DE10139687C1 - Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen - Google Patents

Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen zu schaffen, das mit genügender Messgenauigkeit nach der Temperatur in der Schweißzone steuerbar ist. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Temperaturwerte der Schweißzone (6) mit einem Temperatursensor (7) erfasst werden, der mit seiner Messstelle in dem Pin (4) des Reibrührwerkzeugs (1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Reibrührschweißverfahren ist beispielsweise in WO 95/26254 A1 beschrieben. Zum Er­ zeugen einer guten Schweißverbindung offenbart diese Druckschrift, ein Reibrührwerkzeug mit senkrechtem Druck entlang der Verbindungsstelle der zu verschweißenden Werkstücke zu führen. Besonders vorteilhaft ist es, das Reibrührwerkzeug mit einer konkaven Schulter und einem schraubenförmig ausgestalteten Pin zu versehen.
Beim Reibrührschweißen ist ferner die Einstellung einer für den Schweißvorgang geeigneten Temperatur in dem gerührten Material der Schweißzone von großer Bedeutung. Diese Temperatur ist unter anderem durch die Parameter des Schweißvorganges, wie der Vorschubgeschwindigkeit, der Umdrehungszahl und dem Anpressdruck des Reibrührwerkzeugs beeinflusst. Außerdem ist es bekannt sie ggf. durch Kühlvorrichtungen zu beeinflussen.
Es ist bekannt, beim Reibrührschweißen die Temperatur in dem gerührten Material der Schweißzone zu messen, um den Schweißvorgang entsprechend den gemessenen Temperaturwerten zu steuern.
Ein bekanntes Messverfahren besteht darin, die Temperatur der geschweißten Platten in der Nähe der Schweißzone zu erfassen. Da die Platten schon in geringer Entfernung von der Schweißzone sehr stark abkühlen, kann aber mit diesem Messverfahren die Temperatur des gerührten Materials der Schweißstelle nicht genau genug ermittelt werden.
Eine ebenfalls bekannte Messmethode für die Erfassung der Schweißzonentemperatur besteht in der Verwendung eines Pyrometers. Als optische Strahlungsmessung ist diese Messmethode von der strukturierten Oberfläche der Schweißstelle in ihrer Messgenauigkeit beeinträchtigt.
Derartige Pyrometer werden beispielsweise auch zur Online-Prüfung der Qualität von Roll- bzw. Quetschschweißnähten verwendet, wie das beispielsweise in EP 1 075 892 A2 be­ schrieben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen zu schaffen, das mit genügender Messgenauigkeit nach der Temperatur in der Schweißzone steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Temperaturmessverfahren wird die Temperatur der Schweiß­ zone mittels einer Temperaturmessvorrichtung erfasst, deren Messelement in dem Pin des Reibrührwerkzeugs angeordnet ist.
Die Messstelle ist nur durch die wärmeleitende Wand des Pins von der Schweißzone ge­ trennt und es ist dadurch zwischen den gemessenen und den tatsächlichen Temperatur­ werten der Schweißstelle eine gute Übereinstimmung erreichbar.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher er­ läutert. Die Figur zeigt ein Reibrührwerkzeug 1 in geschnittener Darstellung.
Mit dem Reibrührwerkzeug 1 werden beispielsweise zwei stumpf aneinanderstoßende Plat­ ten 2 und 3 zusammengeschweißt. Dazu wird der Pin 4 des Reibrührwerkzeugs in bekann­ ter Weise unter Druck, Rotation und Vorwärtsbewegung des Rührwerkzeuges entlang der Stoßfuge S in die beiden Platten 2 und 3 eingerieben. Das gerührte Material in der dabei er­ zeugten Schweißzone 6 bildet nach dem Abkühlen die Schweißnaht.
Das Rührwerkzeug 1 ist zur Aufnahme eines Temperatursensors 7 mit einer Sacklochboh­ rung 8 versehen, die im Pin 4 endet. Über eine radiale Bohrung 9 werden die elektrischen Anschlüsse des Sensors zu einem telemetrischen Messsystem 10 geführt, das auf der Ober­ fläche des Rührwerkzeugs unterhalb seines Einspannbereiches angeordnet ist.
Der Temperatursensor 7 kann beispielsweise als ein standardmäßiges Thermoelement aus­ gebildet sein. In dem telemetrischen Messsystem 10 ist eine Auswerteelektronik für das Thermoelement und ein Sender für die telemetrische Übertragung der gemessenen Tempe­ raturwerte an die Steuer- und Regeleinheit des Rührwerkzeugs aufgenommen, die dafür mit einem geeigneten Empfänger ausgerüstet ist. Die Stromversorgung der Auswerteelektronik und des Senders erfolgt mittels einer Batterie, die in dem Messsystem 10 aufgenommen ist.
Die telemetrische Übertragung kann mittels verschiedenen dem Fachmann bekannten Ver­ fahren erfolgen; beispielsweise im UKW-Bereich, mittels Mikrowellen oder im Infrarot-Be­ reich.
Eine Alternative für den Temperatursensor 7 besteht darin, dass anstelle des Thermoele­ ments ein Saphirstäbchen oder eine optische Faser in die Sacklochbohrung 8 eingeführt ist, mit dem die im Pin herrschende Wärmestrahlung optisch an ein Pyrometer übertragen wird, das in dem Messsystem 10 aufgenommen ist und die Temperaturmesswerte nach einer e­ lektronischen Aufbereitung dem UKW-Sender zuführt.

Claims (4)

1. Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen, mit einer Steuerung, die gemessene Tempera­ turwerte der Schweißzone berücksichtigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Tempe­ raturwerte der Schweißzone (6) mit einem Temperatursensor (7) erfasst werden, der mit seiner Messstelle in dem Pin (4) des Reibrührwerkzeugs (1) angeordnet ist.
2. Reibrührwerkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tem­ peratursensor (7) in ein autarkes, am Werkzeug befindliches, telemetrisches Messsystem (10) integriert ist, das die gemessenen Temperaturwerte kontinuierlich an eine außer­ halb des Reibrührwerkzeugs angeordnete Steuer- und Regeleinheit des Werkzeugs sen­ det.
3. Reibrührwerkzeug nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (7) ein Thermoelement ist.
4. Reibrührwerkzeug nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (7) ein Pyrometer mit einem im Pin (4) endenden Saphirstab oder mit einer im Pin endenden optischen Faser ist.
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