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Werkzeug für Kaltpreßschweißung Die Erfindung betrifft die Kaltpreßschweißung
von Metallen, wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer usw.
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Es ist bekannt, daß bestimmte Metalle allein durch Druck ohne äußere
Zuführung von Wärme kaltgesch\ceif.it «-erden können.
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Die einfachste und nächstliegende Ausführungsart für eine derartige
Kaltschweißung ist die, als Preßwerkzeuge Preßstempel mit ebenen Preßflächen zu
benutzen, die parallel zu der zu bildenden Schweißnaht verlaufen. Um einen übermäßig
hohen Preßdruck zu vermeiden, wird man die Preßflächen möglichst klein halten, um
bei mäßigem Preßdruck einen hohen spezifischen Flächendruck an den miteinander zu
verschweißenden Stellen ausüben zu können.
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Mit derartigen Werkzeugen wird man aber, wie wohl ohne weiteres klar
ist, keine fortlaufende Schweißung einer langen Schweißnaht ausführen können. Es
ist also durchaus naheliegend, statt der Preßstempel Preßwalzen zu verwenden, die,
da sie sich nur in einer geraden Linie berühren, eine hohe spezifische Flächenpressung
ausüben können und deshalb gestatten, beliebig lange Schweißnähte herzustellen,
wie sie z. B. beim Verschweißen von Kabelmänteln vorkommen, die aus Bändern eines
hierfür geeigneten Metalls, z. B. Aluminium, in geeigneter Weise vorgeformt werden.
Die den Schweißdruck ausübenden Mantelflächen der Walzen müßten dann zylindrisch
sein, oder mit anderen Worten, das Profil der Walzen müßte geradlinig sein.
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Es ist nun ferner bekannt, daß der die Schweißung bewirkende Druck
ein Ausweichen oder Fließen des Metalls in der Fläche der Schweißnaht über
diese
hinaus bewirkt, wodurch sich ein Schweißgrat bildet. Außerdem wird man sicherheitshalber
die Breite des zum Mantel zu verformenden Metallstreifens etwas reichlich wählen,
so daß auch dadurch an der Schweißnaht überschüssiges Material vorhanden ist, das
entfernt werden muß. Dieser überschüssige Werkstoff kann mittels besonderer Werkzeuge
entfernt werden.
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Um diese zu ersparen und um die Schweißvorrichtung möglichst einfach
zu gestalten, werden die zusammenarbeitenden Werkzeuge so gestaltet, daß die Profile
der Werkzeuge an der Stelle, an der sie den Schweißdruck ausüben, geradlinig sind,
aber in einem Winkel zueinander verlaufen, so daß die außenliegenden Kanten Schneidkanten
ergeben, die den überschüssigen Werkstoff abtrennen.
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Es ist nicht nötig, daß beide Werkzeuge abgeschrägte Schweißoberflächen
haben. Nur ein Werkzeug benötigt eine solche Oberfläche. Die Erfindung kann auf
Druckwalzen, aber auch auf Werkzeuge angewandt werden, die gerade, streifenähnliche
Schweißoberflächen im Gegensatz zu den kreisförmigen Schweißoberflächen der Walzen
haben.
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Zum deutlichen Verständnis der Erfindung wird nun eine erfindungsgemäße
Ausführungsform der Schweißwalzen für eine Maschine zur Ummantelung isolierter elektrischer
Leiter mit handelsüblich reinem Aluminium als Beispiel mit Bezug auf die, in stark
vergrößertem Maßstabe ausgeführte Zeichnung beschrieben.
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Das Kabel i besteht aus einer Seele 2, die eine beliebige Anzahl von
geeignet isolierten Leitern haben kann, und aus einem Außenmantel 3 aus handelsüblich
reinem Aluminium, der um die Seele herum durch nicht gezeigte Formwalzen in der
Maschine hergestellt ist. Diese Formwalzen sind vor den Schweißwalzen 4 und 5 angeordnet
und biegen den Mantel in die erforderliche Form aus Streifen der erforderlichen
Breite, daß aufgebördelte Ränder 6 und 7 entstehen, die vor dem Schweißen radial
von der Mitte der Seele 2 aus vorspringen. Der Außendurchmesser des Mantels 3 beträgt
rund 15 mm, und die Flanschenhöhe vor dem Schweißen ist so gewählt, daß überschüssiges
Metall seitlich außerhalb der Schweißoberflächen 8 und 9 der Walzen 4 und 5 vorhanden
ist. Auf diese Weise kann die Flanschhöhe am Punkte io etwa 1,3 mm betragen. Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel macht die axial gemessene Breite der Oberflächen
8 und 9 ungefähr 0,75 mm aus, wobei der Mantel 3 etwa 43 mm stark ist. Die
axiale Breite der Oberflächen 8 und 9 kann als Abschrägungshöhe bezeichnet werden.
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Wie aus der Zeichnung deutlich ersichtlich ist, sind die wirksamen
Schweißoberflächen 8 und 9 der Schweißwalzen 4 und 5 abgeschrägt, und die Umfangsflächen
der Schweißwalzen treffen genau oder angenähert in einem Punkt i i zusammen, der
außerhalb der Kabelmitte liegt, wobei sich die Lücke zwischen den Schweißoberflächen
8 und 9 der Walzen in ihrer Größe radial nach außen vom Kabel vermindert. Es wird
deshalb verständlich sein, daß I die Lücke an der Schweißstelle, d. h. dort, wo
die Oberflächen 8 und 9 einander unmittelbar gegenüberstehen, V-förmigen Querschnitt
hat. Wenn die Flansche 6 und 7 durch die Walzen .4 und 5 laufen, werden sie zusammengeschweißt,
wobei ein Teil des Metalls radial nach innen in Richtung der Mitte des Kabels i
und ein anderer Teil, zumindest zu Anfang, radial nach außen fließt, wobei die zusammentreffenden
Umfangsflächen überschüssiges Metall abtrennen.
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Bei dem gegebenen Beispiel beträgt der Winkel zwischen den Schweißoberflächen
8 und 9 an der Schweißstelle 44°, aber natürlich kann sich dieser Winkel in Abhängigkeit
von den Schweißbedingungen ändern.
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Die oben definierte Abschrägungshöhe ist gewöhnlich ein Kompromiß
zwischen der fertiggeschweißten Flanschhöhe, die durch praktische Gesichtspunkte
bestimmt ist, und der erforderlichen Festigkeit der Schweißung und beträgt bei den
dargestellten Walzen ungefähr 70% der Dicke des Mantels 3.
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Im allgemeinen wird die Abschrägungshöhe nicht größer sein als die
Materialdicke. Der Winkel einer Schweißoberfläche 8 und 9 wird durch die Schweißbarkeit
des zu schweißenden Materials bestimmt, und es wird empföhlen, daß der größte Abstand
zwischen den Oberflächen 8 und 9 in dieser Ebene, die am weitesten von dem Punkt
i i entfernt ist, der theoretischen endgültigen Stärke gleich sein sollte, die erforderlich
ist, um mit parallelen, ebenen Werkzeugen zu schweißen, von denen ein jedes in Richtung
des Metallflusses beim Schweißen eine Breite hat, die gleich der Materialdicke ist.
Diese Regel ist auf Aluminium mit einer Reinheit von 99,5 % (handelsüblich reines
Aluminium) mit zufriedenstellenden Ergebnissen angewandt worden. Die Lücke würde
natürlich für dieses Material größer sein als beispielsweise für Aluminum mit einer
Reinheit von 99,3%, das eine geringere Schweißbarkeit 'hat.
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Bei den in der Zeichnung dargestellten Walzen 4 und 5 ist der Abstand
zwischen dem wirklichen Umfang des Mantels 3 zu dem Punkt 12, d. h. der imaginäre
Schnitt der Oberfläche 13 und 14 der Walzen 4 und 5, zu i mm gewählt worden, um
zu ermöglichen, daß sich das Metall beim Schweißen radial nach innen verschiebt.
Die Mantelform vor dem . Schweißen und ihre Lage in bezug auf die Walzen sind diesem
Erfordernis angepaßt.