DE4138760A1 - Herstellungsverfahren fuer einen formkoerper, insbesondere fuer batteriepole - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Herstellungsverfahren für einen Formkörper, insb. für Batteriepole, bei dem der Formkörper einen Grundkörper aufweist, der mit einem Teilkörper drehfest verbunden ist und wobei der Grund- und der Teilkörper aus Nichteisenmetall oder der eine Körper aus einem Nichteisenmetall und der andere Körper aus einem Eisenmetall, beispw. Stahl, besteht.

In der Technik werden bei den verschiedenartigsten Anwendungen Formkörper benötigt, die einerseits den Teilkörper und andererseits den Grundkörper aufweisen. Der Grundkörper soll dabei drehfest mit dem Teilkörper verbunden sein, so daß sich letztendlich der Formkörper als ein Bauteil ergibt. Dabei ist es oftmals erforderlich, den Grundkörper aus einem anderen Material als den Teilkörper herzustellen.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Herstellung solch eines Formkörpers, bei dem der Grund- und der Teilkörper entweder aus Nichteisenmetallen bestehen, oder aber der eine Körper, beispw. der Grundkörper, aus einem Nichteisenmetall hergestellt ist, der andere Körper, hier der Teilkörper, aus einem Eisenmetall.

Solche Formkörper, bei denen der Grundkörper aus einem Nichteisenmetall und der Teilkörper aus einer Messinglegierung besteht, finden beispw. Anwendung bei der Herstellung von Akkumulatoren und werden dort als sogenannte Batteriepole benutzt.

Wichtig bei diesen Batteriepolen ist, daß eine möglichst innige Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Teilkörper besteht, damit der durch die Batteriepole hervorgerufene elektrische Widerstand klein gehalten werden kann.

Die bekannte Herstellung der Batteriepole erfolgt durch einen Gußvorgang. Dafür wird eine dem Formkörper entsprechende, meist teilbare Gußform hergestellt, in die der vorher bearbeitete, aus Messing bestehende Teilkörper eingelegt wird. Anschließend wird in die Gußform flüssiges Buntemetall gegossen, welches dann den Teilkörper umgibt. Nach dem Erstarren des Buntmetalles wird der Formkörper bzw. der Batteriepol aus der Gußform gelöst und bearbeitet.

Nachteilig an diesem bekannten Herstellungsverfahren ist, daß keine feste Verbindung zwischen dem gegossenen Grundkörper und dem Teilkörper zustande kommt. Dies hat zur Folge, daß der elektrische Widerstand in dem Batteriepol relativ groß ist und somit die Leistungskapazität des Akkumulators mindert.

Weiterhin nachteilig ist, daß eine oft notwendige Schraubverbindung an dem eingegossenen Teilkörper nur beschränkt sinnvoll angebracht werden kann, da beim Anziehen bzw. Lösen der Mutter die auftretenden Drehmomente von dem Teilkörper auf den Grundkörper übertragen werden. Aufgrund der relativ lockeren Verbindung zwischen den beiden Körpern bewirkt das Drehmoment teilweise ein Aufheben der Verbindung, so daß sich der Teilkörper in dem Grundkörper dreht. Dadurch bedingt ist ein Lösen bzw. Befestigen der Mutter nicht mehr möglich. Auch ist dann die elektrische Leitfähigkeit weiter reduziert oder sogar ganz unterbrochen, so daß der Akkumulator unbrauchbar wird.

Hinzu kommen die weiteren bei Gußvorgängen bekannten Nachteile. So ist eine Nachbehandlung des Formkörpers nach dem Gußvorgang erforderlich, welche die Herstellungskosten erhöht. Weiterhin muß stets mit Lunkerbildungen gerechnet werden, wodurch die Festigkeit gemindert wird, bzw. durch entsprechende Sicherheitsfaktoren der Formkörper überdimensioniert werden muß. Auch dies erhöht die Herstellungskosten erheblich.

Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Grund- und dem Teilkörper ist es bekannt, den Teilkörper zumindest in dem Bereich, in dem er in den Grundkörper eingegossen wird, zu verzinnen. Dies ist jedoch sehr kostenintensiv. Abgesehen davon besteht die Gefahr, daß bei Erwärmung, beispw. einem hohen Stromfluß, die Zinnschicht schmilzt und somit ihre Funktion nicht mehr übernehmen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Herstellungsverfahren für einen Formkörper, insb. für Batteriepole, derart weiterzubilden, daß eine hochfeste Verbindung zwischen Eisen und Nichteisenmetall bzw. zwischen zwei Nichteisenmetallen herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Grund- und der Teilkörper als Grundkörper- und Teilkörperrohling in eine dem Formkörper entsprechende Preßform eingebracht werden, daß der Teilkörperrohling zumindest mit einem Einschubbereich in eine dem Einschubbereich entsprechende Öffnung des Grundkörperrohlings eingebracht wird und daß unter Druckaufwendung in der Preßform die beiden Rohlinge zu dem Grundkörper verpreßt werden.

Bei der Lehre der vorliegenden Erfindung wird somit auf das bisher benutzte Herstellungsverfahren, das Gußverfahren, bei der Herstellung derartiger Formkörper verzichtet. Statt dessen wird erfindungsgemäß ein Preßverfahren vorgeschlagen. Dafür werden der Grundkörper und der Teilkörper als Grundkörperrohling und als Teilkörperrohling dem Preßverfahren zugeführt. Die Abmessungen der beiden Rohlinge richten sich zum einen nach dem gewünschten Formteil und zum anderen nach der erforderlichen Festigkeit der Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Teilkörper im fertigen Formkörper. Weiterhin sind die verwendeten Materialien und die Höhe des aufzubringenden Druckes als Parameter bei der Berechnung der Abmessungen der Rohlinge zu berücksichtigen. Die konkreten Abmessungen lassen sich somit durch einfache Versuche oder durch Berechnungen ermitteln.

Der Teilkörperrohling weist den Einschubbereich auf und der Grundkörperrohling die Öffnung. Der Einschubbereich und die Öffnung sind derart aufeinander abgestimmt, daß der Teilkörperrohling mit seinem Einschubbereich in die Öffnung des Grundkörperrohlings eingebracht werden kann. Dabei ist es nicht erforderlich, eine hochwertige Passung vorzusehen. Es ist ausreichend, wenn die Wandung der Öffnung zumindest überwiegend an der Wandung des Einschubbereiches zum Anliegen kommt. Die Form der Öffnung einerseits und die des Einschubbereiches andererseits sind in gewissen Grenzen frei wählbar. Vorzugsweise wird aber ein Kreisquerschnitt benutzt werden. Aber auch andere Formen, beispw. mit einem eckigen Querschnitt sind möglich.

Nach dem Einbringen des Teilkörperrohlings und des Grundkörperrohlings in die Form wird der Teilkörperrohling mit seinem Einschubbereich in die Öffnung des Grundkörperrohlings eingebracht. Es versteht sich von selbst, daß auch ein umgekehrtes Vorgehen möglich und in einigen Fällen durchaus sinnvoll sein mag.

Wichtig ist letztendlich nur, daß die beiden Rohlinge zumindest in dem Einschubbereich miteinander eine Überlappung aufweisen.

Nach dem Einbringen der beiden Rohlinge in die Preßform und der Herstellung der Überlappung wird auf die Rohlinge ein Druck aufgebracht. Der Druck ist derart bemessen, daß eine Verformung der Rohlinge unter der Druckeinwirkung erfolgt und zwar derart, daß die Rohlinge der Negativform der Preßform folgen, d. h., daß zumindest einer der Rohlinge verformt wird. Im Normalfall wird sowohl eine Verformung des Grundkörperrohlings als auch des Teilkörperrohlings vorgesehen sein. Die Verformung muß mindestens in dem Überlappungsbereich zwischen dem Grundkörperrohling und dem Teilkörperrohling erfolgen, damit dort dann die gewünschte hochfeste Verbindung bei dem fertigen Formkörper hergestellt ist.

Durch die Verformung findet eine Verdichtung des verformten Materials statt. Diese Verdichtung bewirkt, daß auch kleinste Einbuchtungen/Erhebungen von dem Material ausgefüllt bzw. umgeben werden. Es ergibt sich dadurch eine Art von Verzahnung zwischen den beiden Rohlingen, welche den festen Halt untereinander bewirkt.

Hinzu kommt, daß aufgrund der Verdichtung in dem verformten Bereich eine Härtesteigerung auftritt, die einem Lösen der entstandenen Verbindung am Formteil entgegenwirkt.

Das vorgeschlagene Verfahren bietet neben dem Entstehen der hochfesten Verbindung den Vorteil, daß eine Bearbeitung des Formkörpers nach dem Preßvorgang nicht mehr erforderlich ist und somit die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden können.

Für den Grundkörperrohling und den Teilkörperrohling können Materialien unterschiedlicher Härte verwendet werden. Dadurch wird dieser oben geschilderte prinzipielle Vorgang der Schaffung der hochfesten Verbindung weiter unterstützt: Das härtere Material drückt sich bei der Verformung in das weichere ein, verdichtet dieses zusätzlich an den Eindruckstellen und bewirkt so den Zusammenhalt nach dem Verdichtungsvorgang.

Vorteilhaft kann entweder auf den Grundkörperrohling oder auf den Teilkörperrohling eine größere Verformarbeit als auf den jeweils anderen Rohling ausgeübt werden. Das Material desjenigen Rohlings, beispw. des Grundkörperrohlings, auf dem die größere Verformarbeit ausgeübt wird, verdichtet sich stärker als das des anderen Rohlings, hier des Teilkörperrohlings. Dadurch bedingt dringt das Material des Grundkörperrohlings relativ tief in das Material des Teilkörperrohlings ein und verdichtet an den Eindringstellen das Material des Teilkörperrohlings zusätzlich. Es hat sich herausgestellt, daß somit eine hochfeste Verbindung in dem fertigen Formkörper herstellbar ist.

An dem Teilkörperrohling kann an dem Einschubbereich eine Aufrauhung der Oberfläche angebracht werden. Dadurch wird erreicht, daß im Bereich der Aufrauhung eine Vorverdichtung stattfindet und ein Raum zum Eindringen des Materials des Grundkörperrohlings bereits vor der Verdichtung gezielt vorgesehen ist.

Die Aufrauhung kann in Form eines Gewindes aufgebracht werden, wobei das Gewinde vorteilhaft als Rechts-/ Linksgewinde ausgebildet ist. Dadurch ist gewährleistet, daß in jedem Fall auftretende Drehmomente sicher von der Verbindung aufgenommen werden können, ohne daß sich diese lockert.

Vorteilhaft kann der Druck mittels mindestens eines Stempels aufgebracht werden, der an einer Querseite der oder des Rohlings angreift. Der Stempel kann an derjenigen Querseite der oder des Rohlings angreifen, an der der Teilkörper in die Öffnung des Grundkörpers eingebracht ist. Dadurch ist es besonders einfach, auch unterschiedliche Verformungen von einerseits dem Grundkörperrohling und andererseits dem Teilkörperrohling zu realisieren. Es versteht sich, daß auch mehrere Stempel vorgesehen werden können, die beispw. beidseitig angeordnet sind und an je einer Querseite angreifen.

Die beiden Rohlinge können im kalten Zustand oder auch im warmen Zustand verpreßt werden. Wichtig ist nur, daß eine ausreichende Verformung stattfindet mit der Folge des Verdichtens und ineinander Eindringens.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels weiter beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte,

Fig. 2 eine Ausführungsvariante des Teilkörpers und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante des Teilkörpers.

In Fig. 1 sind die einzelnen Verfahrensschritte in schematisierter Form dargestellt. Der jeweils nachfolgende Verfahrensschritt ist durch die Pfeile 1 bis 3 gekennzeichnet.

Die ersten Teilfigur von Fig. 1 zeigt einen Grundkörperrohling 4 und einen Teilkörperrohling 5. Der Grundkörperrohling 4 weist eine Öffnung 6 auf, die zumindest an einen Einschubbereich 7 des Teilkörperrohlings angepaßt ist.

In der zweiten Teilfigur von Fig. 1 ist der Teilkörperrohling 5 und der Grundkörperrohling 4 in einer Preßform 8 eingebracht. Die Preßform 8 weist Freiräume 9 und 10 auf. Der Freiraum 10 ist entsprechend einem gewünschten Formkörper 11 ausgebildet (siehe Teilfigur vier von Fig. 1). Der Freiraum 9 ist zur Führung eines Stempels 12 vorgesehen.

Die dritte Teilfigur zeigt die Wirkrichtung des Stempels 12. Der Stempel 12 wird unter Druckaufwendung in Richtung eines Pfeiles 13 auf die Rohlinge 4 und 5 bewegt.

In der vierten Teilfigur ist der fertige Formkörper 11 dargestellt, der aus dem Grundkörper 14 und dem Teilkörper 15 gebildet ist.

Im folgenden wird nun der Verfahrensablauf geschildert:

Der fertig vorliegende Teilkörperrohling 5 wird mit seinem Einschubbereich 7 in die Öffnung 6 des Grundkörperrohlings 4 eingebracht.

Die Öffnung 6 ist vorliegend als Bohrung ausgeführt, deren Tiefe etwa 1/5 der Länge des Teilkörperrohlings 5 entspricht. Eine Passung der Bohrung des Grundkörperrohlings 4 bzw. des Teilkörperrohlings 5 ist nicht vorgesehen. Als Maß für die Bohrung ist das Nennmaß des Teilkörperrohlings 5 gewählt.

Es versteht sich, daß die Öffnung 6 auch einen anderen Querschnitt aufweisen kann, beispielsweise einen eckigen Querschnitt. Welcher Querschnitt letztendlich gewählt wird, hängt im wesentlichen davon ab, welcher Querschnitt der Teilkörperrohling 5 an seinem Einschubbereich 7 aufweist und wie kostenintensiv die Einbringung der jeweiligen Öffnung 6 ist. Bei einem runden Querschnitt des Einschubbereiches 7 wird auch der Querschnitt der Öffnung 6 rund gewählt werden. Die Öffnung 6 kann dann kostengünstig durch einen Bohrvorgang hergestellt werden.

Auch in dem Fall, in dem der Teilkörperrohling 5 einen nicht runden Querschnitt aufweist, wird in der Regel ein runder Querschnitt der Öffnung 6 gewählt werden. Der Teilkörperrohling 5 ist dann im Einschubbereich 7 durch einen Drehvorgang entsprechend anzupassen.

Die beiden über den Einschubbereich 7 und der Öffnung 6 verbundenen Rohlinge werden anschließend in die Preßform 8 eingebracht. Die Preßform 8 ist teilbar ausgebildet, damit nach dem Preßvorgang der dann fertige Formkörper 11 entfernt werden kann.

Der Stempel 12 wird in Richtung des Pfeils 13 auf eine Querseite 16 des Teilkörperrohlings 5 und eine Querseite 17 des Grundkörperrohlings 4 abgesenkt. Durch den Angriff des Stempels 12 auf die Querseiten 16 und 17 wird erreicht, daß ein großer Teil der Verformarbeit in dem Einschubbereich 7 bzw. der Öffnung 6 angreift und somit ein großer Teil der Verformarbeit für die Herstellung der Verbindung zwischen dem Grundkörper 14 und dem Teilkörper 15 in dem fertigen Formkörper 11 genutzt wird.

Der Druck beträgt etwa 4000 bar; als Material für die Rohlinge 4, 5 kann sowohl Eisen- und Nichteisenmetall als auch zwei Nichteisenmetalle, beispw. Buntmetall und Nichteisenmetall, gewählt werden. Vorliegend wurde für den Grundkörperrohlings 4 eine Bleilegierung gewählt, für den Teilkörperrohling 5 Messing.

Aufgrund des auf gebrachten Druckes findet eine Verformung der Rohlinge 4 und 5 statt, wobei der Grundkörperrohling 4 den Freiraum 10 der Preßform 8 ausfüllt.

In dem Stempel 12 ist ein Freiraum 18 vorgesehen, der entsprechend der außerhalb des Einschubbereiches 7 liegenden Form des fertigen Teilkörpers 17 ausgebildet ist und der entsprechend seinen Abmessungen den Verformungsgrad im Bereich außerhalb des Einschubbereiches 7 bestimmt.

Die Verformung im Einschubbereich 7 des Teilkörperrohlings 5 hängt von den verwendeten Materialien der Rohlinge 4 und 5 und von der Größe der Verformarbeit auf die beiden Rohlinge 4 und 5 ab: je härter das Material des beispielsweise Grundkörperrohlings 4, desto geringer wird der Teilkörperrohling 5 verformt werden. Entsprechend verhält es sich mit dem auf den jeweiligen Rohling 4; 5 aufgebrachten Druck. Demgemäß wird im Normalfall nach der Verformung ein Überlappungsbereich 19 an dem fertigen Formkörper 11 zwischen dem Grundkörper 14 und dem Teilkörper 15 vorhanden sein, dessen Grenze - anders als hier in der schematischen Darstellung gemäß der Teilfigur 4 der Fig. 1 - nicht gerade verläuft. Vielmehr bewirken örtliche Verdichtungen/Härteschwankungen, daß sich die Körper 14, 15 in dem Überlappungsbereich 19 verzahnen.

Auch der Freiraum 18 des Stempel 12 muß nicht derart ausgebildet sein, daß der aus dem Grundkörper 14 herausragende Teil des Teilkörpers 15 mit den Abmessungen in dem Überlappungsbereich 19 übereinstimmt.

In den Fig. 2 und 3 sind zwei Ausführungsvarianten des Teilkörperrohlings 5 dargestellt, wobei der jeweilige Einschubbereich 7, 7′ unterschiedlich ausgebildet ist.

Der Einschubbereich 7 des Teilkörperrohlings 5 gemäß Fig. 2 weist eine Aufrauhung auf, die als Riffelung 20 ausgebildet ist und aus kreisförmigen Rillen 21 besteht.

Auch der Einschubbereich 7′ des Teilkörperrohlings 5 gemäß Fig. 3 weist eine Aufrauhung auf. Diese ist als ein Gewinde 22 ausgebildet, möglichst als Rechts-, Linksgewinde. Auch andere Arten der Aufrauhung sind möglich.

Durch das Vorsehen der Aufrauhung 20 bzw. 22 wird die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Grundkörper 14 und dem Teilkörper 15 in dem Formkörper 11 auf Drehbeanspruchung wesentlich erhöht.

Bezugszeichenliste

 1 Pfeil
 2 Pfeil
 3 Pfeil
 4 Grundkörperrohling
 5 Teilkörperrohling
 6 Öffnung
 7 Einschubbereich
 8 Preßform
 9 Freiraum
10 Freiraum
11 Formkörper
12 Stempel
13 Pfeil
14 Grundkörper
15 Teilkörper
16 Querseite
17 Querseite
18 Freiraum
19 Überlappungsbereich
20 Riffelung
21 Rillen
22 Gewinde

Claims (10)

1. Herstellungsverfahren für einen Formkörper, insb. für Batteriepole, bei dem der Formkörper einen Grundkörper aufweist, der mit einem Teilkörper drehfest verbunden ist, wobei der Grund- und der Teilkörper aus Nichteisenmetall oder der eine Körper aus einem Nichteisenmetall und der andere Körper aus Eisen, beispw. Stahl, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund- und der Teilkörper (14, 15) als Grundkörper- und Teilkörperrohling (4, 5) in eine dem Formkörper (11) entsprechende Preßform (8) eingebracht werden, daß der Teilkörperrohling (5) zumindest mit einem Einschubbereich (7) in eine dem Einschubbereich (7) entsprechende Öffnung (6) des Grundkörperrohlings (4) eingebracht wird und daß unter Druckaufwendung in der Preßform (8) die beiden Rohlinge (4, 5) zu dem Grundkörper (14) verpreßt werden.

2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Grundkörperrohling (4) und den Teilkörperrohling (5) Material unterschiedlicher Härte verwendet werden.

3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entweder auf den Grundkörperrohling (4) oder auf den Teilkörperrohling (5) eine größere Verformarbeit als auf den jeweils anderen Rohling (4; 5) ausgeübt wird.

4. Herstellungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Teilkörperrohling (5) an dem Einschubbereich (7) eine Aufrauhung der Oberfläche angebracht wird.

5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrauhung in Form eines Gewindes (22) aufgebracht wird.

6. Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (22) als Rechts-, Linksgewinde aufgebracht wird.

7. Herstellungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck mittels mindestens eines Stempels (12) aufgebracht wird, der an einer Querseite (16; 17) der oder des Rohlings (4; 5) angreift.

8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel an derjenigen Querseite (16; 17) der oder des Rohlinges (4; 5) angreift, an der der Teilkörper (15) in die Öffnung (6) des Grundkörpers (14) eingebracht ist.

9. Herstellungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohlinge (4, 5) im kalten Zustand verpreßt werden.

10. Herstellungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohlinge (4, 5) im warmen Zustand verpreßt werden.