DE3501829C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Preßschweißverbindungen, mit zwei Anrollelektroden, wobei in jeder Anrollelektrode speichenförmige Kanäle zur Zuführung eines Kühlmittels ausgebildet sind.

Beim Preßschweißen werden zwei Teile derart vereinigt, daß die Verbindungsflächen durch niedergespannten elektrischen Strom erhitzt und dann durch Druck verbunden werden.

Aus der US-PS 24 07 676 sind gattungsgemäße Vorrichtungen mit Anrollelektroden bekannt, wobei speichenförmige Zu- und Abfuhrkanäle für Kühlmittel bis in den Umfangsbereich der Elektroden geführt sind. Eine Kühlung an der Stelle zwischen Elektrode und Werkstück, an der sie am meisten erforderlich ist, findet dabei nicht statt.

Die US-PS 18 04 059 beschreibt Punktelektroden, in welchen Kanäle zur Zuführung eines Kühlmittels ausgebildet sind, die diese in unmittelbaren Kontakt mit dem Werkstück führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart auszugestalten, daß eine leistungsfähige Kühlung der Anrollelektroden an der Stelle erfolgt, an der sie erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kanäle in der Umfangsfläche der Anrollelektrode münden, daß an der Schweißstelle eine Phasenumwandlung des Kühlmittels vom flüssigen in den gasförmigen Zustand erfolgt, und daß innerhalb der Anrollelektrode oder an deren Umfang Verschlußorgane an den Kanälen angeordnet sind. Ein derartiges Kühlmittel, das beispielsweise Wasser oder vorzugsweise flüssiger Stickstoff sein kann, wird im flüssigen Zustand bis an die Anpreßstelle herangeführt, um dann infolge der großen Wärmeentwicklung verdampfen zu können. Durch die Verdampfung wird der Umgebung und insbesondere den Elektroden Wärme entzogen, so daß die Elektroden gekühlt werden. Durch die Ausbildung der Zuführungselemente des Kühlmittels und die Menge des Kühlmittels kann die Kühlwirkung gesteuert werden. Mit Hilfe der Verschlußorgane wird gewährleistet, daß Kühlmittel nur aus den Kanälen austreten kann, die im Betrieb im Anpreßbereich der Elektrode münden, so daß die Kühlung nur an der Stelle erfolgt, an der sie erforderlich ist. In den Anrollelektroden, die insbesondere aus Elektrolytkupfer bestehen, sind die speichenförmigen Kanäle für das Kühlmittel ausgebildet, die in der Umfangsfläche der Anrollelektrode münden. Dabei können eine oder mehrere Mündungsöffnungen in der Umfangsfläche jeder Anrollelektrode ausgebildet sein. Das Kühlmittel wird dabei im flüssigen Zustand bis an den Bereich zugeführt, der der größten Wärmeentwicklung ausgesetzt ist. Nach Austreten aus der Elektrode kann das Kühlmittel schlagartig verdampfen, und die dazu erforderliche Wärmeenergie wird der Elektrode entzogen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind vom Ende jedes Kanals in der Anrollelektrode zwei Austrittskanäle zu den Stirnflächen der Elektrode hin geführt. Dadurch wird ein unmittelbarer Kontakt des Kühlmittels mit den zu verbindenden Teilen verhindert.

Die Zuleitung zu den Kanälen in den Anrollelektroden kann entweder durch die Drehachse der Elektrode geführt sein oder es kann eine Zuleitung zu den Kanälen in der Anrollelektrode koaxial zu der Drehachse auf der freien Stirnseite der Elektrode angeordnet sein. Vorzugsweise sind acht gleichmäßig verteilte Kanäle in jeder Anrollelektrode vorgesehen.

In Weiterbildung der Erfindung ist in geringem Abstand zur Umfangsfläche der Elektrode eine zylindrische Abschirmwand angeordnet, die vorzugsweise mit den Enden bis in die Nähe des Kontaktbereiches der Elektrode mit dem Werkstück geführt ist. Dadurch wird erreicht, daß das nicht an der Schweißstelle austretende Kühlmittel an einem schnellen Entweichen gehindert wird, so daß der ganzen Anrollelektrode von dem Kühlmittel Wärme entzogen wird.

Vorzugsweise ist die Abschirmwand mit Ringflächen verbunden, die bis in die Nähe der Stirnseiten der Elektrode geführt sind, so daß die Elektrode großflächig von dem Kühlmittel bestrichen wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in der Elektrode Kanäle mit Zuleitung und Ableitung ausgebildet, wobei der Verbindungsbereich der Zu- und Ableitung im Randbereich der Elektrode liegt.

Vorzugsweise ist das Volumen, d. h. der Querschnitt der Ableitung größer als das bzw. der der Zuleitung, damit das Kühlmittel zu der Wärmeaufnahme ausreichend expandieren kann.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1A und 1B bis 6A und 6B verschiedene Ausführungsformen von Anrollelektroden in Draufsicht und im Querschnitt.

Fig. 1A zeigt in Draufsicht zwei durch Preßschweißung mit­ einander zu verbindende Teile 10 und 12. An dem Teil 10 anliegend ist eine Anrollelektrode 14 eines kontinuierlich arbeitenden Preßschweißgerätes angeordnet. Anliegend an dem Teil 12 ist eine Anrollelektrode 16 angedeutet. Die An­ rollelektrode 14 besteht aus einer kreisrunden Scheibe, beispielsweise aus Elektrolytkupfer. Wie aus Fig. 1B zu er­ sehen ist, ist die Anrollelektrode 14 über ein Isolierele­ ment 18 mit einer Antriebseinheit 20 verbunden. In der An­ triebseinheit 20 und dem Isolierelement 18 ist ein Kanal 22 ausgebildet, der an eine nicht gezeigte Kühlmittelquelle, beispielsweise einen Vorratsbehälter mit flüssigem Stick­ stoff, angeschlossen ist. An den Kanal 22 schließt sich eine koaxial in der Anrollelektrode 14 ausgebildete Sackloch­ bohrung 24 an. In diese Sacklochbohrung 24 münden in der Anrollelektrode 14 speichenförmig angeordnete Kanäle 26, welche in der Umfangsfläche 28 der Anrollelektrode 14 mün­ den. Bei den in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen sind jeweils acht speichenförmig verteilte Kanäle für das Kühlmittel in den Anrollelektroden vorgesehen. Das Kühl­ mittel wird in Richtung des Pfeiles 30 durch den Kanal 22 und die Sacklochbohrung 24 in die Anrollelektrode geführt, in welcher das Kühlmittel in die speichenförmigen Kanäle 26 eintritt. Da während des Preßschweißvorganges die Anrollelek­ trode 14 stark erwärmt wird, erfolgt beim Austritt aus der Elektrode eine Phasenumwandlung des Kühlmittels von dem Zustand flüssig zu gasförmig, wobei der Umgebung der Aus­ trittsöffnung und insbesondere der Elektrode Wärmeenergie entzogen wird. Die Mündungsöffnungen der Kanäle 26 sind deshalb in dem Bereich angeordnet, in welchem die Haupt­ wärme entsteht. Durch geeignete Verschlußorgane innerhalb der Elektrode oder an derem Umfang ist es möglich, daß Kühl­ mittel nur aus den Kanälen austreten kann, die im Betrieb im Anpreßbereich der Elekroden münden. Als Kühlmittel wird bevorzugt flüssiger Stickstoff verwendet, dessen Siedepunkt bei etwa -195°C liegt. Es ist aber auch möglich, Wasser zur Kühlung der Elektrode heranzuziehen. Die in den Fig. 2A und 2B gezeigte Ausführungsform einer Preßschweißvorrichtung entspricht der Vorrichtung nach den Fig. 1A und 1B mit der Abweichung, daß das Kühlmittel über eine Zuführungsleitung 32 in Richtung des Pfeiles 34 von oben in die Anrollelek­ trode 36 zugeführt wird. Dementsprechend weisen das Antriebs­ element 20 und das Isolierelement 18 keinen Kanal zur Füh­ rung des Kühlmittels auf. In der Anrollelektrode 36 ist eine Sacklochbohrung 38 in der freien Stirnfläche 40 ausgebildet, in welche die Zuleitung 32 eingesetzt ist. Die Verteilung der Kanäle 26 entspricht der des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1A und 1B.

Die Ausführungsform nach den Fig. 3A und 3B entspricht der Ausführungsform nach den Fig. 1A und 1B mit dem Unterschied, daß an jedem Kanal 26 in der Anrollelektrode 14 bzw. 36 zwei divergierende Mündungsöffnungen 42, 44 ausgebildet sind, die etwa im Randbereich der Umfangsfläche 46 bzw. 48 der Elektrode 14 bzw. 36 münden. Damit wird eine bessere Verteilung des Kühlmittels und eine bessere Kühlung des Anpreßbereichs der Elektroden ermöglicht. Bei der Ausfüh­ rungsform nach den Fig. 3A und 3B erfolgt die Zuleitung des Kühlmittels durch das Antriebselement und das Isolier­ stück, während die Zuführung bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4A und 4B durch die freie Stirnseite der Anroll­ elektrode erfolgt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5A und 5B bzw. 6A und 6B gehen vom Ende jedes Kanals 26 in der Anrollelek­ trode 14 bzw. 36 zwei senkrecht verlaufende Austrittskanäle 50, 52 aus, die in den Stirnflächen der Anrollelektroden münden. Dadurch wird ein direkter Kontakt des Kühlmittels mit den zu verbindenden Teilen 10 und 12 verhindert.

In geringem Abstand zur Umfangsfläche 130 der Anrollelek­ trode 36 ist eine zylindrische Abschirmwand 132 angeordnet, die mit ihren Enden 134 und 136 bis in die Nähe des Kontakt­ bereichs 138 der Elektrode 36 mit dem Werkstück 10, 12 ge­ führt ist. An der Abschirmwand 132 sind Ringflächen 140, 142 angeformt, die mit ihrem inneren Rand 144 bis in die Nähe der Stirnseiten 146, 148 der Elektrode geführt sind. Die Breite der Abschirmwand 132 ist größer als die Stärke der Anrollelektrode 36, so daß Expansionskammern 150, 152 gebildet werden. Das aus den Öffnungen 50, 52 innerhalb der Abschirmwand 132 austretende Kühlmittel streicht zwischen den Stirnflächen 146 bzw. 148 und den Innenseiten der Ringflächen 140 bzw. 142 entlang, wodurch die Wärme der Elektrode abgeleitet wird. Die Abschirmwand ist über Streben 154 an dem Gehäuse 156 der Anrollelektrode be­ festigt. Eine derart ausgebildete Abschirmwand mit oder ohne Ringflächen ist ebenfalls für die Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 5 geeignet.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Preßschweißverbindungen mit zwei Anrollelektroden, wobei in jeder Anrollelektrode speichenförmige Kanäle zur Zuführung eines Kühlmittels ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (26) in der Umfangsfläche (28) der Anrollelektrode (14, 36) münden, daß an der Schweißstelle eine Phasenumwandlung des Kühlmittels vom flüssigen in den gasförmigen Zustand erfolgt, und daß innerhalb der Anrollelektrode oder an deren Umfang Verschlußorgane an den Kanälen angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Kanal (26) zwei Mündungsöffnungen (42, 44) zu den Randbereichen der Umfangsfläche (48) geführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ende jedes Kanals (26) zwei Austrittskanäle (50, 52) zu den Stirnflächen der Anrollelektrode (14, 36) geführt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung (22, 24) zu den Kanälen (26) in der Anrollelektrode (14) durch die Drehachse der Elektrode geführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung (32) zu den Kanälen (26) in der Anrollelektrode (36) koaxial zu der Drehachse auf der freien Stirnseite (40) der Elektrode angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß acht gleichmäßig verteilte Kanäle (26) in der Elektrode (14, 36) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in geringem Abstand zur Umfangsfläche (130) der Elektrode (36) eine zylindrische Abschirmwand (132) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwand (132) mit den Enden (134, 136) bis in die Nähe des Kontaktbereichs (138) der Elektrode (36) mit dem Werkstück (10, 12) geführt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwand (132) mit Ringflächen (140, 142) verbunden ist, die bis in die Nähe der Stirnseiten (146, 148) der Elektrode (36) geführt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel flüssiger Stickstoff ist.