DE1627742A1

DE1627742A1 - Verfahren zur Umformung von stabfoermigem Metall in laengliche Teile mit vorgeschriebenem Querschnitt

Info

Publication number: DE1627742A1
Application number: DE19671627742
Authority: DE
Inventors: Eller Phillip E; Carlson Donald W
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1966-12-12
Filing date: 1967-10-16
Publication date: 1970-10-22
Also published as: GB1141578A; US3423819A

Description

Patentanwalt I O. Okt 1967

Dipl.-Ing. Karl■ Wessel ι

8 München 13
Hohenstaufenstr.2, Tel. 538111 ^Mein Zeichen:FK-1952

Ford- Werke Aktiengesellschaft

Köln-Niehl
Henry-Ford-Strasse

"Verfahren zur Umformung von stabförmigem Metall in längliche Teile mit vorgeschriebenem Querschnitt"

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Patentanmeldung De.No. 601 078 vom 12. Dezember 1966 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika beansprucht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung von stabförmigem Metall in längliche Teile von vorgeschriebenem Querschnitt, insbesondere eine Verfahren zur Umformung von stabförmigem Kupfer in Kommutator-Werkstücke, die bei der Fabrikation von Anlassmotoren für Kraftfahrzeuge Verwendung finden.

Nach einem früheren Verfahren zur Massenproduktion von Kommutatoren für Anlassmotoren von Kraftfahrzeugen wurde das benutzte Kupfer für die einzelnen Kommutatoren in Form von gezogenem Rohr kreisförmigen ,Querschnitts beschafft. Es wurden kurze Längenstücken von dem Rohr für die einzelnen Werkstücke abgetrennt, um die einzelnen Kommutatoren zu erzeugen. Die einzelnen

009143/0633

Werkstücke wurden in ein Ziehwerkzeug einer Zieh-Presse eingesetzt und Druck gegeben, um das Werkstück zu ziehen und um ein Kommutator-Werkstück von kreisförmiger Gestalt zu bilden.

Dieses Verfahren zur Herstellung von Kommutator-Werkstücken hat Nachteile. Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt in"der Tatsache, dass Kupfer in der Form eines gezogenen Rohres bedeutend teurer ist, als Kupfer· in der Form einer geraden Stange. Ein weiterer Nachteil des früheren Verfahrens liegt darin', dass beim Abschneiden des gezogenen Rohres beträchtliche Abfallverluste eintreten.

Daher ist es die Hauptaufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Umformung von stabförmigen Metallstücken in längliche Teile von vorgeschriebenem Querschnitt zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Umformung von stabförmigem Kupfer in Kommutator-Werkstücken von kreisförmigem Querschnitt.zu schaffen.

Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren so durchzuführen, dass sehr wenig Abfall entsteht.

Ausserdem 1st es Aufgabe der Erfindung, ein solches Verfahren zu schaffen, welches einfach auszuführen ist, wirksam im Betrieb und wirtschaftlich.

Die Kommutator-Werkstücken werden aus stabförmigem Kupfer nach dem Verfahren der Erfindung in den folgenden Stufen hergestellt. Zunächst wird der Kupferstab in kreisförmige Gestalt umgebogen^

009643/0633

die zur Herstellung des länglichen Kommutator-Werkstückes zweckmässig ist, wobei das eine Ende des Metallstabes dem anderen Ende parallel gegenüber liegt, mit etwas Abstand. Der Abstand zwischen den Enden ist so gehalten, dass ein Schweissvorgang mit einem Elektronenstrahl zwischen den Enden ausgeführt * werden kann. Alsdann wird daa Kupfer im Bereich zwischen den beiden Enden des Metallstabes dem SchweissVorgang mittels eines Elektronenstrahles ausgesetzt, sodass eine Schweissnaht zwischen den Enden erzeugt wird, wobei der Metallstab alsdann ein kreisförmiges Zieh-Werkstück bildet. Hierauf wird das Zieh-Werkstück in eine Zieh-Presse eingesetzt. Das Zieh-Werkstück wird unter Druck gesetzt und lang gezogen, so dass es ein Kommutator-Werkstück von kreisförmigem Querschnitt wird.

Weitere Aufgaben und Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles für das Verfahren anhand der Zeichnungen, auf denen zeigen:

Fig. 1 das Verfahren in mehreren Stufen, bei dem ein stabförmiges Ausgangsmaterial aus Metall in den verschiedenen Bearbeitungsstufen dargestellt ist.

Fig. 2 eine bildliche Darstellung einer Anzahl Zieh-Werkstücke in einer Elektronenstrahl-Schweissvorrichtung.

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine übliche Zieh-Presse, die zum Ziehen der Werkstücken benutzt wird.

Die Fig. 1 zeigt die Stufen des Verfahrens nach der Erfindung.

009843/0833

Sie zeigt die Gestalt des ursprünglichen Stabmetalls nach jeder Verfahrensstufe. Die,Erfindung wird bevorzugt bei der Herstellung von KommutaxtiDr-Werkstücken aus Kupfer angewendet, indessen kann das Verfahren auch zur Bildung von vielen anderen Gestalten von Zieh-Werkstücken aus verschiedenen Metallen und Metalllegierungen verwendet werden.

Bei der Verwendung des Verfahrens zur Herstellung von Kommutator-Werkstücken beginnt es mit der Abtrennung eines geraden Kupferstückes von einem langen Kupferdraht-Stab von rechteckigem Querschnitt. In der Fig. 1 ist der gerade Kupferstab in Draufsicht dargestellt und mit 10 bezeichnet. Die Enden 11 und 12 des Kupferstabes 10 werden leicht von einer Seite zur anderen abgeschrägt, um das Biegen des Kupfers in Kreisform zu erleichtern. Ausserdem wird der Stab, um ebenfalls das Biegen zu erleichtern, in die Form eines flachen W gebracht, wie es mit dem Bezugszeichen 13 in der Fig. 1 dargestellt ist. Die flache W-Gestalt 13 wird hierauf in die kreisförmige Gestalt gebogen, wie sie in der Fig. 1 mit lh bezeichnet ist. In der Gestaltung lh liegt das eine Ende 11 des Kupferstabes dem anderen Ende 12 gegenüber. Das Schneiden des. Kupferstabes auf Länge und das Abschrägen der Enden sowie das Biegen in kreiförmtge Gestalt kann durch eine geeignete Maschine erfolgen, wie z.B. eine "Torrington Vertislide-Maschine", die für den Arbeitsgang mit entsprechenden Werkzeugen ausgerüstet ist.

Nachdem der kupferne Metallstab 10 in die kreisförmige Gestalt Ik gebogen ist, wird ein Schweissvorgang mit einem Elektronenstrahl an dem Kupfer in dem Bereich der Enden 11 und 12 ausgeführt, so dass eine Schwelssnaht zwischen den Enden entsteht,

die frei von Grat ist und keine vorstehenden Teile besitzt. Die Verwendung eines SchweissVorganges mit einem Elektronenstrahl, um den Spalt zwischen den Enden des Kupferstabes 10 zu schliessen, ermöglicht eine wirtschaftlichere Herstellung eines Zieh-Werkstückes für gezogene Kommutatoren, als es bisher möglich war. Die Kosten für die Biegung und Schweissung des Kupferstabes zwecks Bildung des Zieh-Werkstückes liegen bedeutend unter den Kosten zur Herstellung eines Zieh-Werkstückes durch Beschaffung des ausserordentlich teuren Kupferrohres und darauf folgender Abtrennung einzelner Werkstücken von dem Rohr.

Der Elektronensbrahl-Schweissvorgang wird im Einzelnen anhand der bildlichen Darstellung nach Fig. 2 beschrieben. Nach Fig. 2 enthält ein evakuierter Raum 20 eine Elektronenstrahl-Schweissvorrichtung.21. Diese Schweissvorrichtung ist so angeordnet, dass sie einen Elektronenstrahl auf den Bereich der sich gegenüberliegenden Enden 11 und 12 einer Anzahl Zieh-Werkstücken 14 kreisförmiger Gestalt richtet. Die Werkstücken 1*1 sind mit ihren gegenüberliegenden Enden 11 und 12 seitlich auf einem Dorn 23 ausgerichtet, der auf einer Gleitvorrichtung 2H befestigt ist, die in der Richtung des Pfeiles A nach Fig. 2 beweglich ist. Wenn die Werkstücken 14 durch den gesammelten Sferahl der Elektronenstrahl-Schweissvorrichtung 21 hindurch bewegt werden, so ruft der Elektronenstrahl eine Schweissung zwischen den Enden 11 und 12 der Werkstücken 14 hervor. Der Schwelssvorgang kann z.B. durch einen Elektronenstrahl - Sehweisser wie den CV-2-Elektronen3trahl-Schweisser, hergestellt von Sciaky Brothers, Inc. in Chicago/Illinois, ausgeführt werden, wie er in deren Bulletin Nr. 350 vom April 1966 beschrieben ist. Im Einzelnen enthält der CV-2-Schweisaer die zu schweissenden Teile in einer

leer die zu schwei

009843/0633

Vakuum-Kammer mit einem milden Vakuum, d.h. einem Vakuum im Bereich von 10 bis 100 Mikron des absoluten Druckes.

Durch den Elektronenstrahl-Schweissvorgang wird ein Zieh-Werkstück 15 (Fig. 1) erreicht, bei dem sich eine Schweissnaht 16 zwischen den beiden Enden 11 und 12 des Ausgangsstabes aus Kupfer befindet. Die Schweissnaht 16, die durch den Elektronenstrahl Schweisser erzeugt wurde, kennzeichnet sich durch das Nichtvorhandensein von Grat und das Fehlen eines Randes oder Absatzes. Die Schweissnaht 16 kennzeichnet sich weiterhin dadurch, dass sie homogene chemische und physikalische Eigenschaften im gesamten Querschnitt besitzt. Die bessere Schweissung, die durch die Verwendung des Elektronenstrahl-Schweissvorganges erreicht wird, ermöglicht das Ziehen des Zieh-Werkstückes ohne dass ein Brucft der Schweissnaht zu befürchten ist.

Nachdem das Zieh-Werkstück 15 hergestellt ist, wird es bei einer Temperatur von 500° C 20-30 Minuten lang geglüh^t, sodass alle Spannungen und Beanspruchungen während der Formung und während der Schweissung nach dem Verfahren der Erfindung weggenommen werden. Nach dem Glühen wird das Zieh-Werkstück mit verdünnter Säure gespült, sodass seine Oberflächen geäzt werden. Hierauf wird es in eine Seifenlösung eingetaucht und diese Lösung haftet an den geäzten Flächen. Das Werkstück wird alsdann aus der Seifenlösung herausgezogen und getrocknet, sodass ein Seifenfilm an den geätzten Flächen haftet. Dieser Seifenfilm dient als Schmiermittel für den nachfolgenden Ziehvorgang.

Nach Anbringung der Seife an dem Zieh-Werkstück 15 wird dieses in den Ziehteil einer Zieh-Presse eingesetzt. Es kann eine

009843/0633

Presse verwendet v/Erden, wie sie in Fig. 3 mit 30 bezeichnet ist. Die Zieh-Presse nach Fig. 3 besitzt eine Grundplatte 31, auf der ein Werkzeugträger 32 angeordnet ist. Ein Zieh-Werkzeug 33 wird mit der unteren Fläche von dem Teil 32 getragen und mit den Seitenkanten von einer Anzahl seitlicher Stützen 3^ gehalten, die ihrerseits von der Grundplatte 31 durch nicht dargestellte Teile gehalten werden. Ein von einer nicht dargestellten geeigneten Einricttung getragener Abstreifer 35» der sieh auf das Werkzeug 33 zu und von ihm hinweg bewegt, trägt mit ihm beweglich einen Dorn 36.

Im Betrieb der Zieh-Presse 30 wird das Zieh-Werkstück 15 auf das Werkzeug 33 aufgelegt und der Abstreifer 35 vorgeschoben. Der Dorn 36 erfasst die Umfangskante des Werkstückes 15 und beginnt mit der Deformation des Werkstückes in Abwärtsrichtung über dem WErkzeug 33. Wie es ansich bekannt ist, setzt, nachdem der Dorn 36 den Zieh-Vorgang eingeleitet hat, die gleichzeitige Bewegung des Abstreifers 35 und des Domes 36 den Zieh-Vorgang fort, bis der Vorschub des Abstreifers 35 beendet ist und ein Raum festen Volumeas zwischen dem Abstreifer 35 und dem Werkzeug 33 gebildet ist. Das Endergebnis des Zieh-Vorganges ist ein Kommutator-Werkstück 17 gemäss Fig. 1.

Der Strahl-SchweissVorgang erzeugt eine Schweissnaht zwischen den Enden des ursprünglichen geraden Kupferstabes von soviel besserer Qualität, dass die Schweissnaht durch den Zieh-Vorgang nicht beeinträchtigt wird. Eine metallurgische Prüfung des Querschnittes des gezogenen Kommutators zeigt, dass die Schweiss· naht nach diesem Teil der Metallverformung, bei der sie über die Werkzeugflächen gezogen wurde, nicht mehr feststellbar ist.

009843/0633

Die Beschreibung richtet sich auf die Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung zur Umformung eines geraden Stückes Kupfer in kreisförmige Zieh-Werkstücken zwecks nachfolgenden Pressens in Kommutator-Werkstücken. Das erfindungsgemässe Verfahren kann indessen in Verbindung mit jedem Metall oder jeder Metallegierung verwendet werden, die elektronisch geschweisst werden kann und hierauf gezogen. Auch kann das Verfahren gemäss der Erfindung zur Formung unregelmässig gestalteter Zieh-Werkstücken
verwendet werden, wie z.B. T-förmiger Werkstücken.

Es wurde ein Verfahren zur Umformung von geraden Metallstücken in längliche Teile vorgeschriebenen Querschnittes beschrieben, welches in Anwendung auf die Herstellung von Kommutatoren aus Kupfer eine wesentliche Kostenersparnis mit Bezug auf den Einkauf von Kupfer ergibt und welches einfach und wirksam im
Betriebe ist.

Das Verfahren gemäss der Erfindung kann vielfach abgeändert
werden, ohne aus dem Rahmen des Erfindungsgedankens herauszutreten.

Q09843/0633

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Umformung eines stabförmigen schweissbaren Metallstückes in einen länglichen Körper mit kreisförmigem Querschnitt, insbesondere eines Kupferstabes in ein Kommutator-Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (10) zu einem Ring (14) gebogen und seine Enden (11,12) durch einen Elektronenstrahl verschwelest werden, und dass der ringförmige Teil (15) alsdann in eine Zieh-Presse eingesetzt und in die Form des Kommutator-Werkstückes (17) gezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schweissvorgang in einem Vakuum von 10 Mikron durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferstab (10) vor dem Biegen in die Ringform "zu einem gewellten flachen W(13) gebogen wird.

²J. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Zleh-Werkstück (15) zunächst geglüht und geätzt wird, und daßs auf seine Flächen alsdann eine Seifenlösung aufgebracht wird, die zur Schmierung beim Ziehen dient.

OQ9043/O633

Leerseite