DE10031689B4 - Geteilte Pingeometrie - Google Patents

Abstract

Pin-Werkzeug für das Reibrührschweißen, das sich rotierend um seine lotrecht zur Schweißnaht gelagerte Körperachse und gleichzeitig in Richtung der Schweißnaht vorwärtsbewegend in die Oberfläche des zu schweißenden Materials einreibt, wobei das Pin-Werkzeug (1) eine Multi-Pin-Geometrie bestehend aus zwei symmetrisch zueinander angeordneten Pins (2) aufweist, die mit einem Spalt (9) zueinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pins (2) jeweils eine in Drehrichtung (8) wirkende Kante (10) mit Schneidwirkung und eine abgestumpfte Kante (11) aufweisen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Pin-Werkzeug für das Reibrührschweißen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2.
• Bisher muss beim Reibrührschweißen im Totraum des entlang des Schweißstosses bewegten und sich dabei drehenden Pin-Werkzeuges mit einer vertikalen Druckaufbringung und/oder der Begrenzung der Vorschubgeschwindigkeit des Pin-Werkzeuges dafür gesorgt werden, dass dort eine ausreichende Materialverdichtung zur Ausbildung einer guten Schweißnaht stattfindet. Die Aufbringung von vertikalem Druck auf das aufgeriebene Material des Schweißstosses wird beispielsweise mit der Schulter des Pin-Werkzeuges oder von der Halterung des Pin-Werkzeuges ausgeübt.
• Aus GB 2 306 366 A ist eine Reibrührschweißvorrichtung bekannt, die u.a. mit einem Werkzeug mit Multi-Pin-Geometrie verwendet werden kann. Das Reibrührschweißwerkzeug weist beispielsweise zwei symmetrisch angeordnete Pins auf, die jeweils eine symmetrische Gestalt haben. Ferner sind in der Pin-Geometrie radiale Durchgangsöffnungen vorgesehen.
• GB 2 320 218 A beschreibt eine mobile bzw. tragbare Reibrührschweißvorrichtung. Zum Erzielen eines zufriedenstellenden Schweißergebnisses wird vorzugsweise ein Pin-Werkzeug mit zwei symmetrisch angeordneten, halbmond- bzw. sichelförmigen Pins verwendet.
• Ferner ist in WO 93/10935 ein verbessertes Reibrührschweißverfahren beschrieben, bei dem das Reibrührschweißwerkzeug eine zusätzliche Hin- und Herbewegung senkrecht zu den zu verbindenden Werkstücken durchführt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pin-Werkzeug für das Reibrührschweißverfahren zu schaffen, das eine verbesserte Schneidwirkung aufweist, um eine Verbesserung der Schweißverbindung zu bewirken.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 2 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe ein Pin-Werkzeug für das Reibrührschweißen vorgeschlagen, das sich rotierend um seine lotrecht zur Schweißnaht gelagerte Körperachse und gleichzeitig in Richtung der Schweißnaht vorwärts bewegend in die Oberfläche des zu schweißenden Materials einreibt, wobei das Pin-Werkzeug eine Multi-Pin-Geometrie bestehend aus zwei symmetrisch zueinander angeordneten Pins aufweist, die mit einem Spalt zueinander beabstandet sind, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Pins jeweils eine in Drehrichtung wirkende Kante mit Schneidwirkung und eine abgestufte Kante aufweisen.
• Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine ausreichende Materialverdichtung im Totraum erzielt, ohne dazu im Totraum extra einen vertikalen Druck aufbringen zu müssen Gleichzeitig werden die erforderlichen Vorschubkräfte am Pin-Werkzeug verringert.
• Durch die erfindungsgemäß geringer aufzubringenden, vertikalen Gesamtkräfte benötigen die zu fügenden Bauteile keine aufwendige, vertikale Abstützung, und im Zusammenhang mit den außerdem verringerten, erforderlichen Vorschubkräften ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung vorteilhaft eine Adaption des Reibrührschweißens auf einen Montage-Roboter.
• Der mit der erfindungsgemäßen Lösung erreichbare höhere horizontale Materialfluss in den Totraum ermöglicht vorteilhaft die Erzielung einer höheren Vorschubgeschwindigkeit bei Einhaltung einer guten Schweißnahtqualität. Dies wird ferner durch eine verbesserte Schneidwirkung des Werkzeuges positiv unterstützt.
• Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
• 1 zeigt eine Multi-Pin-Geometrie,
• 2 zeigt ein Pin-Werkzeug mit radialer Durchgangsöffnung.
• 3 zeigt ein Pin-Werkzeug mit zwei orthogonal zueinander angeordneten, radialen Durchgangsöffnungen.
• Das in 1 gezeigte Pin-Werkzeug 1 hat eine Multi-Pin-Geometrie und besteht aus den einzelnen, zueinander beabstandeten Pins 2, einem rotierenden und in Schweißrichtung verschiebbaren Halter 3 zur Aufnahme der Pins 2 und einem aufsetzbaren Gegenstück 4.
• Das Pin-Werkzeug 1 ist am Startpunkt der Schweißnaht mit seinen beiden Pins 2 durch eine Durchgangsbohrung 7 im Stoß der Bauteile und 6 gesteckt, die mit der Schweißnaht zusammengefügt werden. In bekannter Weise wird das Gegenstück 4 auf die aus der Durchgangsbohrung 7 herausragenden Enden der Pins 2 geschoben und am Pin-Werkzeug 1 befestigt.
• Die geschnittene Draufsicht "A-A" der 1 zeigt die Ausbildung der Multi-Pin-Geometrie. In einem herkömmlichen, massiven Pin sind durch Anbringen eines durch die Pin-Mitte verlaufenden Spaltes 9 zwei einzelne, symmetrische angeordnete Pins 2 erzeugt. Diese weisen – sich über die Pin-Länge erstreckende – Kanten 10 und 11 auf. Auf jedem Pin 2 ist die in Drehrichtung 8 wirkende Kante 10 als Schneide ausgebildet und die entgegengesetzte Kante 11 ist abgestumpft. Durch diese Abstumpfung kann die jeweils benachbarte Kante 10 frei als Schneide wirken.
• Grundsätzlich lässt sich das vorangehend beschriebene Ausführungsbeispiel auch in einem Reibrührschweißverfahren realisieren, in dem das Pin-Werkzeug 1 kein Gegenstück 4 aufweist. Die mit dem Halter 3 rotierenden Pins 2 werden dabei in bekannter Weise in den Stoß der zu schweißenden Bauteile 5 und 6 am Startpunkt der Schweißnaht hineingedrückt.
• Der Pin 2 des in 2 gezeigten Pin-Werkzeuges 1 ist mit einer radialen Durchgangsöffnung 12 versehen.
• Abweichend zu der vorangehend beschriebenen Ausführungsform ist das Pin-Werkzeug 1 ohne Gegenstück 4 ausgebildet. Der Start des Reibrührschweißens mit dem hier gezeigten Pin-Werkzeug erfolgt in der voranstehend beschriebenen Verfahrensvariante durch ein Eindrücken des rotierenden Pins 2 in das zu schweißende Material.
• Alternativ lässt sich auch diese Lösungsvariante – wie vorangehend zu 1 beschrieben – mit einem Pin-Werkzeug 1 reali sieren, das ein Gegenstück 4 aufweist und durch eine Durchgangsbohrung 7 am Startpunkt der Schweißnaht gesteckt wird.
• Die radiale Durchgangsöffnung 12 ist in 2 als Bohrung ausgebildet. Alternativ dazu können auch radiale Durchgangsöffnungen mit alternativen Formen für den Öffnungsquerschnitt Verwendung finden; z.B, kann die Durchgangsöffnung als Schlitz mit einem rechteckförmigen Öffnungsquerschnitt ausgebildet sein.
• In 3 ist eine Variante eines Pin-Werkzeuges 1 – bestehend aus Pin 2 und Halter 3 – mit zwei orthogonal zueinander angeordneten Durchgangsöffnungen 12 gezeigt. Dadurch sind vier als Pin wirkende Stege 13 ausgebildet. Die Stege 13 selbst sind mit ihrem rechteckförmigen Querschnitt jeweils um 90 Grad verdreht zueinander angeordnet. Der horizontale Materialfluss erfolgt durch die Durchgangsöffnungen 12. Diese Variante kann auch so ausgebildet sein, dass die Durchgangsöffnungen 12 zur Stirnseite 14 des Pins 2 hin als offene Spalte ausgebildet sind und dadurch die voranstehend beschriebenen Stege 13 in einer Multi-Pin-Geometrie vier freistehende Pins 2 bilden.

Claims (4)

1. Pin-Werkzeug für das Reibrührschweißen, das sich rotierend um seine lotrecht zur Schweißnaht gelagerte Körperachse und gleichzeitig in Richtung der Schweißnaht vorwärtsbewegend in die Oberfläche des zu schweißenden Materials einreibt, wobei das Pin-Werkzeug (1) eine Multi-Pin-Geometrie bestehend aus zwei symmetrisch zueinander angeordneten Pins (2) aufweist, die mit einem Spalt (9) zueinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pins (2) jeweils eine in Drehrichtung (8) wirkende Kante (10) mit Schneidwirkung und eine abgestumpfte Kante (11) aufweisen.
2. Pin-Werkzeug für das Reibrührschweißen, das sich rotierend um seine lotrecht zur Schweißnaht gelagerte Körperachse und gleichzeitig in Richtung der Schweißnaht vorwärtsbewegend in die Oberfläche des zu schweißenden Materials einreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Pin (2) des Pin-Werkzeuges (1) zwei radiale Durchgangsöffnungen (12) aufweist, die derart orthogonal zueinander angeordnet sind, dass Stege (13) mit rechteckförmigem Querschnitt entstehen, die jeweils um 90 grad zueinander verdreht angeordnet sind.
3. Pin-Werkzeug nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Durchgangsöffnungen (12) als Schlitz mit einem rechteckigen Öffnungsquerschnitt ausgebildet sind.
4. Pin-Werkzeug nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Durchgangsöffnungen als zur Stirnseite (14) des Pins (2) hin offene Spalte ausgebildet sind.