrens und der zur Durchführung des Umformverfahrens benötiaten Werkzeuge führt zu einem Fortfall des bisherigen Arbeitsganges "Randbeschneidung" mit dem bekannten Vorteil des geringeren Materialverbrauches. Dies wird dadurch möglich, daß die Länge des Rohlinges allein durch die Länge des Kulissensteines bestimmt wird und daß im ersten Preßschritt durch die Gestaltung des Vorstauchers die Kalotte der Elektrode vorgeformt wird.
    Ein Ausführungsbeispiel von wesentlichen Teilen eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Preßwerkzeuges ist in den Figuren 1 bis 5 dargestellt. Dabei zeigt
    Figur 1
    die Matrize des Preßwerkzeuges mit zugeordnetem Fertigmacher,
    Figur 2
    den Einsatz und die Einsatzbüchse der Matrize,
    Figur 3
    den der Matrize im ersten Preßschritt zugeordneten Vorstaucher,
    Figur 4
    den der Matrize im zweiten Preßschritt zugeordneten Fertigmacher und
    Figur 5
    eine mit dem Preßwerkzeug hergestellte Endelektrode.
    Gemäß Figur 5 sollen Endelektroden 1 hergestellt werden, die im wesentlichen aus dem eigentlichen Elektrodenkörper 2 und einem Lötflansch 3 bestehen, wobei Lötflansch und Elektrodenkörper über eine hohlkegelartige Wand 4 miteinander verbunden sind, die eine keglige Kalotte 5 bildet. In diese Kalotte ragt ein Schweißstutzen 6 zum Anschweißen eines Anschlußdrahtes an die Elektrode 1 hinein.
    Zur Herstellung einer solchen Endelektrode dient ein Preßwerkzeug, das gemäß den Figuren 1 und 3 im wesentlichen aus einer ortsfest angeordneten Matrize 10 und zwei dieser Matrize zugeordneten stempeln 20 und 30 besteht, wobei es sich bei dem Stempel 20 um einen Vorstaucher und bei dem Stempel 30 um einen Fertigmacher handelt.
    Die Matrize 10 weist eine durchgehende, abgestufte Bohrung auf, in die zunächst ein Füllstück 17 und ein Einsatz 11 eingesetzt sind. In die Bohrung des rohrförmigen Einsatzes 11 ist eine Einsatzbüchse 14 eingesetzt, deren Stirnfläche 15 innerhalb der Bohrung 12 des Einsatzes 11 gegenüber der Stirnfläche 13 des Einsatzes 11 um einen Abstand a zurückgesetzt ist. Dieser Abstand entspricht im Prinzip der Dicke des Elektrodenflansches 3, um in diesem Bereich den Elektrodenflansch zu formen; er ist jedoch um etwa 5 % kleiner als die Dicke des herzustellenden Lötflansches.
    Gemäß Figur 1 enthält der Fertigmacher 30 einen Einsatz 31, der das formgebende Teil des Fertigmacher 30 bildet und der gemäß Figur 4 mit einem Zapfen 33 zur Fertigformung der Kalotte 5 der Endelektrode versehen ist und der weiterhin angrenzend an den Zapfen mit einer planen Kreisringfläche 32 zur Formung des Lötflansches 3 versehen ist. Der Fertigmacher 30 wird dabei in der zugehörigen Kaltfließpreßmaschine so geführt, daß er im vorderen Totpunkt mit seiner Kreisringfläche 32 einen Abstand b von der Stirnfläche 15 des Einsatzes 11 der Matrize 10 einhält, der etwa 5 % der Dicke des herzustellenden Lötflansches 3 beträgt. Bei einer Dicke des Lötflansches von beispielsweise 0,48 mm beträgt der Abstand b etwa 2/100 mm.
    Zur Formung der Elektrode 1 ist in die Matrize 10 noch ein Gegenstempel 16 eingeführt, der von einer Halterung 18 getragen ist.
    Gemäß Figur 3 ist der Matrize 10 in einem ersten Preßschritt der Vorstaucher 20 zugeordnet, der u.a. eine Buchse 21 zur Führung der Vorstauchernadel 22 aufweist und dessen Vorstauchernadel 22 im Kantenbereich 23 leicht gerundet ist. In dem Hinterraum 24 des Vorstauchers sind eine nicht näher dargestellte Feder und ein nicht näher dargestelltes Füllstück zur Bestimmung der Eindringtiefe der Vorstauchernadel 22 in die Matrize 10 angeordnet. Das Füllstück ist dabei so bemessen, daß die Vorstauchernadel 22 im eingefahrenen Zustand des Vorstauchers in die Matrize um etwa 0,5 mm hineinragt und dadurch die Kalotte der Endelektrode vorformt.

    Claims (2)

    1. Verfahren zur Umformung eines Kupfer-Rohlinges durch Kaltfließpressen in eine mit einer kegeligen Kalotte und einem Lötflansch versehene Endelektrode für einen gasgefüllten Überspannungsableiter,
      bei dem zunächst in einem ersten Fertigungsschritt der Kupfer-Rohling von einem Runddraht mit einem Durchmesser von etwa 4,5 mm abgeschnitten wird und bei dem anschließend der Kupfer-Rohling zwischen ein erstes, in einer feststehenden Halterung angeordnetes Formteil und zwei weiteren, in bewegbaren Halterungen angeordneten Formteilen eingebracht und die beiden weiteren Formteile in zwei Preßschritten nacheinander gegen den Kupfer-Rohling gefahren werden,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß ein Kupfer-Rohling abgeschnitten wird, dessen Volumen dem Volumen der herzustellenden Endelektrode entspricht, und daß mit dem zweiten Preßschritt der herzustellenden Endelektrode (1) ihre endgültige Form gegeben wird.
    2. Preßwerkzeug mit einem zugeordneten Schneidwerkzeug für eine einstufige Doppeldruckpresse zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1,
      bestehend aus einer Matrize und aus zwei dieser Matrize zugeordneten Stempeln, nämlich einem Vorstaucher und einem Fertigmacher, wobei
      die Matrize einen mit einer Waffelung versehenen Gegenstempel aufweist und mit einem Einsatz versehen ist, der zur Formung des eigentlichen Elektrodenkörpers und der Außenwand der Kalotte dient,
      der Vorstaucher eine innerhalb einer Vorstaucherbuchse geführte Vorstauchernadel zur Vorformung des Elektrodenkörpers sowie ein Füllstück zur Hubbegrenzung der Vorstauchernadel und
      der Fertigmacher einen Einsatz mit einem Zapfen zur Formung der Kalotte und mit einer an den Zapfen angrenzenden planen Kreisringfläche zur Formung des Lötflansches aufweist,
      der Einsatz des Fertigmachers im vorderen Totpunkt einen Abstand zur Matrize einhält
      und das zugeordnete Schneidwerkzeug eine Einzugseinrichtung aufweist, die zur Bestimmung der Länge des als Rohling abzuschneidenden Drahtstückes mit einem Kulissenstein versehen ist,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Kulissenstein eine solche Länge aufweist, daß die Länge des abgeschnittenen Drahtstückes kleiner als der Durchmesser des Runddrahtes ist,
      daß die Vorstauchernadel (22) eine abgerundete Kante (23) aufweist und das Füllstück der Vorstauchernadel derart bemessen ist, daß die Vorstauchernadel im eingefahrenen Zustand des Vorstauchers aus der Vorstaucherbuchse heraus- und in die Matrize um etwa 0,5 mm hineinragt,
      und daß der Matrizeneinsatz (11) eine zylindrische Bohrung (12) aufweist, die den Außendurchmesser des Lötflansches (3) festlegt und in die zur Formung des eigentlichen Elektrodenkörpers (2) und der Außenwand (4) der Kalotte (5) eine Einsatzbüchse (14) eingesetzt ist,
      wobei zur Formung des Lötflansches die Stirnfläche (15) der Einsatzbüchse von der Stirnfläche (13) der Matrize (10,11) einen Abstand (a) aufweist, der etwa 5% kleiner als die Dicke des herzustellenden Lötflansches (3) ist.
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