DE102004043627B4

DE102004043627B4 - A method of connecting a metallic fastener to a metallic workpiece and fastener

Info

Publication number: DE102004043627B4
Application number: DE200410043627
Authority: DE
Inventors: Jochen Hain; Stefan Napierala; Wolfgang Werner
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: DE102004043627A1

Abstract

Verfahren zum Verbinden eines metallischen Befestigungselements mit einem metallischen Werkstück mittels Löten unter Verwendung einer Lotmasse, wobei die in einem Zwischenraum zwischen dem Werkstück und dem Befestigungselement angeordnete Lotmasse aufgeschmolzen wird und anschließend das Befestigungselement und das Werkstück so aufeinander zu bewegt werden, dass die Verbindung entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufschmelzen des Lots ein elektrischer Lichtbogen zwischen Werkstück und Befestigungselement ausgebildet wird.method for connecting a metallic fastener with a metallic workpiece by soldering using a solder mass, wherein in a space between the workpiece and the fastening element arranged solder mass melted and then the fastener and the workpiece so moved toward each other be that the connection arises, characterized in that to melt the solder an electric arc between the workpiece and fastener is trained.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines metallischen Befestigungselements mit einem metallischen Werkstück mittels Löten unter Verwendung einer Lotmasse, wobei die in einem Zwischenraum zwischen dem Werkstück und dem Befestigungselement angeordnete Lotmasse aufgeschmolzen wird und anschließend das Befestigungselement und das Werkstück so aufeinander zu bewegt werden, dass die Verbindung entsteht. Die Erfindung betrifft ferner ein Befestigungselement zum Auflöten auf ein Werkstück nach einem derartigen Verfahren mit einem aufzulötendem Ende.The The invention relates to a method for joining a metallic one Fastener with a metallic workpiece by means Soldering using a solder mass, wherein in a space between the workpiece and the Fastening element arranged solder mass is melted and subsequently the fastener and the workpiece so moved toward each other be that the connection arises. The invention further relates a fastener for soldering on a workpiece according to such a method with a aufzulötendem end.

Zum Verbinden eines metallischen Werkstücks mit einem metallischen Befestigungselement, beispielsweise Bolzen, Schrauben oder Muttern etc., wird heute häufig das Schweißen verwendet. Dieses Verfahren weist jedoch durch die hohen Temperaturen während des Schweißprozesses im Bereich der Schweißnaht und der daraus unter Umständen resultierenden Materialumwandlungen Nachteile in Bezug auf die Festigkeit der Verbindung auf.To the Connecting a metallic workpiece with a metallic one Fastener, such as bolts, screws or nuts etc., becomes common today the welding used. However, this process is characterized by the high temperatures while of the welding process in the area of the weld and the possible out of it resulting material conversions disadvantages in terms of strength the connection.

Bei einer Lötverbindung zwischen einem metallischen Werkstück und einem metallischen Befestigungselement werden in der Regel nicht so hohe Temperaturen wie beim Schweißen erreicht, so dass größere Festigkeiten der Verbindung erzielt werden können. Außerdem ist durch das Löten eine Verbindung von Materialien möglich, die nicht geschweißt werden können. Auch sind Lötverbindungen optisch ansprechender ausgebildet.at a solder joint between a metallic workpiece and a metallic fastener As a rule, temperatures are not reached as high as when welding, so that greater strength the connection can be achieved. Furthermore is by soldering a combination of materials that are not welded possible can. Also are solder joints visually appealing.

Ein Verfahren zum Verbinden eines metallischen Befestigungselements mit einem metallischen Werkstück mittels Löten und ein Befestigungselement ist bereits aus der Druckschrift DE 101 43 915 A1 bekannt. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren ist die Lotmasse in einer Vertiefung auf dem Befestigungselement angeordnet und dient als Elektrode für die Erzeugung des Lichtbogens zwischen Werkstück und Befestigungselement. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass der Lichtbogen direkt an der Lotmasse endet und so die Lotmasse durch die hohe Energie des Lichtbogens verbrennt und aus dem Zwischenraum zwischen Werkstück und Befestigungselement wegspritzt. Eine zielgerichtete Anordnung der Lotmasse an dem Ort der Verbindung zwi schen Befestigungselement und Werkstück ist somit nicht möglich. Der Vorgang, der zur Ausbildung der Verbindung zwischen Werkstück und Befestigungselement dient, kann nur schwer kontrolliert werden.A method for connecting a metallic fastener with a metallic workpiece by means of soldering and a fastener is already in the document DE 101 43 915 A1 known. In the method described in this document, the solder mass is arranged in a recess on the fastening element and serves as an electrode for the generation of the arc between the workpiece and the fastening element. A disadvantage of the known method is that the arc ends directly at the solder mass and thus burns the solder mass by the high energy of the arc and wegspritzt from the space between the workpiece and fastener. A targeted arrangement of the solder mass at the location of the connection between the fastener and the workpiece is therefore not possible. The process used to form the connection between the workpiece and the fastener is difficult to control.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden eines metallischen Befestigungselements mit einem metallischen Werkstück mittels Löten anzugeben, bei dem die Verteilung des Lots auf dem Werkstück beziehungsweise dem Bolzen besser kontrolliert werden kann. Durch das Verfahren soll ferner nur die minimal notwendige Wärmeenergie auf das Werkstück oder das Befestigungselement übertragen werden. Die Aufgabe bestand außerdem darin, ein Befestigungselement zu schaffen, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem metallischen Werkstück mittels Löten verbunden werden kann. Das Befestigungselement soll hierfür einfach und kostengünstig herstellbar sein sowie im Herstellungsverfahren einfach handhabbar sein.Of the Invention is based on the object, a method for connecting a metallic fastener with a metallic workpiece by means Specify brazing, in which the distribution of the solder on the workpiece or the bolt can be better controlled. By the method should also only the minimum necessary heat energy on the workpiece or transfer the fastener become. The task also existed It is to provide a fastener, which with the inventive method with a metallic workpiece by soldering can be connected. The fastener should be easy and cost-effective be produced and easy to handle in the manufacturing process be.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Aufschmelzen des Lots ein elektrischer Lichtbogen zwischen Werkstück und Befestigungselement ausgebildet wird. Die Aufgabe in Bezug auf das Befestigungselement wird dadurch gelöst, dass das Befestigungselement an der dem Werkstück zugewandten Stirnfläche des aufzulötendem Endes mindestens einen vorspringenden Abschnitt aufweist.The The object is achieved in that to melt the solder an electric arc between the workpiece and fastener is trained. The task with respect to the fastener is solved by that the fastening element on the end face of the workpiece facing the workpiece aufzulötendem Endings has at least one projecting portion.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden eines metallischen Befestigungselements mit einem metallischen Werkstück wird durch die Ausbildung des Lichtbogens zwischen Werkstück und Befestigungselement erreicht, dass der Lichtbogen nicht mehr direkt am Lot endet. Das Aufschmelzen des Lots erfolgt nun indirekt über die durch den Lichtbogen erreichte Erwärmung des Werkstücks und/oder des Befestigungselements und/oder des im Zwischenraum zwischen Werkstück und Befestigungselements befindlichen Gases. Dies hat den Vorteil, dass der Aufschmelzvorgang besser gesteuert werden kann. Gleichzeitig bleibt das Verfahren einfach und kostengünstig.at the method according to the invention for connecting a metallic fastener with a metallic workpiece is due to the formation of the arc between the workpiece and fastener ensures that the arc no longer ends directly at the solder. The Melting of the solder is now done indirectly through the arc reached warming of the workpiece and / or the fastener and / or in the space between the workpiece and fastener located gas. This has the advantage that the melting process can be better controlled. At the same time, the process remains simple and cost-effective.

In vorteilhafter Weise erfolgt die Zündung des elektrischen Lichtbogens so, dass zunächst das Befestigungselement und das Werkstück derart aneinander anliegen, dass, nachdem eine elektrische Spannung zwischen Werkstück und Befestigungselement angelegt ist, diese kurz geschlossen sind und schließlich das Befestigungselement und das Werkstück unter Ausbildung des elektrischen Lichtbogens voneinander weg bewegt werden. Hierdurch wird auf einfache Weise ein wohldefinierter Lichtbogen erzeugt.In Advantageously, the ignition of the electric arc takes place so that first the fastener and the workpiece abut each other, that, after an electrical voltage between the workpiece and fastener is created, these are closed for short and finally that Fastener and the workpiece to form the electric arc from each other be moved away. This will easily be a well-defined Arc generated.

Die Lotmasse befindet sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise an dem Bolzen in einem außerhalb des Lichtbogens angeordnetem Lotdepot. Ebenso vorteilhaft ist es, wenn die Lotmasse erst nach Ausbildung des Lichtbogens zwischen Werkstück und Befestigungselement eingebracht wird. Hierdurch ist eine Änderung der für den Lötvorgang erforderlichen Lotmenge möglich. Eine weitere Verbesserung des Verfahrens kann dadurch erreicht werden, dass der Lichtbogen in einer Schutzgasatmosphäre erzeugt wird. Auf diese Weise wird die Bildung von Oxiden verhindert und die Qualität des Lichtbogens positiv beeinflusst. Die Schutzgasatmosphäre kann besonders einfach dadurch geschaffen werden, dass der Kurzschluss und die Ausbildung des Lichtbogens unter einem Mundstück der Löteinrichtung erfolgt, wobei das Mundstück derart auf das Werkstück abgesenkt wird, dass es den Lötraum mit dem Befestigungselement von der Umgebung abschließt. Beim Absenken des Mundstücks auf das Werkstück wird durch das Mundstück Schutzgas auf das Werkstück geblasen und dieses durch das Mundstück im Zwischenraum zwischen Befestigungselement und Werkstück beibehalten.The solder mass is preferably located in the inventive method on the bolt in a arranged outside the arc solder deposit. It is equally advantageous if the solder mass is introduced only after the formation of the arc between the workpiece and the fastening element. As a result, a change in the amount of solder required for the soldering process is possible. A further improvement of the process can be achieved by keeping the arc in a shelter gas atmosphere is generated. In this way, the formation of oxides is prevented and the quality of the arc is positively influenced. The protective gas atmosphere can be created particularly simply by making the short circuit and the formation of the arc under a mouthpiece of the soldering device, wherein the mouthpiece is lowered onto the workpiece in such a way that it closes off the soldering space with the fastening element from the surroundings. When lowering the mouthpiece on the workpiece inert gas is blown through the mouthpiece on the workpiece and this retained by the mouthpiece in the space between the fastener and workpiece.

Das erfindungsgemäße Befestigungselement zum Auflöten auf ein Werkstück hat den Vorteil, dass es auf besonders einfache Weise die Ausbildung des Lichtbogens zwischen Werkstück und Befestigungselement ermöglicht. Der Lichtbogen endet somit nicht am Lot. Gleichzeitig ist das Befestigungselement einfach und kostengünstig herstellbar und in der Herstellung einfach zu handhaben.The inventive fastener for soldering on a workpiece has the advantage of training in a particularly simple way of the arc between the workpiece and fastener allows. The arc does not end at the solder. At the same time, the fastener easy and inexpensive manufacturable and easy to handle in production.

Auf besonders einfache Weise kann der Lichtbogen zwischen Befestigungselement und Werkstück ausgebildet werden, indem das Befestigungselement an der in Richtung Werkstück angeordneten Stirnfläche des aufzulötenden Endes mindestens einen vorspringenden Abschnitt aufweist, durch den der Kurzschluss und die Ausbildung des Lichtbogens mit dem Werkstück erfolgt. Eine vorteilhaft einfache Deponierung des Lots und eine schnelle Erwärmung des Lots durch den Lichtbogen wird dadurch erreicht, dass das Lot in einer Ausnehmung angeordnet ist, die durch die Stirnfläche gebildet ist. Für eine Kontrolle des Schmelzvorgangs des Lots ist es von Vorteil, wenn die Ausnehmung mindestens einen ersten Abschnitt mit einer im wesentlichen ersten Tiefe, der das geschmolzene Lot aufnimmt, und mindestens einen zweiten Abschnitt mit einer im wesentlichen zweiten Tiefe aufweist, der das feste Lot aufnimmt, wobei die erste Tiefe kleiner als die zweite Tiefe ist. Beim Schmelzen des Lots durch die durch den Lichtbogen in das Befestigungselement eingebrachte Wärme wird das Lot aus dem tieferen zweiten Abschnitt mittels Kapillarkräften in den ersten Abschnitt transportiert. Das geschmolzene Lot füllt diesen ersten Abschnitt vollständig aus und steht hierdurch in einem breiten Bereich für die Verbindung mit dem Werkstück zur Verfügung. Die Lötverbindung wird durch die große Fläche des ersten Abschnitts in der Qualität positiv beeinflusst, wobei gleichzeitig das Lot im festen Zustand in radialer und/oder axialer Richtung möglichst weit entfernt von dem Lichtbogen angeordnet ist, so dass die Ausbildung des Lichtbogens über das Lot besonders wirksam verhindert wird. In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der zweite Abschnitt derart ausgebildet, dass er als eine durch das Befestigungselement durchgehende Bohrung gebildet wird und das Lot durch die durchgehende Bohrung in den Zwischenraum zwischen Werkstück und Befestigungselement eingeführt wird. Auch hierdurch ist eine gezielte Lotmengenzufuhr im Verlauf des Verfahrens zum Verbinden des metallischen Befestigungselements mit dem metallischen Werkstück möglich. In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der zweite Abschnitt zylindrisch oder kegelförmig ausgebildet, so dass das feste Lot besonders einfach in den zweiten Abschnitt eingebracht werden kann. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der vorspringende Abschnitt, an dem der Lichtbogen am Befestigungselement ausgebildet wird, ringförmig gestaltet. Hierdurch wird für den Lichtbogen eine große Fläche angeboten und die Gefahr der Ausbildung des Lichtbogens zwischen dem Lot und dem Werkstück wird vermindert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der vorspringende Abschnitt in vorteilhafter Weise mindestens zwei an der Außenseite der Stirnfläche angeordnete, insbesondere zylindrische oder quaderförmige Nasen. Hierdurch kann genau vorgegeben werden, wo der Lichtbogen am Befestigungselement endet.On Particularly simple way the arc between fastener and workpiece be formed by the fastener on the in the direction workpiece arranged face of the one to be killed End has at least one projecting portion, through the short circuit and the formation of the arc with the workpiece. An advantageous easy landfill of the lot and a fast warming of the solder through the arc is achieved by the solder is arranged in a recess formed by the end face is. For It is advantageous to control the melting of the solder. if the recess has at least a first portion with a essentially first depth, which receives the molten solder, and at least a second portion having a substantially second one Having depth that receives the solid solder, the first depth smaller than the second depth is. When melting the solder through the introduced by the arc in the fastener Heat is the solder from the deeper second section by means of capillary forces in transported the first section. The molten solder fills this first section completely and thus stands in a wide range for the connection with the workpiece to disposal. The solder joint is through the big one area of the first section is positively influenced in quality, with at the same time the solder in the solid state in the radial and / or axial direction preferably far away from the arc, leaving the training of the arc over the solder is particularly effectively prevented. In a particularly advantageous embodiment the second section is designed such that it as a through the fastener is formed through hole and the Lot through the through hole in the space between workpiece and fastener introduced becomes. Also, this is a targeted Lotmengenzufuhr in the course the method for connecting the metallic fastener with the metallic workpiece possible. In a particularly advantageous embodiment, the second Section cylindrical or conical, so that the solid solder particularly easily introduced into the second section can be. In a further advantageous embodiment is the projecting portion where the arc on the fastener is formed annularly shaped. This will be for the arc a big one area offered and the danger of the formation of the arc between the solder and the workpiece is reduced. In a further embodiment, the projecting portion advantageously at least two the outside the face arranged, in particular cylindrical or rectangular noses. As a result, can be specified exactly where the arc on the fastener ends.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, welche anhand von Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigenThe Invention will be explained in more detail with reference to embodiments, which illustrated by drawings. Show it

1 und 2 ein erfindungsgemäßes Befestigungselement im Längsschnitt, schematisch, 1 and 2 an inventive fastener in longitudinal section, schematically,

3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Befestigungselements in Längsschnitt, schematisch 3 and 4 further embodiments of a fastener according to the invention in longitudinal section, schematically

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Befestigungselements in einer Ansicht von unten mit mehreren Lotdepots, schematisch, 5 a further embodiment of a fastener according to the invention in a view from below with several Lotdepots, schematically,

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Befestigungselements im Längsschnitt, schematisch, 6 a further embodiment of a fastener according to the invention in longitudinal section, schematically,

7 einen Längsschnitt durch einen mit Lot versehenen Draht für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungselements, schematisch, 7 a longitudinal section through a soldered wire for the production of a fastener according to the invention, schematically,

8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Befestigungselement im Längsschnitt, schematisch, 8th a further embodiment of an inventive fastener in longitudinal section, schematically,

9 bis 13 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines metallischen Befestigungselements mit einem metallischen Werkstück in Schnittdarstellungen, 9 to 13 a schematic representation of a method according to the invention for connecting a metallic fastener with a metallic workpiece in sectional views,

14 Zuführung des Lots durch das Befestigungselement hindurch in einer schematischen Schnittdarstellung und 14 Supply of the solder through the fastener therethrough in a schematic sectional view and

15 bis 19 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines metallischen Befestigungselements mit einem metallischen Werkstück in schematischen Schnittdarstellungen. 15 to 19 a further embodiment of a method according to the invention for connecting a metallic fastener with a metallic workpiece in schematic sectional views.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Befestigungselement, welches in Form eines Bolzens 1 ausgebildet ist. In weiteren Ausführungsbeispielen könnte das Befestigungselement auch als eine Schraube oder eine Hutmutter oder dergleichen ausgebildet sein. Der Bolzen 1 ist im wesentlichen zylinderförmig gestaltet und weist eine Symmetrieachse 5 auf. An seinem aufzulötenden Ende 3 ist ein Abschnitt 2 angeordnet, welcher gegenüber der übrigen Länge des Bolzens 1 einen größeren Durchmesser hat. Der Abschnitt 2 ist stufenförmig von dem übrigen Teil des Bolzens abgesetzt. An dem dem aufzulötenden Ende 3 gegenüber liegenden Ende 6 weist der Bolzen 1 einen sich verjüngenden kegelförmigen Abschnitt auf. 1 shows a fastener according to the invention, which in the form of a bolt 1 is trained. In further embodiments, the fastener could also be formed as a screw or a cap nut or the like. The bolt 1 is designed substantially cylindrical and has an axis of symmetry 5 on. At his end to be broken 3 is a section 2 arranged, which with respect to the remaining length of the bolt 1 has a larger diameter. The section 2 is stepped stepped from the remaining part of the bolt. At the end to be broken 3 opposite end 6 points the bolt 1 a tapered conical section.

An der Stirnfläche 8 des aufzulötenden Endes 3 ist ein vorspringender Abschnitt in Form eines umlaufenden Kreisrings 10 angeordnet, wobei die äußere Mantelfläche des Rings 10 ohne die Ausbildung einer Stufe in die Mantelfläche des Abschnitts 2 am aufzulötenden Ende 3 des Bolzens 1 übergeht. Hierbei wird als Stirnfläche 8 die außen liegende Kreisringfläche des Kreisrings 10 bezeichnet.At the frontal area 8th of the end to be soldered 3 is a projecting portion in the form of a circumferential annulus 10 arranged, wherein the outer circumferential surface of the ring 10 without the formation of a step in the lateral surface of the section 2 at the end to be broken 3 of the bolt 1 passes. This is called the end face 8th the outer annular surface of the annulus 10 designated.

Die innere Mantelfläche des Rings 10 begrenzt eine Ausnehmung, die aus zwei Abschnitten 11, 12 besteht. Der erste Abschnitt 11 hat im wesentlichen die Form einer zylindrischen Scheibe und endet an dem Ring 10. Die Bodenfläche 13 des ersten Abschnitts 11 ist gegenüber der Stirnfläche 8 zurückversetzt. Die Ausnehmung weist außerdem einen zweiten Abschnitt 12 auf, welcher ebenfalls im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist, jedoch einen kleineren Durchmesser hat und sich in Richtung Bolzeninneres an den ersten Abschnitt 11 anschließt. Sowohl der erste Abschnitt 11 als auch der zweite Abschnitt 12 sind symmetrisch zur Achse 5 angeordnet. Ihre Rotationssymmetrieachsen fallen mit der Achse 5 des Bolzens 1 zusammen. Die Tiefe, die der erste Abschnitt von der Stirnfläche 8 aus gesehen sich in den Bolzen 1 hinein erstreckt, ist geringer als die Tiefe, in welcher der zweite Abschnitt 12, von der Bodenfläche 13 aus gemessen, im Bolzen endet. Vorzugsweise ist die Tiefe des zweiten Abschnitts 12 mindestens so groß, dass das Volumen des zweiten Abschnitts 12 gleich oder größer ist als das Volumen des ersten Abschnitts 11. Der zweite Abschnitt 12 endet an seinem dem aufzulötenden Ende 3 des Bolzens 1 gegenüberliegenden Ende mit einem kegelförmigen Abschnitt 18. Der erste Abschnitt 11 und der zweite Abschnitt 12 gehen in Form einer rotationssymmetrisch um die Achse 5 angeordneten Stufe ineinander über.The inner surface of the ring 10 delimits a recess consisting of two sections 11 . 12 consists. The first paragraph 11 has substantially the shape of a cylindrical disc and ends at the ring 10 , The floor area 13 of the first section 11 is opposite the face 8th set back. The recess also has a second section 12 which is also substantially cylindrical in shape, but has a smaller diameter and in the direction of bolt inner to the first section 11 followed. Both the first section 11 as well as the second section 12 are symmetrical to the axis 5 arranged. Their rotational symmetry axes coincide with the axis 5 of the bolt 1 together. The depth, which is the first section of the face 8th Looked at in the bolt 1 is less than the depth, in which the second section 12 , from the bottom surface 13 measured out, ends in the bolt. Preferably, the depth of the second section 12 at least as large as the volume of the second section 12 is equal to or greater than the volume of the first section 11 , The second section 12 ends at its end to be broken 3 of the bolt 1 opposite end with a cone-shaped section 18 , The first paragraph 11 and the second section 12 go in the form of a rotationally symmetric about the axis 5 arranged stage into each other.

Bei der Herstellung des Bolzens oder kurz vor dem Verbinden des Befestigungselements 1 mit dem Werkstück wird ein Lot 15 in Form eines zylinderförmigen festen Körpers in den zweiten Abschnitt 12 der Ausnehmung eingesetzt und mit dem Bolzen verpresst. Der Vorgang ist mittels eines Pfeils 16 angedeutet. Das feste Lot 15 weist vorzugsweise einen Durchmesser auf, der nur wenig größer als der Durchmesser des zweiten Abschnitts 12 der Ausnehmung ist, so dass das Lot 15 in den zweiten Abschnitt 12 der Ausnehmung einpressbar ist und reibschlüssig darin gehalten wird.In the production of the bolt or just before connecting the fastener 1 with the workpiece becomes a solder 15 in the form of a cylindrical solid body in the second section 12 the recess inserted and pressed with the bolt. The process is by means of an arrow 16 indicated. The solid lot 15 preferably has a diameter which is only slightly larger than the diameter of the second section 12 the recess is so the lot 15 in the second section 12 the recess is einpressbar and frictionally held therein.

Das Ergebnis des Einsetzvorgangs ist anhand von 2 dargestellt. Das Lot 15 ist nun in dem zweiten Abschnitt 12 der Ausnehmung angeordnet.The result of the insertion process is based on 2 shown. The lot 15 is now in the second section 12 arranged the recess.

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Befestigungselements dargestellt. Die Ausnehmung des Bolzens weist nun einen kegelstumpfförmigen ersten Abschnitt 11' auf. Dieser ist ebenfalls symmetrisch zur Rotationsachse 5 angeordnet. Die Ausnehmung weist analog zu dem anhand der 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiel einen im Wesentlichen zylinderförmigen zweiten Abschnitt 12 auf, in dem das zylinderförmige Lot 15 angeordnet ist. Der zweite Abschnitt 12 schließt sich dabei an das Ende des kleineren Durchmessers 11' des ersten Abschnitts an. Der vorspringende Abschnitt des aufzulötenden Endes 3 des Bolzens 1 wird durch die kegelförmige Bodenfläche 13' des ersten Abschnitts 11 der Ausnehmung und die äußere Mantelfläche des Endes 3 in Form einer am äußeren Rand des Endes 3 angeordneten ringförmigen Kante 10' gebildet.In 3 a further embodiment of a fastener according to the invention is shown. The recess of the bolt now has a frustoconical first section 11 ' on. This is also symmetrical to the axis of rotation 5 arranged. The recess has analogous to the basis of the 1 and 2 explained embodiment, a substantially cylindrical second portion 12 on, in which the cylindrical Lot 15 is arranged. The second section 12 closes at the end of the smaller diameter 11 ' of the first section. The projecting portion of the end to be soldered 3 of the bolt 1 is due to the conical bottom surface 13 ' of the first section 11 the recess and the outer surface of the end 3 in the form of a at the outer edge of the end 3 arranged annular edge 10 ' educated.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Befestigungselements in Form eines Bolzens 1 ist anhand von 4 in einem Längsschnitt dargestellt. Analog zu dem anhand der 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist dieser Bolzen 1 am aufzulötenden Ende 3 einen vorspringenden Abschnitt in Form eines Rings 10 auf. Ferner ist an dem Ende 3 eine Ausnehmung mit einem ersten Abschnitt 11 in Form eines flachen Zylinders ausgebildet. Der zweite Abschnitt 12' dieser Ausnehmung wird durch einen ringförmigen Einstich in der Bodenfläche 13 gebildet, der unmittelbar an die innere Mantelfläche des Rings 10 angrenzt. Das Lot 15 füllt hierbei den Einstich ringförmig aus.Another embodiment of a fastener according to the invention in the form of a bolt 1 is based on 4 shown in a longitudinal section. Analogous to that on the basis of 1 and 2 illustrated embodiment, this bolt 1 at the end to be broken 3 a protruding portion in the form of a ring 10 on. Further, at the end 3 a recess with a first section 11 formed in the form of a flat cylinder. The second section 12 ' This recess is formed by an annular recess in the bottom surface 13 formed, which directly adjoins the inner surface of the ring 10 borders. The lot 15 fills the puncture ring.

Bei einem weiteren, in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, welches eine Ansicht des Bolzens 1 von unten, d.h. eine Ansicht auf die Stirnfläche 8 des aufzulötenden Endes 3 mit der Ausnehmung zeigt, sind in einem Abstand voneinander drei zylinderförmige Ausnehmungen als zweite Abschnitte 12'' gebildet. In diesen ist das feste Lot 15 angeordnet. Die drei zylinderförmigen Ausnehmungen 12'' sind rotationssymmetrisch zum Bolzen 1 auf einem Kreisring angeordnet, und haben einen Abstand von dem vorspringenden Ring 10. In Abwandlung der gezeigten Ausführungsbeispiele können die zweiten Abschnitte der Ausnehmung auch eine andere Form, beispielsweise eine Halbkugelform aufweisen.At another, in 5 illustrated embodiment, which is a view of the bolt 1 from below, ie a view of the face 8th of the end to be soldered 3 showing with the recess, are at a distance from each other three cylin derförmige recesses as second sections 12 '' educated. In these is the solid lot 15 arranged. The three cylindrical recesses 12 '' are rotationally symmetric to the bolt 1 arranged on a circular ring, and have a distance from the projecting ring 10 , In a modification of the exemplary embodiments shown, the second sections of the recess may also have a different shape, for example a hemispherical shape.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Befestigungselement in Form eines Bolzens 1 ist anhand von 6 in einer schematischen Längsschnittdarstellung gezeigt. Hierbei ist der zweite Abschnitt 12''' der Ausnehmung in Form einer durch den Bolzen 1 koaxial hindurchgehenden Bohrung ausgebildet, welche in dem ersten Abschnitt 11 der Ausnehmung mündet. Wie weiter unten noch gezeigt werden wird, kann durch diese durchgehende Bohrung 12''' das Lot einfach zugeführt werden. Die durchgehende Bohrung ist im Wesentlichen zylinderförmig gestaltet.Another embodiment of an inventive fastener in the form of a bolt 1 is based on 6 shown in a schematic longitudinal sectional view. Here is the second section 12 ''' the recess in the form of a through the bolt 1 formed coaxially through bore, which in the first section 11 the recess opens. As will be shown below, can through this through hole 12 ''' the solder is simply fed. The through hole is designed substantially cylindrical.

Anhand der 7 und 8 soll beschrieben werden, wie ein erfindungsgemäßes Befestigungselement hergestellt werden könnte. 7 zeigt einen runden Draht 20, in dessen Kern bereits runder Strang aus Lotmaterial 21 enthalten ist. Beispielsweise mittels Kaltumformung wird der Draht 20 mit dem Lotmaterial 21 zu einem Befestigungselement verformt. Durch das bereits im Draht enthaltene Lotmaterial 21 ist dieses nun zylinderförmig im Kern des Bolzens 1 enthalten. Es füllt einen Bereich 12''', welcher der durchgehenden Bohrung des in 6 dargestellten Ausführungsbeispiels entspricht, vollständig aus.Based on 7 and 8th will be described how an inventive fastener could be made. 7 shows a round wire 20 , in its core already round strand of solder material 21 is included. For example, by cold forming the wire 20 with the solder material 21 deformed into a fastener. By the already contained in the wire solder material 21 this is now cylindrical in the core of the bolt 1 contain. It fills an area 12 ''' , which is the through hole of the in 6 illustrated embodiment, completely off.

Anhand der nachfolgend beschriebenen 9 bis 13 soll nun ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbinden eines metallischen Befestigungselements mit einem metallischen Werkstück mittels Löten gezeigt werden.Based on the following 9 to 13 Now, a first embodiment of an inventive method for connecting a metallic fastener with a metallic workpiece by means of soldering will be shown.

In 9 ist ein analog zu den 1 bis 2 gestaltetes Befestigungselement in Form eines Bolzens 1 über einem Werkstück 30 angeordnet. Das Werkstück ist hierbei plattenförmig ausgebildet und der Bolzen 1 liegt mit der Stirnfläche 8 des vorspringenden Rings 10 des aufzulötenden Endes 3 dem Werkstück 30 gegenüber. Das Lot 15, das zu diesem Zeitpunkt noch in festem Zustand vorliegt, ist im zweiten Abschnitt 12 der Ausnehmung des Bolzens 1 angeordnet. Das Befestigungselement wird mittels eines Greifers 32 gehalten, welcher den Bolzen 1 an dem Ende, das dem aufzulötenden Ende 3 gegenüber liegt, umfasst. Der Bolzen 1 mit Greifer 32 ist in einem gewissen radialen Abstand von einem im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Mundstück 34 umgeben. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Bereich innerhalb des Mundstücks 34 mit Schutzgas 36 gefüllt, welches die Qualität des später ausgebildeten Lichtbogens positiv beeinflusst.In 9 is analogous to the 1 to 2 designed fastener in the form of a bolt 1 over a workpiece 30 arranged. The workpiece is in this case plate-shaped and the bolt 1 lies with the face 8th of the projecting ring 10 of the end to be soldered 3 the workpiece 30 across from. The lot 15 , which is still in a solid state at this time, is in the second section 12 the recess of the bolt 1 arranged. The fastener is by means of a gripper 32 held, which the bolt 1 at the end, the end to be broken 3 opposite. The bolt 1 with gripper 32 is at a certain radial distance from a substantially cylindrical mouthpiece 34 surround. In a preferred embodiment, the area is within the mouthpiece 34 with inert gas 36 filled, which positively affects the quality of the later formed arc.

Wie anhand der parallel zur Achse 5 verlaufenden und in Richtung Werkstück 30 zeigenden Pfeile 42 angedeutet wird, werden in dem in 9 dargestellten Verfahrensschritt der Bolzen 1 durch den Greifer 32 und das Mundstück 34 in Richtung Werkstück bewegt bis, wie in 10 dargestellt, sowohl der Bolzen 1 als auch das Mundstück 34 an dem Werkstück 30 anliegt. Hierbei liegt der Bolzen nur mit der Stirnfläche 8 des vorspringenden Abschnitts in Form des Kreisrings 10 auf dem Werkstück 30 auf. Bei der Bewegung des Mundstücks in Richtung Werkstück 30 wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Schutzgas 36 auf das Werkstück geblasen.As based on the parallel to the axis 5 running and towards the workpiece 30 pointing arrows 42 is indicated in the in 9 illustrated method step of the bolt 1 through the gripper 32 and the mouthpiece 34 moved up towards the workpiece, as in 10 shown, both the bolt 1 as well as the mouthpiece 34 on the workpiece 30 is applied. Here, the bolt is only with the end face 8th the projecting portion in the form of the circular ring 10 on the workpiece 30 on. When moving the mouthpiece towards the workpiece 30 In a preferred embodiment, inert gas 36 blown on the workpiece.

Nachdem der Bolzen 1 mit dem Werkstück 30 in Kontakt ist, werden Werkstück 30 und Bolzen 1 mit je einem Pol einer Spannungsquelle verbunden. Durch den Kontakt dieser beiden metallischen Teile sind Bolzen 1 und Werkstück 30 und damit die Spannungsquelle zunächst kurzgeschlossen.After the bolt 1 with the workpiece 30 is in contact, become workpiece 30 and bolts 1 connected to one pole of a voltage source. Due to the contact of these two metallic parts are bolts 1 and workpiece 30 and thus the voltage source initially shorted.

Anschließend wird jedoch, wie in 11 dargestellt ist, der Bolzen 1 durch den Greifer 32 von dem Werkstück 30 in Richtung des Pfeils 43 abgehoben. Hierdurch bildet sich ein Lichtbogen zwischen dem ringförmigen, vorspringenden Abschnitt 10 des Bolzens 1 und dem Werkstück 30 aus. Der Lichtbogen wird durch gezackte Pfeile 38 symbolisiert.Subsequently, however, as in 11 is shown, the bolt 1 through the gripper 32 from the workpiece 30 in the direction of the arrow 43 lifted. As a result, an arc forms between the annular projecting portion 10 of the bolt 1 and the workpiece 30 out. The arc is jagged arrows 38 symbolizes.

Durch die von dem Lichtbogen 38 erzeugte Wärmeenergie werden das Werkstück 30 und der Bolzen 1 und damit auch das Lot 15 erwärmt, so dass dieses schmilzt. Das geschmolzene Lot 15 bewegt sich durch die Schwerkraft und Kapillarkräfte langsam vom zweiten Abschnitt 12 in den Bereich des ersten Abschnitts 11 der Ausnehmung hinein. Der erste Abschnitt 11 der Ausnehmung bildet somit einen Lötspalt. Gleichzeitig wird, wie anhand von 12 dargestellt, der Bolzen wieder durch den Greifer 32 auf das Werkstück 30 abgesenkt (siehe Pfeil 44).By the of the arc 38 generated heat energy become the workpiece 30 and the bolt 1 and with it the lot 15 heated so that it melts. The molten solder 15 moves by gravity and capillary forces slowly from the second section 12 in the area of the first section 11 the recess into it. The first paragraph 11 the recess thus forms a soldering gap. At the same time, as based on 12 shown, the bolt again through the gripper 32 on the workpiece 30 lowered (see arrow 44 ).

Nachdem das Lot vollständig geschmolzen ist, füllt dieses, wie in 13 gezeigt, den ersten Abschnitt 11 der Ausnehmung vollständig aus, nachdem der Bolzen 1 auf das Werkstück 30 aufgesetzt wurde. Das Lot 15 liegt hierdurch an der Bodenfläche 13 und an dem Werkstück 30 an und bildet nach dem Erkalten eine Lötverbindung zwischen dem Werkstück 30 und dem Bolzen 1. Abschlie ßend werden Mundstück 34 und Greifer 32 von dem Bereich der Verbindung entfernt, wie durch Pfeil 46 als Bewegungsrichtung angedeutet ist.After the solder is completely melted, this fills as in 13 shown the first section 11 the recess completely out after the bolt 1 on the workpiece 30 was set up. The lot 15 thus lies at the bottom surface 13 and on the workpiece 30 and forms after cooling a solder joint between the workpiece 30 and the bolt 1 , Finally, mouthpiece 34 and grapple 32 removed from the area of the connection as indicated by arrow 46 is indicated as the direction of movement.

In 14 ist dargestellt, wie eine Zuführung des Lots 15 während des Verfahrens zum Verbinden des Bolzens 1 mit dem in dieser Figur nicht gezeigten Werkstück erfolgen kann. Das Lotmaterial 15 wird von dem Ende, das dem aufzulötenden Ende gegenüber liegt, in die den zweiten Abschnitt 12''' der Ausnehmung bildende durchgehende Bohrung eingeführt. Hierbei wird das Lotmaterial 15 von einer Rolle 48 abgewickelt und in Richtung Lötstelle bewegt.In 14 is shown as a feeder of the lot 15 during the method of connecting the bolt 1 can be done with the workpiece not shown in this figure. The solder material 15 becomes the second section from the end opposite to the end to be soldered 12 ''' the recess forming through bore introduced. This is the solder material 15 from a roll 48 unwound and moved in the direction of solder joint.

Anhand der 15 bis 19 soll im Folgenden ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbinden eines metallischen Befestigungselements mit einem Werkstück beschrieben werden. Analog zudem anhand von 9 beschriebenen Verfahrensschritt des ersten Ausführungsbeispiels wird auch in diesem Ausführungsbeispiel, wie in 15 gezeigt, ein Bolzen 1 durch einen Greifer 32 gehalten, wobei beide von einem Mundstück 34 mit Schutzgas 36 umgeben sind. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist der Bolzen 1 an seiner Stirnseite keine Ausnehmung auf. Stattdessen ist das aufzulötende Ende des Bolzens 3 durch einen kegelförmigen Abschnitt gebildet, welcher eine Spitze 50 ausbildet, die in Richtung Werkstück 30 zeigt. Der vorspringende Abschnitt könnte alternativ auch wie bei einem der in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele ausgebildet sein. Der Pfeil 42 deutet an, dass in dem in 15 dargestellten Verfahrensschritt der Bolzen 1 mittels des Greifers 32 in Richtung Werkstück 30 bewegt wird. Diese Bewegung endet, wenn der Bolzen 1 das Werkstück 30 mit der Spitze 50 berührt. Anschließend werden der Bolzen und das Werkstück 30 mit einer Spannungsquelle verbunden.Based on 15 to 19 will be described below a second embodiment of an inventive method for connecting a metallic fastener with a workpiece. Analogously, also by means of 9 described method step of the first embodiment is also in this embodiment, as in 15 shown a bolt 1 through a gripper 32 held, both from a mouthpiece 34 with inert gas 36 are surrounded. In contrast to the first embodiment, the bolt 1 on its front side no recess. Instead, the end of the bolt to be soldered is 3 formed by a cone-shaped portion, which is a tip 50 trains towards the workpiece 30 shows. The projecting section could alternatively also as in one of the in the 1 and 3 be formed embodiments illustrated. The arrow 42 indicates that in the 15 illustrated method step of the bolt 1 by means of the gripper 32 towards the workpiece 30 is moved. This movement ends when the bolt 1 the workpiece 30 with the top 50 touched. Subsequently, the bolt and the workpiece 30 connected to a voltage source.

In dem folgenden Verfahrensschritt wird, wie in 16 dargestellt, der Bolzen 1 von dem Werkstück abgehoben (siehe Pfeil 43), so dass ein Lichtbogen 38 entsteht. Dieser ist in 17 gezeigt. Dort ist zu erkennen, dass sich der Lichtbogen zwischen dem Werkstück 30 und der Spitze 50 des Bolzens 1 ausbildet. Gleichzeitig wird seitlich in den Zwischenraum zwischen Bolzen 1 und Werkstück 30 das Lotmaterial 15 in Form eines Drahtes eingeführt. Der Vorschub des Drahtes in den Zwischenraum erfolgt durch gegeneinander bewegte Rollen 52, zwischen denen sich der Lotdraht befindet. Durch die in dem Zwischenraum zwischen Werkstück 30 und Bolzen 1 durch den Lichtbogen 38 produzierte Wärmeenergie werden Bolzen 1 und Werkstück 30 auf Löttemperatur gebracht und das in den Zwischenraum eingeführte Lotmaterial 15 wird geschmolzen. Gleichzeitig wird Lotmaterial nachgeschoben.In the following process step, as in 16 shown, the bolt 1 lifted off the workpiece (see arrow 43 ), making an arc 38 arises. This one is in 17 shown. There it can be seen that the arc between the workpiece 30 and the top 50 of the bolt 1 formed. At the same time is laterally in the space between bolts 1 and workpiece 30 the solder material 15 introduced in the form of a wire. The advance of the wire in the space is carried out by mutually moving rollers 52 between which the solder wire is located. Through in the space between the workpiece 30 and bolts 1 through the arc 38 produced heat energy become bolts 1 and workpiece 30 brought to soldering temperature and introduced into the gap solder material 15 is melted. At the same time, solder material is added.

Das geschmolzene Lotmaterial 15 lagert sich dann aufgrund der Schwerkraft auf dem Werkstück, wie in 18 gezeigt ist, ab. Ist genügend Lotmaterial eingeführt worden, wird der Lotdraht wieder aus dem Zwischenraum zwischen Bolzen 1 und Werkstück 30 herausgezogen (siehe Pfeil 53). Gleichzeitig erfolgt die Bewegung des Bolzens mittels Greifer 32 in Richtung Werkstück 30, wie mittels des Pfeils 55 angedeutet ist. Der Bolzen 1 taucht mit seinem aufzulötenden Ende 3, insbesondere mit der Spitze 50, in die Lotmasse 15 ein und die stoffschlüssige Lötverbindung mit dem Werkstück 30 ist nach Erkalten der Lotmasse hergestellt. Dieser Endzustand ist anhand von 19 dargestellt. Anschließend werden noch Mundstück 34 und Greifer 32 von Bolzen und Lötstelle entfernt.The molten solder material 15 then settles on the workpiece due to gravity, as in 18 is shown off. If enough soldering material has been introduced, the solder wire will again come out of the gap between bolts 1 and workpiece 30 pulled out (see arrow 53 ). At the same time, the movement of the bolt by means of grippers 32 towards the workpiece 30 as by the arrow 55 is indicated. The bolt 1 dives with his end to be broken 3 especially with the tip 50 , in the solder mass 15 one and the cohesive solder joint with the workpiece 30 is made after cooling the solder mass. This final state is based on 19 shown. Then you will mouthpiece 34 and grapple 32 removed from bolt and solder joint.

Während des gesamten, anhand der 15 bis 19 dargestellten Verfahrens wird Schutzgas 36 vom Mundstück 34 auf das Werkstück 30 geblasen. Dies dient auch zur Kühlung der Lötstelle.Throughout, on the basis of 15 to 19 illustrated method is inert gas 36 from the mouthpiece 34 on the workpiece 30 blown. This also serves to cool the solder joint.

Claims

A method of bonding a metal fastener to a metal workpiece by soldering using a solder mass, wherein the solder mass disposed in a gap between the workpiece and the fastener is melted, and then the fastener and the workpiece are moved toward each other to form the joint, characterized in that an electric arc is formed between the workpiece and the fastening element for melting the solder.

Method according to claim 1, characterized in that that the ignition the electric arc is carried out in such a way that the first Fastener and the workpiece abut each other, that after applying an electrical voltage between the workpiece and fastener is, these are shorted and finally the fastener and the workpiece moved away from each other under the formation of the electric arc become.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized that the solder mass only after the formation of the arc in the space between workpiece and fastener is introduced,

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the arc generates in a protective gas atmosphere becomes.

Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the short circuit and the formation of the arc takes place under a mouthpiece of the soldering device, which are moved toward each other before the short circuit between the fastener and the workpiece and wherein the mouthpiece so abge abge on the workpiece is lowered, that it closes the solder room with the fastener from the environment.

Method according to claim 5, characterized in that that when lowering the mouthpiece on the workpiece through the mouthpiece the protective gas on the workpiece is blown.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the fastening element is in the direction workpiece arranged face of the one to be killed End has at least one projecting portion, through the short circuit with the workpiece.

Method according to claim 7, characterized in that that the solder in a recess extending from the end face recess is arranged.

Method according to claim 8, characterized in that that the recess at least a first portion with a has substantially first depth, which is the molten solder receives, and at least a second section with a substantially second depth, which receives the solid solder, wherein the first Depth is less than the second depth.

Method according to claim 9, characterized that the recess in the second section as a through the fastener through hole is formed and the solder through the continuous Bore in the space between the workpiece and fastener introduced becomes.

Fastener for soldering onto a workpiece after a method of the preceding claims with an end to be soldered, characterized in that the fastening element on the workpiece facing end face of the one to be killed Endings has at least one projecting portion.

Fastening element according to claim 11, characterized in that that the solder in a recess extending from the end face recess is arranged.

Fastening element according to one of claims 11 or 12, characterized in that the recess at least one first section having a substantially first depth, which receives the molten solder, and at least a second one Section having a substantially second depth, the the solid solder receives, wherein the first depth is smaller than the second Depth is.

Fastening element according to claim 13, characterized in that that the at least one second section as a through hole is trained.

Fastening element according to claim 14, characterized in that that the at least one second section is cylindrical or conical is.

Fastening element according to one of claims 11 to 15, characterized in that the at least one projecting Section annular is.

Fastening element according to one of claims 11 to 15, characterized in that the projecting portion at least two on the outside the face arranged arranged cylindrical or rectangular noses.