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Der Erfinder hat beantragt, nicht genannt zu werden Die Erfindung
betrifft die Kaltpreßschweißung und insbesond=re das geradlinige Zusammenschweißen
von Drähten aus kaltschweißba.rem Metall mit rundem, ovalemoderähnlichgerundetem
Querschnitt. Die Drähte oder Stangen können vollen Querschnitt haben, sie können
aber auch verseilt, metallumsponnen oder in ähnlicher Weise vielteilig sein.
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Sollen Aluminiumdrähte mit vollem kreisförmigem Querschnitt durch
überlappten Stoß von zwei an der Verbindungsstelle geradlinigen Drähten durch Kaltpressung
zusammengeschweißt werden, so wurde bereits früher vorgeschlagen, jeden Draht zuerst
an der Stelle abzuflachen, an der er mit dem anderen Draht zusammengeschweißt werden
soll, die abgeflachten, zu verschweißenden Oberflächen durch Kratzbürsten zu reinigen
und dann die Schweißung mit zusammenarbeitenden Werkzeugen vorzunehmen, deren Schweißarbeitsflächen
in der Richtung des Metallflusses beim Schweißen eben oder im wesentlichen eben
sind. Der Arbeitsgang des Abflachens soll verhindern, daß die Drähte während des
Schweißens voneinander abgleiten.
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Es ist klar, daß dieser vorbereitende Arbeitsvorgang des Abflachens
der Drähte eine gewisse Zeit beansprucht. In diesem Zusammenhang ist es Gegenstand
der Erfindung, Schweißwerkzeuge zu schaffen, diedieses vorhergdhendeAbflachen unnötig
machen.
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Dieser Zweck wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in die ebenen
Druckflächen der Preßwerkzeuge Nuten, vorzugsweise von halbkreisförmi:
gem
Querschnitt zum Einlegen. der zu verschweißenden Drähte vorgesehen sind. Es werden
nun als Beispiele mehrere Ausführungsformen ,erfindungsgemäßer Werkzeuge mit Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben. Es :zeigt Fig. i eine Schnittansicht einer Ausführungsform
zusammenarbeitender Werkzeuge, bei der die zu verschweißenden Drähte nicht genau
in die genuteten Schweißarbeitsflächen der Werkzeuge passen, ` Fig.2 eine Schnittansicht
einer typischen mit diesen Werkzeugen erzielten Schweißstelle, Fi:g. 3 eine Schnittansicht
eines Paares zusammenarbeitender Werkzeuge, bei denen die zu verschweißendem Drähte
genau in die genuteten Arbeitsflächen der Werkzeuge passen, Fig. 4 eine Schnittansicht
einer mit diesen Werkzeugen erzielten Schweißstelle, Fig. 5 eine Schweißstelle .der
in F-ig. 4 gezeigten Art, jedoch auf kreisförmigem Querschnitt nachbearbeitet, Fig.
6 eine Seitenansicht von Werkzeugen zum Zusammenschweißen von Drähten verschiedenen
Durchmessers, Fig. 7 eine Schnittansicht nach VII-VII aus Fig. 6, Fig. 8 eine Draufsicht
auf eine geschweißte Verbindungsstelle nach .der Nachbearbeitung, Fig. 9 eine Ansicht
in vergrößertem Maßstab auf ,die Verbindungsstelle in Richtung des Pfeiles IX in
Fig. 8, Fig. io eine perspektivische Draufsicht auf ein Werkzeug eines Paares symmetrischer
Werkzeuge zum Zusammenschweißen zweier sich kreuzender Drähte, wobei auch die Drähte
vordern Schweißen gezeigt sind, Fig. i i eine- Schnittansicht nach XI-XI in Fig.
io und Fig. 12 eine perspektivische Ansicht der geschweißten Verbindungsstelle.
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Zur Vereinfachung haben: die ähnlichen Teile in allen Figuren :gleiche
Bezugszeichen erhalten.
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Die Fig. i stellt zwei Schweißwerkzeuge i und 2 aus Werkzeugstahl
oder aus weichem Stahl dar, .die in einer Presse gegeneinandergepreßt werden 1cönnen,
um die beiden Runddrähte 3 und 4 miteinander zu verschweißen. Diese Drähte 3 und
4 bestehen aus Aluminium handelsüblicher Reinheit. Die Oberflächen der Drähte 3
und 4 werden zumindest an den Überdeckungsstellen durch mechanisches Kratzbürsten
gereinigt, bevor sie zwischen die Werkzeuge i und 2 eingesetzt werden. Die ebenen,
rechteckigen Oberflächen 5 und 6 der Werkzeuge haben Längsnuten 7 und 8 von: kreisbogenförmigem
Querschnitt, deren Radius kleiner ist als .der Radius der Drähte 3 und 4, so daß
diese nicht genau in die Nuten hineinpassen. Falls z. B. der Radius der Drähte gleich
3,2 mm ist, kann der Radius der Nuten gleich 2,4 mm sein.
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Wenn die Draht- 3 und 4 in ihren entsprechenden Nuten 7 und 8 untergebracht
sind, kegen die Achsen der Drähte in der Mittelebene der Werkzeuge. Wenn die Werkzeuge
i und :2 sich mit den Drähten 3 und 4 gerade berühren, dann sind zunächst drei Linien
der Druckanwendung auf jeden; Draht vorhanden. Eine Drucklinie entsteht dort; wo
der eine Draht gegen den anderem stößt, und die beiden anderen Drucklinien bilden
sich da, wo ein Draht gegen die entsprechende Seite der Öffnung der zugehörigen
Nut 7 bzw. 8 stößt. Diese drei Drucklinien bestimmen die gesicherte Lage eines jeden
Drahtes und machen das Abflachen der Drähte überflüssig.
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Werden die Werkzeuge i und 2 einander genähert, so fließt das Metall
der Drähte von der Mittelebene der Werkzeuge i und :2 nach außen und füllt auch
die Nuten 7 und 8 der Werkzeuge. Der seitlich gerichtete Metallfluß von .der Mittelebene
aus erzeugt das Zusammenschweißen der Drähte. Um eine zufriedenstellende Schweißung
zu erzielen, müssen die Werkzeugarbeitsflächen 5 und 6 bis auf einen solchen Abstand
zueinander gebracht werden, ,daß die endgültige Metalldicke zwischen den Werkzeugarbeitsflächen
5 und 6 ungefähr 30°/o des gemeinsamen Durchmessers ,der beiden Aluminiumdrähte
3 und 4 ausmacht: Falls die Drähte aus Kupfer oder e inem anderen Material von geringerer
Schweißbarkeit bestehen, kann eine etwas größere Verminderung der Stärke erforderlich
sein.
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Die Fig.2 zeigt den Querschnitt der geschweißten Verbindungsstelle.
Man erkennt daraus, daß jede Seite der geschweißten Verbindungsstelle einen rippenartigen
Teil 9 bzw. ro hat, der durch die Nuten 7 und 8 gebildet worden ist. Die durch diese
Teile gebildete Mittelrippe hat den zusätzlichen Vorteil, die Festigkeit der Verbindungsstelle
zu verbessern. Im Bedarfsfall können die Drähte 3 und 4 miteinander dort verschweißt
werden, wo sie in dieser Mittelrippe ,zusammentreffen, wobei die Hauptschweißung
auf jeder Seite der Rippe erfolgt, wobei jedoch, wie sich aus dem Nachfolgenden
ergibt, eine fortlaufende Schweißung quer zur Verbindungsstelle .durch geeignete
Formgebung der Werkzeugarbeitsflächen erzielt werden kann.
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Die Breite der ebenen Druckflächen 5 und 6 wird zweckmäßig so groß
gewählt, daß das seitlich fließende Metall nicht über die Druckflächen in der Weise
hinaustreten kann, wie es in Fig.2 dargestellt ist. Die Werkzeugarbeitsflächen 5
und 6 brauchen, obgleich sie in der Richtung des Metallflusses- beim Schweißen gerade
sind, in der zum dargestellten :Schnitt senkrechten Richtung nullt gerade zu sein.
So können die Schweißarbeitsflächen den Umfang von Walzen geeigneten Durchmessers
bilden. Drähte verschiedenenDurchmessers und/oder verschiedenartigen Materials können
auch mit Werkzeugen zusammengeschweißt werden, welche die in Fig. i dargestellte
allgemeine Form haben.
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In Fällen, wo eine Schweißwerkzeugfläche mit einer Nut versehen ist,
die .dem zu sehweißenden Draht genau angepaß.t ist, werden Schweißstellen erzielt,
die nicht nur seitlich,der Nut in der Werkzeugarbeitsfläche, sondern auch quer zur
Nutöffnung ausreichend fest sind. Diese Wirkung wird dadurch erreicht, daß die Nut
genügend tief gemacht
wird. Falls zwei Drähte mit gleichem Querschnitt
geradlinig miteinander' .so verschweißt werden sollen, daß die nachbearbeitete Schweißstelle
den gleichen Querschnitt hat wie die Drähte, müssen die Nuten in den Werkzeugen
oder Querschnittsform des Drahtes entsprechend gestaltet sein. Da jede Nut nicht
ganz die Hälfte einer Drahtoberfläche umschließt, sind Lücken für die seitliche
Verdrängung des Metalls zu belassen. Es sind zufriedenstellende Schweißungen zwischen.
verschiedenartigen Werkstoffen erzielt worden. Auf diese Art kann ein. Draht aus
Aluminium handelsüblicher Reinheit, z. B.. mit einem Durchmesser von 6,4 mm, mit
einem Draht aus geglühtem, hochwertigem Kupfer von gleichem Durchmesser zufriedenstellend
verschweißt werden, .so daß sich eine nachbearbeitete Schweißstelle mit dem gleichen
Durchmesser von 6,4 mm ergibt.
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Dadas Metall beim Schweißen seitlich wegfließt, ist es schwierig oder
unmöglich, das Nachbearbeiten durch die Werkzeuge selbst vorzunehmen. Diese Nachbearbeitung
muß gesondert durch Scheren oder Messer .durchgeführt werden. Eine nicht bearbeitete
Schweißstelle zwischen gleichen Drähten hat eine Zugfestigkeit, .die ungefähr 70V01
der Festigkeit der Drähte selbst ausmacht, und eine elektrische Leitfähigkeit an
der Schweißstelle, die pro Längeneinheit besser ist als die des Drahtes selbst.
Eine Nachbearbeitung der Schweißstelle auf gleichen Querschnitt der Drähte vermindert
die elektrische Leitfähigkeit, beeinflußt aber nicht wesentlich die Festigkeit.
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Genutete Werkzeuge der zuletzt erwähnten Art sind in Fig. 3 der Zeichnungen.
dargestellt. Dabei ist jedes Werkzeug i oder 2 mit einer Nut 7 bzw. 8 versehen,
die genau in die kreisförmige Oberfläche der zu verbindenden Drähte 3 oder 4 hineinpaßt.
Die Tiefe jeder Nut ist aus dem obengenannten Grunde etwas geringer als der halbe
Durchmesser eines jeden Drahtes 3 oder 4. Seitlich jeder Nut befindet sich eine
weitere Nut 13 bzw. 14, die dem während,des Schweißens .seitlich verdrängten Metall
arigepaßt ist. Die Schweißwerkzeugflächen 5 -und 6 seitlich außerhalb der Nuten
13 und 14 haben gleiche Höhe mit den. Mittelachsen der Drähte 3 und 4 und wirken
als Anschläge. Die äußeren Querschnittsteile der Oberflächen 5 und 6 stehen dabei
über die inneren Querschnittsteile um den Betrag d hervor, so daß beim Schweißen
dort, wo die Werkzeugarbeitsflächen 5 und 6 zusammentreffen, eine Lücke von der
Größe 2 d zwischen den inneren Querschnittsteilen der Arbeitsflächen der Werkzeuge
i und 2 entsteht, in die das seitliche abfließende Metall hineinfließen kann. Die
Abmessung d '.hängt natürlich von. dem Durchmesser der zu verschweißenden Drähte
ab. Die geschweißte Verbindungsstelle ist in Fig.4 im Schnitt gezeigt. Dabei erstreckt
sich die Schweißstelle nur ;zwischen den Ebenen X und Y, wobei keine
Schweißung an den Teilen 15 und 16 in den Nuten 13 und 14 erfolgt: Die Teile 15
und 16 können zusammen mit den dünnen Stegen von der Stärke 2 d weggeschnitten werden.
Der endgültige Querschnitt kann dann, wie in Fig.5 veranschaulicht, gleich dem Querschnitt
der Drähte 3 und 4 sein,.
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BeiDrähten verschiedenenDu:rchmessers hat man gafun@den, daß zusammenarbeitende
Werkzeuge verwendet werden können, von denen das eine mit einer Nut versehen und
das andere eben ist.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen. Werkzeuge dieser Art zum Zusammenschweißendes
Endes eines Kupferdrahtes 17 von z. B. 2,64 mm Durchmesser mit dem Ende eines Kupferstabes
18 von 6,4 mm Durchmesser, wobei der Draht weich und der Stab halbhart ist. Die
zu verschweißenden Teile werden vor dem Schweißen in bekannter Weise durch Kratzbürsten
gereinigt, und der Draht 17 kann außerhalb der Schweißstelle in, einigen Windungen
ig um den Stab 18 gebogen sein. Das Ende des Stabes 18 ist in einem genuteten Werkzeug
2 untergebracht, dessen Nutdurchmesser dem tdes Stabes 18 gleich ist. Die Tiefe-
der Nut 8 ist so für das vorgenannte Beispiel gewählt, daß der Abstand der Oberfläche
6 ,des Werkzeuges 2 zur waagerechten Ebene der Stabachse o,5i mm ausmacht. Das Werkzeug
i, das mit dem genuteten Werkzeug 2 :zusammenarbeitet und auf dem Draht 17 ruht,
ist eben und so lang wie das andere Werkzeug, das direkt darüber angeordnet ist
und mit .der Teilnut g versehen, ist. Das Ende des ebenen Werkzeuges i, das von
den freien Enden des Drahtes 17 und des Stabes 18 abgewandt ist und auf dem Draht
17 an der Stelle ruht, wo es die Schweißstelle erreicht, ist mit einer Teilnut g
versehen, .die in ihrer Längsausdehnung verjüngt ist. Dadurch wird gewährleistet,
daß keine plötzliche Änderung der Dicke des Drahtes 17 zwischen der Schweißstelle
und seiner übrigen Länge entsteht.
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Um den Draht 17 mit dem Stab 18 zu verschweißen, wird das ebene Werkzeug
i auf den Draht 17 und den Stab 18 gepreßt. Das Metall fließt seitwärts und in axialer
Richtung, wodurch der Draht 17 mit dem Stab 18 verschweißt wird und der Querschnitt
der Schweißstelle zu einem Halbkreis mit zwei seitlichen Ansätzen wird, die weggeschnitten
werden können, so daß sich eine Schweißstelle ergibt, wie sie in: den Fig. 8 und
g dargestellt ist.
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Selbstverständlich brauchen die Ansätze nicht nachbearbeitet zu werden,
auch ist es nicht unbedingt erforderlich, den Draht um den Stab 18 zu winden. Aber
die wenigen Windungen ig des Drahtes 17 um den Stab 18 bewirken, daß der Draht 17
nicht von dem Stab 18 abgerissen wird und sichern dadurch die kaltgeschweißte Verbindungsstelle
gegen Abreißen.
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Werkzeuge der .in Fig. 3 gezeigten Art können zum Zusammenschweißen
von Drähten verwendet werden, die eine Seele aus einem dehnbaren Material 'haben,
das nicht kaltschweißbar zu sein braucht, und einen an die Seele angrenzenden Mantel
aus einem Material, das leicht kaltgeschweißt werden kann. So können die Werkzeuge
zum Zusammenschweißen von elektrischen Leitern benutzt werden, die eine Stahlseele
und einen Kupfermantel haben. Außerdem können diese
Werkzeuge zum
zusammenschweißen von metallumsponnenen oder gelitzten Drähten. verwendet werden.
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Dann muß aber ein ,solcher Draht in seinem gewundenen Zustand ziemlich
genau in die Nut des Werkzeuges hineinpassen, und, um eine möglichst wirksame Schweißurig
zu erhalten, muß jede Litze des Drahtes durch. mechanisches Kratzbürsten gereinigt
werden. Dies kann durch Öffnender Verlitzung geschehen, die nachher wieder geschlossen
wird.
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In einigen Fällen, braucht durch Verwendung eines geeignet langen
Satzes von Werkzeugen. nicht jede Litze oder Umspinnung einzeln gereinigt zu werden,
sondern nur die Außenseite der gelitzten oder umsponnenen Drähte wird durch Kratzbürsten
gereinigt. Ist eine genügend lange Überdeckung der beiden zu verschweißenden Drähte
gegeben, dann kann eine ausreichende Anzahl getrennter Schweißungen längs der Überdeckung
ausgeführt werden.
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Die Erfindung ist besonders geeignet zum Zusammenschweißen von gelitzten
Kupferleitern.
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Die Fig. io, ii und 12 veranschaulichen, wie zwei sich kreuzende Drähte
3 und 4 miteinander verschweißt werden können, indem einfach ein Draht :zu einem
jeweils rechtwinkligen Doppelknick gebogen wird, so daß ein Teil 2o entsteht, der
über ein,--in Teil ,des anderen Drahtes 4 zwischen den Werkzeugen i und 2, zu liegen
kommt. Das untere Werkzeug 2 ist mit Paßstiften 21 und 22 versehen; die in entsprechende
Löcher,des oberen Werkzeugs eingreifen. Jedes Werkzeug ist mit einer quer verlaufenden
Nut 7 bzw. 8 und mit zwei Hilfsnuten 23 bzw. 24 versehen, -die dem Draht 3 angepaßt
sind. Damit .das Metall beim Schweißen seitwärts fließen kann, ist jedes Werkzeug
mit Aussparungen 25 auf jeder Seite der Hauptnut und entlang jeder Hilfsnut versehen.
Ausgenommen dort, wo die Aussparung 25 vorgesehen ist, umschließt jede Nut genau
-die Hälfte der Oberfläche eines Drahtes, und die ebenen Werkz-zugarbeitsflächen
stoßen beim Schweißen zusammen.
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Die geschweißte Verbindungsstelle ist in Fig. 12 veranschaulicht.
Die Grate 26 vergrößern die Festigkeit der Verbindung.