DE102010026667A1 - Welding process comprises providing a first component to be welded, pressing a welding pin extending along a first direction against the first component along the first direction and rotating the welding pin around the first direction - Google Patents

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Abstract

The welding process comprises providing a first component to be welded, pressing a welding pin (100) extending along a first direction against the first component (20) along the first direction and rotating the welding pin around the first direction so that the first component is plasticized in the area of the welding pin and a recess is formed in the component. The welding pin is formed as a connection means that remains in the area of the welding pin in each recess after the plasticizing of the first component. The welding pin is connected in the recess with the first component. The welding process comprises providing a first component to be welded, pressing a welding pin (100) extending along a first direction against the first component (20) along the first direction and rotating the welding pin around the first direction so that the first component is plasticized in the area of the welding pin and a recess is formed in the component. The welding pin is formed as a connection means that remains in the area of the welding pin in each recess after the plasticizing of the first component. The welding pin is connected in the recess with the first component in detachable manner or the welding pin is detachably connected with each component so that the welding pin is removable from the recess. The welding pin is mounted for pressing against the first component and for rotating at a welding tool (10). The welding tool rotates around the first direction along a second direction and the welding tool is guided along the first direction in the direction of the first component in order to press the welding pin against the first component. The welding pin is removable from the welding tool after the formation of the recess. The welding pin protrudes by a scapular of the welding tool, where each scapular is arranged to plant at an edge area of the first component adjacent to the recess. The welding pin is pressed along the first direction in the first component. The connection means is formed through a screw or bolt with an external thread, where the screw or the bolt is pressed or rotated against the first component and a corresponding internal thread is formed at the recess. The connecting means is formed as bolt or nut. The second component (20) is arranged related to the first component so that a surface (21) of the first component extending along the third direction lies at the surface of the second component extending along the third direction. The welding pin is pressed against both components and is guided along the third direction from the first position into a second position. Both components are plasticized in the area of the associated surfaces and are welded to each other along the third direction. The recess is formed in the second position. The welding pin in the second position is pressed along the first direction deeper in both components than external of the second position. An independent claim is included for a device for carrying out a welding process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines Schweißverfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to a welding method according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for carrying out a welding method according to the preamble of claim 10.

Ein derartiges Verbindungsverfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf: Bereitstellen zumindest eines zu verschweißenden ersten Bauteils, das insbesondere aus einem Metall wie z. B. Aluminium besteht, Pressen eines entlang einer ersten Richtung erstreckten Schweißstiftes auf das mindestens eine erste Bauteil entlang der ersten Richtung, und Rotieren des Schweißstiftes um die erste Richtung (als Rotationsachse), so dass das mindestens eine erste Bauteil im Bereich des Schweißstiftes weich (fließfähig) wird und eine Ausnehmung in dem mindestens einen Bauteil ausgebildet wird.Such a connection method has at least the following steps: providing at least one first component to be welded, which in particular consists of a metal, such as a metal. Aluminum, pressing a welding pin extended along a first direction onto the at least one first component along the first direction, and rotating the welding pin about the first direction (as the axis of rotation), so that the at least one first component in the region of the welding pin soft ( flowable) and a recess is formed in the at least one component.

Derartige Schweißverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden auch als Rührreib- bzw. Reibpunktschweißen (Festphasenfügeverfahren) bezeichnet.Such welding methods are known from the prior art and are also referred to as friction-point welding (solid-phase joining method).

Dabei kann weiterhin der rotierende Schweißstift, der auch als Rührpin bezeichnet wird und aus einer zylindrischen Schulter eines rotierbaren Schweißwerkzeuges herausragt, in einen Stumpfstoß zweier Bauteile in Form von Blechen gedrückt werden, wobei das rotierende Schweißwerkzeug samt dem daran drehfest festgelegten Schweißstift dann nach einer definierten Zeit, während der Reibungswärme erzeugt wird, entlang der Stumpfnaht der Bleche weiterbewegt wird.In this case, furthermore, the rotating welding pin, which is also referred to as Rührpin and protrudes from a cylindrical shoulder of a rotatable welding tool, are pressed into a butt joint of two components in the form of sheets, wherein the rotating welding tool together with the non-rotatably fixed welding pin then after a defined time while the frictional heat is generated, is propagated along the butt weld of the sheets.

Der Prozessablauf gliedert sich also im Wesentlichen in drei Schritte. Im ersten Schritt wird ein rotierendes Schweißwerkzeug mit dem Schweißstift voran mit hoher Kraft solange in den Fügespalt gedrückt, bis die Schulter des Schweißwerkzeuges auf der Bauteiloberfläche zur Anlage kommt. Während des zweiten Schritts verweilt das sich drehende Schweißwerkzeug samt Schweißstift für einige Sekunden an der Eintauchstelle. Durch die Reibung zwischen der Werkzeugschulter und den Fügepartnern erwärmt sich der Werkstoff unter der Schulter bis kurz unter den Schmelzpunkt. Dieser Temperaturanstieg hat einen Festigkeitsabfall zur Folge, wodurch der Werkstoff plastifiziert wird und eine Vermischung der Fügezone möglich wird. Mit dem Einsetzen der Vorschubbewegung beginnt der dritte Schritt, bei dem das rotierende Schweißwerkzeug mit hoher Anpresskraft entlang der Fügelinie bewegt wird. Der durch die Vorschubbewegung entstehende Druckgradient zwischen Vorder- und Rückseite des Schweißstiftes und dessen Rotationsbewegung bewirken den Transport von plastifiziertem Werkstoff beider Bauteile um den Schweißstift herum, der sich dort vermischt und die spätere Naht bildet. Am Ende der Naht wird das Werkzeug wieder aus der Fügezone herausgezogen.The process flow is essentially divided into three steps. In the first step, a rotating welding tool with the welding pin is pressed with high force into the joint gap until the shoulder of the welding tool comes to rest on the component surface. During the second step, the rotating welding tool together with welding pin lingers for a few seconds at the immersion point. Due to the friction between the tool shoulder and the joining partners, the material heats under the shoulder to just below the melting point. This increase in temperature results in a decrease in strength, whereby the material is plasticized and a mixing of the joining zone is possible. With the onset of the feed movement begins the third step, in which the rotating welding tool is moved with high contact pressure along the joint line. The pressure gradient between the front and the back of the welding pin and its rotation caused by the advancing movement cause the transport of plasticized material of both components around the welding pin, which mixes there and forms the subsequent seam. At the end of the seam, the tool is pulled out of the joining zone.

Aufgrund dieses hier exemplarisch dargestellten charakteristischen Prozessablaufs ist das Rührreibschweißen sehr gut für Aluminiumlegierungen geeignet. Probleme, die beim Schmelzschweißen von Aluminiumlegierungen durch den Phasenübergang verursacht werden, wie z. B. die Heißrissproblematik und die Porenbildung, treten beim Rührreibschweißen infolge der Abwesenheit einer flüssigen oder dampfförmigen Phase nicht auf.Due to this characteristic process sequence shown here by way of example, friction stir welding is very well suited for aluminum alloys. Problems caused in the fusion welding of aluminum alloys by the phase transition, such. As the Heißrissproblematik and pore formation, do not occur in friction stir welding due to the absence of a liquid or vapor phase.

Beim Rührreibschweißen wird einerseits der Werkstoff durch eine vertikal zur Werkstückoberfläche gerichtete Kraft unter Wärmeeinbringung gestaucht und andererseits durch die Geometrie des rotierenden Werkzeugs der teilplastische Werkstoff durch Verwirbelung nach unten gedrückt. Es entsteht ein Extrusionskanal, der bis an die Nahtwurzel reicht (auch Schweißnugget genannt). Die zu fügenden Bauteile stehen dabei still. Eine besondere Ausformung der Naht vor der Verschweißung ist nicht notwendig.In friction stir welding, on the one hand, the material is compressed by a force directed vertically to the workpiece surface while introducing heat and, on the other hand, by the geometry of the rotating tool, the partially plastic material is forced downwards by swirling. The result is an extrusion channel that reaches to the seam root (also called a welding nugget). The components to be joined stand still. A special shape of the seam before welding is not necessary.

Das Schweißwerkzeug weist vorzugsweise eine senkrecht zum Schweißstift angeordnete Schulter auf, die einen größeren Durchmesser als der Schweißstift selbst besitzt. Die Schulter kann in Form einer Halbschale ausgebildet sein, die die Umgebungsluft von der Schweißnaht isolieren soll. Der Schweißstift ist für die Verwirbelung des Werkstoffs zuständig. Die Neigung des Werkzeugs bzw. des Schweißstifts zur Oberfläche der zu fügenden Bauteile beträgt vorzugsweise etwa 2° bis 3° in stechender Anordnung. Der Schweißstift selbst hat einen geringen Verschleiß, er muss zur Aufrechterhaltung der Qualität nach etwa 3 km Schweißnaht ausgetauscht werden.The welding tool preferably has a shoulder which is perpendicular to the welding pin and has a larger diameter than the welding pin itself. The shoulder may be in the form of a half-shell intended to isolate the ambient air from the weld. The welding pin is responsible for the swirling of the material. The inclination of the tool or the welding pin to the surface of the components to be joined is preferably about 2 ° to 3 ° in a piercing arrangement. The welding pin itself has a low wear, it must be replaced to maintain the quality after about 3 km weld.

Das oben beschriebene bekannte Verfahren kann auch zur lokalen Eigenschaftsverbesserung und zum Schließen von Poren in Gussgefügen verwendet werden. Es wird dann oft anstelle von FSW (englisch: Friction Stir Welding, deutsch: Rührreibschweißen) von FSP (englisch: Friction Stir Processing, deutsch: Rührreibbearbeitung) gesprochen.The known method described above can also be used for local property improvement and for closing pores in cast structures. It is then often instead of FSW (English: Friction Stir Welding, German: friction stir welding) of FSP (English: Friction Stir Processing, German: Rührreibbearbeitung) spoken.

Herausforderungen beim Einsatz des Rührreibschweißens bestehen in den relativ hohen Prozesskräften, die je nach Legierung und Bauteildicke von ca. 1 kN bis weit über 20 kN betragen, der eingeschränkten 3D-Fähigkeit durch den notwendigen Kontakt zwischen der Werkzeugschulter und dem zu bearbeitenden Bauteil, den Endkratern am Ende der Schweißnaht durch den Austritt des Werkzeugs (Schweißstiftes), die jedoch durch automatisch zurückziehbare Schweißstifte vermieden werden können (englisch: „Retractable Pin Tool”, RPT, RPT-Technologie, deutsch: Werkzeug mit rückziehbarem Stift).Challenges in the use of friction stir welding exist in the relatively high process forces, depending on the alloy and component thickness of about 1 kN to well over 20 kN, the limited 3D capability through the necessary contact between the tool shoulder and the component to be machined, the end craters at the end of the weld by the exit of the tool (welding pin), which however can be avoided by automatically retractable welding pins (English: "Retractable Pin Tool", RPT, RPT- Technology, German: tool with retractable pin).

Mit dem Rührreibschweißen (FSW) können Bleche verschiedener Materialien, insbesondere Metalle, bis zu einer Tiefe von mehr als 30 mm gefügt werden. Die erzielbaren Einschweißtiefen und Schweißgeschwindigkeiten hängen dabei stark vom zu fügenden Material ab und verringern sich in der Regel mit steigender Festigkeit und Härte. Die Prozesskräfte steigen mit steigender Festigkeit und Härte des Materials stark an. Verwendet wird das Verfahren deshalb hauptsächlich für Aluminium. Des Weiteren ist auch ein Fügen von Metallschäumen möglich.Friction Stir Welding (FSW) can be used to join sheets of various materials, in particular metals, to a depth of more than 30 mm. The achievable welding depths and welding speeds depend strongly on the material to be joined and generally decrease with increasing strength and hardness. The process forces increase strongly with increasing strength and hardness of the material. Therefore, the method is mainly used for aluminum. Furthermore, a joining of metal foams is possible.

Verwendung findet das FSW hauptsächlich beim Verschweißen großflächiger Bauteile. Anwendungsbeispiele sind die Flugzeugindustrie, Raumfahrt, Schifffahrt, Schienenfahrzeugbau, aber mittlerweile auch verstärkt bei kleineren Anwendungen der Automobilbau oder die Medizintechnik.The FSW is mainly used for welding large components. Application examples are the aerospace industry, aerospace, shipping, rail vehicle construction, but now also increasingly in smaller applications of automotive or medical technology.

Die schnelle Entwicklung des Rührreibschweißens für Aluminiumlegierungen und seine erfolgreiche Implementierung für kommerzielle Produkte hat seine Anwendung auf andere Nichteisenmetalle (Magnesium, Kupfer, Titan, und ihre Legierungen) sowie Stahl und Thermoplaste motiviert.The rapid development of friction stir welding for aluminum alloys and its successful implementation for commercial products has motivated its application to other non-ferrous metals (magnesium, copper, titanium, and their alloys) as well as to steel and thermoplastics.

Ein weiteres Beispiel sind die Hintertüren des Mazda RX-8. Hier wird keine Naht, sondern nur Punkte geschweißt. Dies nennt man auch Reibpunktschweißen oder FSSW-Schweißen (englisch: Friction Stir Spot Welding). Das Werkzeug führt hier lediglich eine Vertikalbewegung durch.Another example is the rear doors of the Mazda RX-8. Here no seam but only points are welded. This is also called friction spot welding or FSSW welding (English: Friction Stir Spot Welding). The tool only performs a vertical movement here.

Herkömmlicherweise werden für das FSW Spezialmaschinen verwendet, die speziell für dieses Verfahren konstruiert oder umgerüstet wurden, um den Anforderungen des Prozesses zu genügen. Vereinzelt kommen auch Tricept-Robotersysteme zum Einsatz. Mittlerweile werden auch herkömmliche Produktionswerkzeuge für das FSW eingesetzt, um Kosten zu reduzieren und die Flexibilität zu erhöhen. Beispielsweise wurde der FSW-Prozess mittlerweile auf Werkzeugmaschinen oder Standardindustrierobotern umgesetzt Eine Hybridvariante des Rührreibschweißens ist das LAFSW-Schweißen (englisch: Laser Assisted Friction Stir Welding, deutsch: laserunterstütztes Rührreibschweißen). Bei dieser Variante wird zusätzlich Wärmeenergie durch einen Laserstrahl eingebracht, der unmittelbar dem rotierenden Werkzeug, dem Schweißstift, vorauseilt. Dadurch soll unter anderem eine Verringerung der vertikalen Kraft beim Einführen des FSW-Werkzeugs in das Bauteil und ein Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit erreicht werden. Diese Verfahrensvariante ist jedoch wegen des Lasers mit erhöhten Kosten verbunden.Conventionally, the FSW uses special machines that have been specially designed or retrofitted to meet the requirements of the process. Chance also Tricept robot systems are used. Meanwhile, traditional FSW production tools are being used to reduce costs and increase flexibility. For example, the FSW process has now been implemented on machine tools or standard industrial robots. One hybrid variant of friction stir welding is LAFSW welding (laser assisted friction stir welding). In this variant, additional thermal energy is introduced by a laser beam, which leads directly to the rotating tool, the welding pin. This is to achieve, inter alia, a reduction in the vertical force when inserting the FSW tool into the component and an increase in the welding speed. However, this process variant is associated with increased costs because of the laser.

Ausgehend von dem eingangs dargelegten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein Schweißverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung eines Schweißverfahrens zu schaffen, die das Verschweißen bzw. Verbinden von Bauteilen weiter vereinfachen und verbessern.Starting from the above-described prior art, the present invention is based on the problem to provide a welding method and an apparatus for performing a welding process, which further simplify and improve the welding or joining of components.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved by a method having the features of claim 1.

Danach ist vorgesehen, dass der Schweißstift als ein Verbindungsmittel ausgebildet ist, das nach dem besagten Plastifizieren des mindestens einen ersten Bauteils im Bereich des Schweißstiftes dauerhaft in jener Ausnehmung verbleibt, wobei der Schweißstift in der Ausnehmung mit dem mindestens einen ersten Bauteil beim Plastifizieren verschweißt bzw. unlösbar mit der Ausnehmung verbunden wird, oder wobei alternativ der Schweißstift nicht mit jenem Bauteil verschweißt bzw. unlösbar verbunden wird, so dass der Schweißstift aus der Ausnehmung herausnehmbar ist, ohne die Konfiguration der Ausnehmung zu zerstören (lösbare Verbindung).Thereafter, it is provided that the welding pin is formed as a connecting means which remains after said plasticizing the at least one first component in the region of the welding pin permanently in that recess, wherein the welding pin welded in the recess with the at least one first component during plasticizing or Alternatively, the welding pin is not welded or permanently connected to that component, so that the welding pin can be removed from the recess without destroying the configuration of the recess (detachable connection).

Eine unlösbare Verbindung ist also hierbei insbesondere als eine Verbindung gekennzeichnet, die sich nur durch Zerstören, also dauerhaftes Verändern des ersten Bauteiles und/oder des Verbindungsmittels lösen lässt. Eine lösbare Verbindung kann z. B. durch Herausdrehen des Verbindungsmittels gelöst werden, etwa wenn das Verbindungsmittel als eine Schraube ausgebildet ist, wie unten näher erläutert.An inseparable connection is thus characterized in particular as a compound which can be solved only by destroying, so permanently changing the first component and / or the connecting means. A detachable connection can, for. B. be solved by unscrewing the connecting means, such as when the connecting means is designed as a screw, as explained in more detail below.

Auf die vorgenannte Weise wird ein Rührreib- bzw. Reibpunktschweißverfahren (Festphasenfügeverfahren) mit verbleibenden „Werkzeug” bereitgestellt, das mit Vorteil gegenüber dem Stand der Technik einen einstufigen Prozess zur Herstellung einer hochfesten, lösbaren bzw. unlösbaren form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung oder einer unlösbaren, stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungsmittel und zumindest einem ersten oder ggf. mehreren Bauteilen darstellt. Die übliche Abfolge des Schweißens, Rohrens/Gewindeschneidens und Bolzen- oder Schraubeneindrehens wird auf einen Arbeitsschritt reduziert. Hierdurch kann einerseits eine erhöhte Qualität einer unlösbaren Verbindung zwischen dem Verbindungsmittel und der Ausnehmung (erstes Bauteil) durch ggf. stoffschlüssiges Fügen unterhalb der Werkstoff-Schmelztemperatur und somit eine hohe Belastbarkeit der Verbindung geschaffen werden und andererseits eine präzise, lösbare Verbindung zwischen der Ausnehmung und dem Verbindungsmittel z. B. in Form ineinandergreifender Gewinde bereitgestellt werden.In the aforementioned manner, a Reibreibschweißenverfahren (Festphasengesgeverfahren) with remaining "tool" is provided, which with advantage over the prior art, a one-step process for producing a high-strength, releasable positive and / or non-positive connection or a indissoluble, cohesive connection between the connecting means and at least one first or possibly more components represents. The usual sequence of welding, tube / threading and bolt or screw threading is reduced to one step. In this way, on the one hand, an increased quality of an inseparable connection between the connecting means and the recess (first component) may be created by possibly integral joining below the material melting temperature and thus a high load capacity of the connection and on the other hand a precise, detachable connection between the recess and the Connecting means z. B. be provided in the form of intermeshing thread.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Schweißstift zum Pressen gegen das mindestens eine erste Bauteil und zum Rotieren an einem Schweißwerkzeug festgelegt bzw. ragt von einer senkrecht zum Stift verlaufenden Schulter des Werkzeuges ab, wobei insbesondere das Schweißwerkzeug um die erste Richtung entlang einer zweiten Richtung rotierbar ist, und wobei insbesondere das Schweißwerkzeug samt Schweißstift entlang der ersten Richtung in Richtung auf das erste Bauteil verfahren wird, um den Schweißstift gegen das mindestens eine erste Bauteil zu drücken, so dass es beim Plastifizieren des ersten Bauteiles in dieses eintauchen kann. Damit der Schweißstift, der erfindungsgemäß ein Verbindungsmittel darstellt, in dem mindestens einen ersten Bauteil verbleiben kann, ist er vorzugsweise lösbar am Schweißwerkzeug festgelegt, und wird bevorzugt nach dem Herstellen der Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem Verbindungsmittel und ggf. weiterer Bauteile vom Schweißwerkzeug gelöst.In the method according to the invention, the welding pin is preferred for pressing against the method at least one first component and for rotation on a welding tool defined or protrudes from a perpendicular to the pin extending shoulder of the tool, in particular the welding tool is rotatable about the first direction along a second direction, and in particular the welding tool together with welding pin along the first Direction towards the first component is moved to press the welding pin against the at least one first component, so that it can immerse in plasticizing the first component in this. In order for the welding pin, which according to the invention represents a connecting means, to remain in the at least one first component, it is preferably detachably fixed to the welding tool, and is preferably released from the welding tool after the connection between the first component and the connecting means and possibly further components has been established ,

Vorzugsweise ragt der Schweißstift von einer Stirnseite des Schweißwerkzeuges ab, wobei jene Stirnseite beim Ausbilden der Ausnehmung zur Anlage an einen die Ausnehmung berandenden Randbereich des mindestens einen ersten Bauteils gebracht wird, um plastifiziertes Material bei der Ausformung der besagten Ausnehmung zurückzudrängen. Ggf. wird der Schweißstift noch tiefer in das jeweilige Bauteil gedrückt.Preferably, the welding pin protrudes from an end face of the welding tool, wherein that end face is brought to rest against the edge of the at least one first component when forming the recess, in order to push back plasticized material during the shaping of said recess. Possibly. The welding pin is pressed even deeper into the respective component.

Es ist auch denkbar, dass die Stirnseite des Schweißwerkzeuges bzw. dessen Schulter an dem Stift selbst ausgebildet ist, d. h., einstückig an den Schweißstift angeformt ist. Das Schweißwerkzeug trägt dann diesen Schweißstift, der einen freien Endbereich aufweist, der von einer senkrecht dazu verlaufenden Schulter bzw. Stirnseite des Schweißstiftes (einstückig) abragt.It is also conceivable that the end face of the welding tool or its shoulder is formed on the pin itself, d. h., Is integrally formed on the welding pin. The welding tool then carries this welding pin, which has a free end portion which protrudes from a perpendicular thereto extending shoulder or end face of the welding pin (in one piece).

In einer Variante des Verfahrens wird das Verbindungsmittel durch eine Schraube oder einen Bolzen/Stehbolzen mit einem Außengewinde gebildet, wobei die Schraube derart gegen das mindestens eine erste Bauteil gedrückt wird und rotiert wird, dass beim Eintauchen in das (an dieser Stelle plastifizierte) Bauteil an der Ausnehmung ein dem Außengewinde entsprechendes Innengewinde ausgebildet wird. Bei einem Stehbolzen kann es sich insbesondere um eine Schraube ohne Schraubenkopf handeln. In der Regel wird ein Stehbolzen mit einem Gewinde in ein (üblicherweise höherwertiges) Teil eingeschraubt, das zu diesem Zweck mit einem entsprechenden Gewinde versehen wurde. Dieser Gewindeteil wird in der Regel nicht mehr bewegt/gelöst. Das andere Gewindeende des Stehbolzens dient dem Befestigen eines anzuflanschenden weiteren Teils, das daran z. B. mit Mutter und Unterlegscheibe festgelegt werden kann.In a variant of the method, the connecting means is formed by a screw or a bolt / stud with an external thread, wherein the screw is pressed against the at least one first component and rotated, that when immersed in the (plasticized at this point) component the recess is formed an internal thread corresponding to the external thread. A stud may in particular be a screw without a screw head. As a rule, a stud bolt with a thread is screwed into a (usually higher quality) part, which has been provided for this purpose with a corresponding thread. This threaded part is usually not moved / solved. The other threaded end of the stud bolt is used to attach a further part to be flanged, the z. B. can be determined with nut and washer.

Die vorstehende Art des Gewindeformens ist besonders vorteilhaft, da im Gegensatz zum Gewindeschneiden kein Material verloren geht, sondern durch Umformen vollständig erhalten bleibt. Die Materialfaser wird dabei nicht durchtrennt, sondern am Gewindegrund verdichtet. Dadurch sind solchermaßen geformte Gewinde auszugsfester und haben eine sehr glatte Oberfläche. Die höhere Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit gegenüber dem Schneiden erhöht dabei zusätzlich die Produktivität. Gewindeformen kann insbesondere in Materialien mit guter Kaltverformbarkeit eingesetzt werden. Dies sind neben Stahl und Edelstahl auch Leichtmetalle und Leichtmetalllegierungen mit einer Streckgrenze von 1200 N/mm2. Grundsätzlich kommen insbesondere Werkstoffe, die beim Bohren langspanend sind, für das Gewindeformen in Betracht.The above type of thread forming is particularly advantageous since, in contrast to thread cutting no material is lost, but is completely retained by forming. The material fiber is not severed, but compacted at the root of the thread. As a result, such shaped threads are more resilient and have a very smooth surface. The higher speed and feed rate compared to cutting additionally increases productivity. Thread forming can be used in particular in materials with good cold workability. In addition to steel and stainless steel, these are also light metals and light metal alloys with a yield strength of 1200 N / mm 2 . In principle, in particular materials that are long-chipping during drilling, come into consideration for the thread forming.

Weiterhin ist im Hinblick auf die vorstehend beschriebene Art des Gewindeformens von Vorteil, dass in Abhängigkeit von dem Druck mit dem der Schweißstift gegen das mindestens eine erste Bauteil gedrückt wird und der Rotationsgeschwindigkeit des Schweißstiftes die Selbsthemmung des geformten Gewindes (Innengewinde der Ausnehmung) kontinuierlich bis maximal zur Verschweißung mit dem Grundwerkstoff (erstes Bauteil) erhöht werden kann. Hierdurch kann des Weiteren ggf. der übliche Schraubensicherungslack (z. B. Loctite) entfallen.Furthermore, in view of the above-described type of thread forming advantageous that depending on the pressure with which the welding pin against the at least one first component is pressed and the rotational speed of the welding pin, the self-locking of the formed thread (female thread of the recess) continuously to maximum for welding with the base material (first component) can be increased. As a result, the usual thread locking lacquer (eg Loctite) may also be omitted.

Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Erhöhung der Dauerschwingfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit einer solchen Verbindung. Weiterhin können die Poren des ersten Bauteiles im Bereich des geformten Gewindes verschlossen werden. Insbesondere bei lösbaren Verbindungen zwischen dem geformten Außen- und Innengewinde sind werkstoffgerechte angepasste „Gewindeformen” möglich (z. B. Rundgewinde etc.)Thus, the method of the invention makes it possible to increase the fatigue strength and fatigue strength of such a compound. Furthermore, the pores of the first component can be closed in the region of the formed thread. In particular, with detachable connections between the molded outer and inner thread suitable adapted "thread forms" are possible (eg round thread, etc.).

In einer weiteren Variante des Verfahrens ist das Verbindungsmittel als ein Bolzen ohne Gewinde oder eine Niete ausgebildet. Insbesondere bei unlösbaren Verbindungen zwischen dem Verbindungsmittel und dem mindestens einen ersten Bauteil und ggf. weiterer Bauteile sind Werkstoff- bzw. bauteilgerecht angepasste „Bolzenformen” möglich (z. B. Hinterschnitte etc.). Solche Verbindungsmittel können z. B. dazu ausgebildet sein, mit einem Hinterschnitt, etwa in Form eines gegenüber dem Nietenschaft/Bolzenschaft verbreiterten Nieten- bzw. Bolzenkopfes oder einem sonstigen verbreiterten Abschnitt, der z. B. das erste Bauteil oder ggf. ein weiteres Bauteil hintergreifen kann. Insbesondere können mehrere Bauteile miteinander verbunden werden (z. B. Kurbelgehäuse mit Hauptlagerdeckel, Pleuelstange mit Pleuelkappe etc.) In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird neben dem ersten Bauteil ein zweites Bauteil bereitgestellt, wobei das zweite Bauteil so bezüglich des ersten Bauteils angeordnet wird, dass eine entlang einer dritten Richtung erstreckte Oberfläche des ersten Bauteils an einer entlang der dritten Richtung erstreckten Oberfläche des zweiten Bauteils anliegt, wobei der Schweißstift im Bereich eines durch die beiden Stirnseiten definierten Fügespaltes so gegen die beiden Bauteile gedrückt wird, rotiert wird und entlang der dritten Richtung aus einer ersten Position in eine zweite Position verfahren wird, dass die Stirnseite des Schweißwerkzeuges insbesondere an den beiden dem Schweißwerkzeug zugewandten Oberflächen der beiden Bauteile anliegt und die beiden Bauteile jeweils im Bereich der zugeordneten Stirnseiten nach und nach plastifiziert werden und hierbei zumindest abschnittsweise entlang der dritten Richtung miteinander verschweißt werden, indem plastifiziertes Material der beiden Bauteile vom rotierenden Schweißstift mitgenommen und um den Schweißstift miteinander vermengt wird. Hierbei wird die besagte Ausnehmung, in der der Schweißstift am Ende verbleibt, in der zweiten Position ausgebildet.In a further variant of the method, the connecting means is designed as a bolt without thread or a rivet. In particular in the case of permanent connections between the connection means and the at least one first component and possibly further components, "stud shapes" adapted to the material or component are possible (eg undercuts, etc.). Such connecting means may, for. B. be formed with an undercut, such as in the form of a relative to the rivet shank / bolt shank broadened rivet or bolt head or any other widened portion of the z. B. can engage behind the first component or possibly another component. In particular, a plurality of components can be interconnected (eg, crankcase with main bearing cap, connecting rod with connecting rod cap, etc.) In a further variant of the method according to the invention, a second component is provided in addition to the first component, wherein the second component with respect to the first component is arranged so that a surface of the first component extending along a third direction bears against a surface of the second component which extends along the third direction, the welding pin being pressed against the two components in the region of a joint gap defined by the two end faces, and is rotated is moved along the third direction from a first position to a second position, that the end face of the welding tool rests in particular on the two surfaces facing the welding tool of the two components and the two components are gradually plasticized in each case in the region of the associated end faces and in this case at least sections are welded together along the third direction by the plasticized material of the two components taken from the rotating welding pin and mixed around the welding pin with each other. Here, said recess, in which the welding pin remains at the end, is formed in the second position.

In der zweiten Position kann der Schweißstift dabei entlang der ersten Richtung noch tiefer in die beiden Bauteile gedrückt werden.In the second position, the welding pin can be pushed even deeper into the two components along the first direction.

In einer weiteren Variante des Verfahrens wird bevorzugt ein zweites Bauteil bereitgestellt, wobei das zweite Bauteil so bezüglich des ersten Bauteils angeordnet wird, dass die beiden Bauteile entlang der ersten Richtung übereinander liegen, wobei der Schweißstift zum Verbinden der beiden Bauteile entlang der ersten Richtung auch in das zweite Bauteil gedrückt wird und dieses im Bereich des Schweißstiftes plastifiziert, so dass sich die Ausnehmung durch das erste Bauteil hindurch auch in das zweite Bauteil erstreckt.In a further variant of the method, a second component is preferably provided, wherein the second component is arranged with respect to the first component so that the two components lie one above the other along the first direction, wherein the welding pin for connecting the two components along the first direction also in the second component is pressed and this plasticized in the region of the welding pin, so that the recess extends through the first component and into the second component.

Natürlich können auch zwei Bauteile mit ihren Stirnseiten aneinandergelegt werden und ein drittes Bauteil kann entlang der ersten Richtung unterhalb des durch die beiden Stirnseiten definierten Fügespaltes angeordnet werden. Hierbei können die beiden Bauteile mit einander verschweißt werden und das dritte Bauteil kann über das Verbindungsmittel als Schweißstift mit den beiden anderen Bauteilen verbunden werden.Of course, two components with their front sides can be placed against each other and a third component can be arranged along the first direction below the joint gap defined by the two end faces. Here, the two components can be welded together and the third component can be connected via the connecting means as a welding pin with the other two components.

Des Weiteren wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Schweißverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.Furthermore, the problem underlying the invention is solved by a device for carrying out a welding method having the features of claim 10.

Danach ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen entlang einer ersten Richtung erstreckten Schweißstift aufweist, der entlang der ersten Richtung verfahrbar ist, um gegen mindestens ein zu verschweißendes erstes Bauteil zu drücken, wobei der Schweißstift um die erste Richtung rotierbar ist, so dass das mindestens eine erste Bauteil im Bereich des Schweißstiftes plastifiziert wird und eine Ausnehmung in dem mindestens einen Bauteil ausgebildet wird, wobei der Schweißstift als ein Verbindungsmittel ausgebildet ist, das dazu ausgebildet ist, nach dem besagten Plastifizieren des mindestens einen ersten Bauteils im Bereich des Schweißstiftes in jener Ausnehmung zu verbleiben, wobei die Vorrichtung den Schweißstift so gegen das mindestens eine erste Bauteil drückt und rotiert, dass der Schweißstift in der Ausnehmung mit dem mindestens einen ersten Bauteil unlösbar verbunden bzw. verschweißt wird oder lösbar mit jenem Bauteil verbunden wird (nicht verschweißt wird), so dass der Schweißstift aus der Ausnehmung zerstörungsfrei herausnehmbar ist.Thereafter, it is provided that the device according to the invention has a welding pin extended along a first direction, which is movable along the first direction to press against at least one to be welded first component, wherein the welding pin is rotatable about the first direction, so that the at least a first component in the region of the welding pin is plasticized and a recess is formed in the at least one component, wherein the welding pin is formed as a connecting means, which is adapted after said plasticizing the at least one first component in the region of the welding pin in that recess to remain, wherein the device so presses and rotates the welding pin against the at least one first component, that the welding pin is inextricably connected or welded in the recess with the at least one first component or is detachably connected to that component (not welded is), so that the welding pin from the recess is removable without destruction.

Zusammenfassend zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung dadurch aus, dass beim Herstellen der besagten Verbindungen keine Zusatzwerkstoffe nötig sind, hohe Nahtfestigkeiten erzielbar sind, kein Schutzgas nötig ist, der Prozessablauf vergleichsweise einfach ist, ein breites Spektrum von Mischverbindungen möglich ist sowie relativ niedrige Temperaturen (in Aluminium ca. 550 C auf der Schweißnahtoberfläche) und damit wenig Verzug möglich sind.In summary, the method according to the invention or the corresponding device is distinguished by the fact that no additional materials are required during the production of the said compounds, high weld strengths can be achieved, no inert gas is required, the process sequence is comparatively simple, a broad spectrum of mixed connections is possible and relatively low temperatures (in aluminum about 550 C on the weld surface) and thus little distortion are possible.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen bei den nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden.Further features and advantages of the invention will be explained in the following description of exemplary embodiments with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine ausschnitthafte Schnittansicht eines Schweißwerkzeuges mit einem davon abragenden Schweißstift vor dem Eintauchen in eine Bauteiloberfläche; 1 a partial sectional view of a welding tool with a protruding welding pin before immersion in a component surface;

2 eine ausschnitthafte Schnittansicht des Schweißwerkzeuges gemäß 1 mit in die Bauteiloberfläche eingetauchtem Schweißstift; 2 a sectional sectional view of the welding tool according to 1 with welding stud immersed in the component surface;

3 eine Variante des in den 1 und 2 gezeigten Verfahrens; und 3 a variant of the in the 1 and 2 shown method; and

4 ein durch das in den 1 und 2 dargestellte Verfahren erzeugtes Gewinde. 4 a through the in the 1 and 2 illustrated method produced thread.

1 zeigt in Zusammenhang mit 2 ein zylindrisches Schweißwerkzeug 10 mit einem davon entlang einer ersten Richtung B abragenden zylindrischen Schweißstift 100, der bezüglich des Schweißwerkzeuges 10 koaxial angeordnet ist. Dabei steht der Schweißstift 100 über eine Schulter 11 des Schweißwerkzeuges 10 hinaus und weist einen ersten freien Endbereich 101 auf, über den er lösbar am Schweißwerkzeug 10 festgelegt ist sowie einen zweiten freien Endbereich 102, der dem ersten freien Endbereich 101 entlang der ersten Richtung B, die mit der Vertikalen Z zusammenfallen kann, gegenüberliegt. Der Schweißstift 100 weist ferner eine umlaufende, entlang der ersten Richtung erstreckte Außenseite 104 auf, sowie eine dem Schweißwerkzeug 10 entlang der ersten Richtung B abgewandte Stirnseite 103 zur Anlage an einer Oberfläche 21 eines zu verschweißenden ersten Bauteiles 20 in Form eines Blechs, die sich in diesem Ausführungsbeispiel entlang der X-Y-Ebene erstreckt. 1 shows in connection with 2 a cylindrical welding tool 10 with one of them projecting along a first direction B cylindrical welding pin 100 , concerning the welding tool 10 is arranged coaxially. Here is the welding pin 100 over a shoulder 11 of the welding tool 10 and has a first free end area 101 on which he can be solved on the welding tool 10 is fixed and a second free end 102 , the first free end area 101 along the first direction B, the can coincide with the vertical Z, is opposite. The welding pin 100 also has a circumferential outside, along the first direction 104 on, as well as a welding tool 10 along the first direction B remote end face 103 for attachment to a surface 21 a first component to be welded 20 in the form of a sheet extending along the XY plane in this embodiment.

Entlang der ersten Richtung B kann unterhalb des ersten Bauteiles 20 ein weiteres zweites Bauteil 30 in Form eines Blechs angeordnet sein, das mit dem ersten Bauteil 20 verbunden werden soll. Dabei kann das zweite Bauteil 30 mit einer ebenfalls entlang der X-Y-Ebene erstreckten Oberfläche 31 an einer dem Schweißwerkzeug abgewandten Oberfläche 22 des ersten Bauteiles 20 flächig anliegen.Along the first direction B may be below the first component 20 another second component 30 be arranged in the form of a sheet, with the first component 20 to be connected. In this case, the second component 30 with a surface also along the XY plane 31 on a surface facing away from the welding tool 22 of the first component 20 lie flat.

Der Schweißstift 100 wird nun zum Eintauchen in das erste metallische Bauteil 20 entlang einer zweiten Richtung R in Rotation versetzt, so dass er eine vorbestimmbare Rotationsgeschwindigkeit aufweist und entlang der ersten Richtung B senkrecht zur Oberfläche 21 in Richtung auf das erste Bauteil 20 abgesenkt, so dass er mit einer vordefinierten Kraft gegen das erste Bauteil 20 drückt. Dabei sind jener Druck und die Rotationsgeschwindigkeit des Schweißstiftes 100 in Abhängigkeit vom Material des Schweißstiftes 100 sowie des ersten bzw. zweiten Bauteiles 20, 30 so bemessen, dass das erste Bauteil 20 und ggf. ein darunter angeordnetes zweites Bauteil 30 im Bereich des eintauchenden Schweißstiftes 100 durch die mittels des Schweißstiftes 100 und ggf. der Schulter 11 erzeugte Reibungswärme plastifiziert wird und eine entsprechende Ausnehmung 200 ausgebildet wird.The welding pin 100 will now be immersed in the first metallic component 20 along a second direction R set in rotation so that it has a predeterminable rotational speed and along the first direction B perpendicular to the surface 21 in the direction of the first component 20 lowered, giving it a predefined force against the first component 20 suppressed. Here are the pressure and the rotational speed of the welding pin 100 depending on the material of the welding pin 100 and the first or second component 20 . 30 such that the first component 20 and optionally a second component disposed thereunder 30 in the area of the dipping welding pin 100 by means of the welding pin 100 and possibly the shoulder 11 generated frictional heat is plasticized and a corresponding recess 200 is trained.

Zum Zurückdrängen von plastifiziertem Material des ersten Bauteils 20 und zum Erwärmen des ersten Bauteiles 20 wird der Schweißstift 100 vorzugsweise entlang der ersten Richtung B gemäß 2 so tief in das erste und ggf. das zweite Bauteil 30 eingetaucht, dass die Schulter 11 des Schweißwerkzeuges zur Anlage an die Oberfläche 21 bzw. zur Anlage an einen die ausgebildete Ausnehmung 200 begrenzenden Randbereich 23 jener Oberfläche 21 zu liegen kommt. Hierbei kann die Schulter 11 gleichzeitig zum Anspiegeln bzw. zur Bearbeitung der Anlage- oder Auflagefläche (Randbereich 23) genutzt werden, was eine zusätzliche Reduktion der Arbeitsschritte bedeutet.For pushing back plasticized material of the first component 20 and for heating the first component 20 becomes the welding pin 100 preferably along the first direction B according to 2 so deep into the first and possibly the second component 30 dipped that shoulder 11 of the welding tool for contact with the surface 21 or for contact with a trained recess 200 bordering border area 23 that surface 21 to come to rest. This can be the shoulder 11 at the same time for mirroring or for processing the bearing or bearing surface (edge region 23 ), which means an additional reduction of the work steps.

Es ist auch möglich, dass der Schweißstift 100 selbst die Schulter 11 ausbildet. Das Schweißwerkzeug 10 liegt dann entsprechend hinter jener Schulter 11.It is also possible that the welding pin 100 even the shoulder 11 formed. The welding tool 10 then lies behind that shoulder 11 ,

Der Schweißstift 100 ist weiterhin dazu eingerichtet und vorgesehen, dauerhaft in der ausgebildeten Ausnehmung als Verbindungsmittel zu verbleiben. Hierzu kann der Schweißstift 100 als eine Schraube ausgebildet sein, die beispielsweise gemäß 2 an der Außenseite 104 am zweiten freien Endbereich 102 ein Außengewinde 105 aufweisen kann (vgl. 2). Des Weiteren kann der Schweißstift 100 als ein Bolzen ausgebildet sein, der z. B. an einem der freien Endbereiche 101, 102 einen abstehenden Bereich aufweisen kann, so dass der Bolzen 100 das erste Bauteil 20 (z. B. in der Ausnehmung 200) oder weitere Bauteile 30 hintergreifen kann. Weiterhin kann der Schweißstift 100 auch als ein Niet oder ein ähnliches Verbindungsmittel ausgebildet sein.The welding pin 100 is further adapted and intended to remain permanently in the formed recess as a connecting means. For this purpose, the welding pin 100 be designed as a screw, for example, according to 2 on the outside 104 at the second free end area 102 an external thread 105 can have (cf. 2 ). Furthermore, the welding pin 100 be designed as a bolt, the z. B. at one of the free end portions 101 . 102 may have a protruding portion, so that the bolt 100 the first component 20 (eg in the recess 200 ) or other components 30 can engage. Furthermore, the welding pin 100 also be designed as a rivet or a similar connection means.

Abhängig vom Druck, der Rotationsgeschwindigkeit und den beteiligten Materialen kann der Schweißstift 100 in der Ausnehmung 200 kraft- und/oder formschlüssig unlösbar festgelegt werden oder in der Ausnehmung 200 mit dem ersten bzw. zweiten Bauteil 20, 30 stoffschlüssig verschweißt werden, indem eine Schweißnaht 201 zwischen dem ersten bzw. zweiten Bauteil 20, 30 und dem Verbindungsmittel 100 im Bereich der Ausnehmung 200 ausgebildet wird (vgl. z. B. 2).Depending on the pressure, the speed of rotation and the materials involved, the welding pin can 100 in the recess 200 fixed in force and / or form fit insoluble or in the recess 200 with the first or second component 20 . 30 cohesively welded by a weld 201 between the first and second component 20 . 30 and the connecting means 100 in the region of the recess 200 is trained (cf. 2 ).

Insbesondere bei einem Schweißstift in Form einer Schraube mit einem Außengewinde 105 kann beim Plastifizieren in dem ersten bzw. zweiten Bauteil eine Ausnehmung mit entsprechendem Innengewinde 202 geschaffen werden, derart, dass das Verbindungsmittel nach dem Erstarren des Materials wieder aus der Ausnehmung herausgeschraubt werden kann. Ein exemplarisches Beispiel für ein solches Innengewinde 202 eines ersten Bauteiles 60 ist in der 4 im Querschnitt gezeigt. Somit kann also durch Aufbringen einer definierten axialen Anpresskraft des Schweißstiftes auf das Eindrehen, Anziehen der Schraube bzw. des Stehbolzens mit definiertem Drehmoment und Drehwinkel verzichtet werden und die Herstellung eines absolut spielfreien Gewindes, bei dem die obere und die untere Gewindeflanke anliegen, ermöglicht werden. Des Weiteren können die besagten Gewinde 202 bzw. Bolzen 100 absolut winkeltreu, also beispielsweise in einem rechten Winkel zur Bauteiloberfläche 21 angeordnet werden. Ferner werden die Poren im Bereich des geformten Gewindes 202 verschlossen. Insbesondere in spröden und porösen Werkstoffen erlaubt dies die Erhöhung der Tragfähigkeit von Gewinden, z. B. in Aluminium-(Druck)gussbauteilen, Sintermetallen, Metallschäumen etc.).In particular, in a welding pin in the form of a screw with an external thread 105 can during plasticizing in the first and second component, a recess with a corresponding internal thread 202 be created, such that the connecting means after the solidification of the material can be unscrewed out of the recess again. An exemplary example of such an internal thread 202 a first component 60 is in the 4 shown in cross section. Thus, by applying a defined axial contact pressure of the welding pin on the screwing, tightening the screw or the stud bolt with defined torque and rotation angle can be dispensed with and the production of a completely backlash-free thread, in which the upper and lower thread flank abut are possible. Furthermore, the said threads can 202 or bolt 100 absolutely angled, so for example at a right angle to the component surface 21 to be ordered. Further, the pores become in the area of the formed thread 202 locked. In particular, in brittle and porous materials, this allows the increase in the load capacity of threads, z. B. in aluminum (pressure) cast components, sintered metals, metal foams, etc.).

Gemäß 3 kann das Verbindungsmittel 100 schließlich, bevor es in dem ersten bzw. zweiten Bauteil 40, 50 verbleibt, zum Rührreibschweißen verwendet werden. Hierbei können z. B. ein flächiges erstes Bauteil 40 und ein flächiges zweites Bauteil 50 entlang der X-Y-Ebene nebeneinander angeordnet werden, so dass eine Stirnseite 42 des ersten Bauteiles 40, die sich entlang einer dritten Richtung B' erstreckt, quer zu dieser dritten Richtung B einer Stirnseite 52 des zweiten Bauteiles 50 gegenüberliegt, die sich ebenfalls entlang der dritten Richtung B' erstreckt. Die beiden Stirnseiten 42, 52 definieren auf diese Weise einen Fügespalt zwischen den beiden Bauteilen 40, 50, der durch eine Schweißnaht 201 verbunden werden soll.According to 3 can the connecting agent 100 finally, before it in the first or second component 40 . 50 remains to be used for friction stir welding. This z. B. a flat first component 40 and a planar second component 50 be arranged side by side along the XY plane, leaving an end face 42 of the first component 40 extending along a third direction B ', transverse to this third direction B of an end face 52 of the second component 50 opposite, which also extends along the third direction B '. The two front sides 42 . 52 define in this way a joint gap between the two components 40 . 50 that by a weld 201 to be connected.

Hierzu wird das Schweißwerkzeug 10 in einer ersten Position entlang des Fügespaltes auf die beiden Bauteile 40, 50 abgesenkt, so dass der Schweißstift 100 gemäß den 2 bzw. 3 in das erste und das zweite Bauteil 40, 50 eintauchen kann, wobei die Schulter 11 des Schweißwerkzeuges 10 zur Anlage an die beiden dem Schweißwerkzeug 10 zugewandten Oberflächen 41, 51 der beiden Bauteile 40, 50 gelangt. Durch die vom Schweißwerkzeug 10 samt Schweißstift 100 auf die Bauteile 40, 50 übertragene Reibungswärme plastifizieren die beiden Bauteile 40, 50 im Bereich der Stirnseiten 42, 52 um den Schweißstift 100, und Material von den beiden Stirnseiten 42, 52 wird miteinander aufgrund der Rotation des Schweißstiftes 100 vermengt. Indem nun das Schweißwerkzeug 10 bzw. der Schweißstift 100 entlang der dritten Richtung B', also entlang des Fügespaltes in eine zweite Position verfahren wird, wird eine den Fügespalt ausfüllende, die beiden Bauteile 40, 50 miteinander verbindende Schweißnaht 201 erzeugt. In der zweiten Position kann dann der Schweißstift 100 bzw. das Verbindungsmittel 100 in der Schweißnaht 201 in einer entsprechenden Ausnehmung 200 verbleiben (vgl. 2), die z. B. bei einem entsprechenden Verbindungsmittel 100 ein Innengewinde 202 gemäß 4 aufweisen kann.For this purpose, the welding tool 10 in a first position along the joint gap on the two components 40 . 50 lowered so that the welding pin 100 according to the 2 respectively. 3 in the first and the second component 40 . 50 can submerge, taking the shoulder 11 of the welding tool 10 to the plant to the two the welding tool 10 facing surfaces 41 . 51 of the two components 40 . 50 arrives. By the welding tool 10 including welding pin 100 on the components 40 . 50 transmitted frictional heat plasticize the two components 40 . 50 in the area of the front sides 42 . 52 around the welding pin 100 , and material from the two end faces 42 . 52 gets together due to the rotation of the welding pin 100 mixed. Now by the welding tool 10 or the welding pin 100 along the third direction B ', that is moved along the joint gap in a second position, a filling gap, the two components 40 . 50 interconnecting weld 201 generated. In the second position then the welding pin 100 or the connecting means 100 in the weld 201 in a corresponding recess 200 remain (cf. 2 ), the z. B. at a corresponding connection means 100 an internal thread 202 according to 4 can have.

Es ist auch möglich, dass das Verbindungsmittel 100 in der zweiten Position noch tiefer entlang der ersten Richtung B in den Grundwerkstoff bzw. die beiden Bauteile 40, 50 eintaucht. Dies ist unabhängig davon, ob eine lösbare oder unlösbare Verbindung hergestellt werden soll.It is also possible that the lanyard 100 in the second position even deeper along the first direction B in the base material or the two components 40 . 50 dips. This is independent of whether a detachable or non-detachable connection is to be made.

Das oben beschriebene Verfahren bzw. die dargestellte Vorrichtung ermöglichen somit eine erhöhte Festigkeit durch Fügen von Bauteilen in der festen Phase, indem nur eine Plastifizierung des Materials stattfindet. Hierbei können Mischverbindungen und unterschiedliche Werkstoffe (z. B. Metalle) stoff- und/oder kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden. Es handelt sich um ein spanloses Verfahren, so dass die Entsorgung bzw. Lagerung von Prozessabfällen entfällt. Das Verfahren ist ferner voll automatisierbar.The above-described method and apparatus thus enable increased strength by joining components in the solid phase by only plasticizing the material. In this case, mixed compounds and different materials (eg metals) can be bonded to one another in a material and / or force and / or form-fitting manner. It is a non-cutting process, so that the disposal or storage of process waste is eliminated. The method is also fully automated.

Claims (10)

Schweißverfahren, mit den Schritten: – Bereitstellen zumindest eines zu verschweißenden ersten Bauteils (20, 30, 40, 50, 60), – Drücken eines entlang einer ersten Richtung (B) erstreckten Schweißstiftes (100) gegen das mindestens eine erste Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) entlang der ersten Richtung (B) und – Rotieren des Schweißstiftes (100) um die erste Richtung (B), so dass das mindestens eine erste Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) im Bereich des Schweißstiftes (100) plastifiziert wird und eine Ausnehmung (200) in dem mindestens einen Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstift (10) als ein Verbindungsmittel ausgebildet ist, das nach dem besagten Plastifizieren des mindestens einen ersten Bauteils (20, 30, 40, 50, 60) im Bereich des Schweißstiftes (10) in jener Ausnehmung (200) verbleibt, wobei der Schweißstift (100) in der Ausnehmung (200) mit dem mindestens einen ersten Bauteil (20, 30, 40. 50, 60) unlösbar verbunden wird, insbesondere verschweißt wird, oder wobei der Schweißstift (100) mit jenem Bauteil (10, 20, 30, 40, 50, 60) lösbar verbunden wird, so dass der Schweißstift (100) aus der Ausnehmung (200) herausnehmbar ist.Welding method, comprising the steps of: providing at least one first component to be welded ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ), - pressing a welding pin extending along a first direction (B) ( 100 ) against the at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) along the first direction (B) and - rotating the welding pin ( 100 ) about the first direction (B), so that the at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) in the area of the welding pin ( 100 ) is plasticized and a recess ( 200 ) in the at least one component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ), characterized in that the welding pin ( 10 ) is formed as a connecting means, which after said plasticizing the at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) in the area of the welding pin ( 10 ) in that recess ( 200 ), the welding pin ( 100 ) in the recess ( 200 ) with the at least one first component ( 20 . 30 . 40 , 50 . 60 ) is inseparably connected, in particular welded, or wherein the welding pin ( 100 ) with that component ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) is releasably connected, so that the welding pin ( 100 ) from the recess ( 200 ) is removable. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstift (100) zum Drücken gegen das mindestens eine erste Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) und zum Rotieren an einem Schweißwerkzeug (10) festgelegt wird, wobei insbesondere das Schweißwerkzeug (10) um die erste Richtung (B) entlang einer zweiten Richtung (R) rotiert, und wobei insbesondere das Schweißwerkzeug (10) samt Schweißstift (100) entlang der ersten Richtung (B) in Richtung auf das erste Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) verfahren wird, um den Schweißstift (100) gegen das mindestens eine erste Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) zu drücken.Welding method according to claim 1, characterized in that the welding pin ( 100 ) for pressing against the at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) and for rotating on a welding tool ( 10 ), in particular the welding tool ( 10 ) is rotated about the first direction (B) along a second direction (R), and in particular the welding tool ( 10 ) with welding pin ( 100 ) along the first direction (B) in the direction of the first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) is moved to the welding pin ( 100 ) against the at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstift (100) nach dem Ausbilden der Ausnehmung (200) von dem Schweißwerkzeug (10) gelöst wird.Method according to claim 2, characterized in that the welding pin ( 100 ) after forming the recess ( 200 ) of the welding tool ( 10 ) is solved. Schweißverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstift (100) von einer Schulter (11) des Schweißwerkzeuges (10) abragt, wobei jene Schulter (11) beim Ausbilden der Ausnehmung (200) zur Anlage an einen die Ausnehmung (200) berandenden Randbereich (23) des mindestens einen ersten Bauteils (20) gebracht wird, und wobei insbesondere der Schweißstift (10) hiernach entlang der ersten Richtung (B) noch tiefer in das mindestens eine erste Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) gedrückt wird.Welding method according to claim 2 or 3, characterized in that the welding pin ( 100 ) from one shoulder ( 11 ) of the welding tool ( 10 ), whereby that shoulder ( 11 ) when forming the recess ( 200 ) for engagement with a recess ( 200 ) bordering edge area ( 23 ) of the at least one first component ( 20 ), and in particular the welding pin ( 10 ) thereafter along the first direction (B) even deeper into the at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) is pressed. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (100) durch eine Schraube oder einen Stehbolzen mit einem Außengewinde (105) gebildet wird, wobei die Schraube oder der Stehbolzen derart gegen das mindestens eine erste Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) gedrückt wird und rotiert wird, dass an der Ausnehmung (200) ein entsprechendes Innengewinde (202) ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting means ( 100 ) by a screw or a stud with an external thread ( 105 ) is formed, wherein the screw or the stud so against the at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) is pressed and rotated, that at the recess ( 200 ) a corresponding internal thread ( 202 ) is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (100) als ein Bolzen oder ein Niet ausgebildet ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the connecting means ( 100 ) is formed as a bolt or a rivet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Bauteil (50) bereitgestellt wird, wobei das zweite Bauteil (50) so bezüglich des ersten Bauteils (40) angeordnet wird, dass eine entlang einer dritten Richtung (B') erstreckte Oberfläche (52) des ersten Bauteils (50) an einer entlang der dritten Richtung (B') erstreckten Oberfläche (42) des zweiten Bauteils (50) anliegt, wobei der Schweißstift (100) so gegen die beiden Bauteile (40, 50) gedrückt wird, rotiert wird und entlang der dritten Richtung (B') aus einer ersten Position in eine zweite Position verfahren wird, dass die beiden Bauteile (40, 50) jeweils im Bereich der zugeordneten Oberfläche (42, 52) plastifiziert werden und zumindest abschnittsweise entlang der dritten Richtung (B') miteinander verschweißt werden, wobei die besagte Ausnehmung (200) in der zweiten Position ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a second component ( 50 ), wherein the second component ( 50 ) so with respect to the first component ( 40 ) is arranged such that a surface (3 ') extending along a third direction (B') 52 ) of the first component ( 50 ) in a surface extending along the third direction (B ') ( 42 ) of the second component ( 50 ), wherein the welding pin ( 100 ) so against the two components ( 40 . 50 ) is rotated, and is moved along the third direction (B ') from a first position to a second position that the two components ( 40 . 50 ) in each case in the region of the assigned surface ( 42 . 52 ) are plasticized and at least partially welded together along the third direction (B '), wherein said recess ( 200 ) is formed in the second position. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstift (200) in der zweiten Position entlang der ersten Richtung (B) tiefer in die beiden Bauteile (40, 50) gedrückt wird als außerhalb der zweiten Position.Method according to claim 7, characterized in that the welding pin ( 200 ) in the second position along the first direction (B) deeper into the two components ( 40 . 50 ) is pressed as being out of the second position. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Bauteil (30) bereitgestellt wird, wobei das zweite Bauteil (30) so bezüglich des ersten Bauteils (20) angeordnet wird, dass die beiden Bauteile (20, 30) entlang der ersten Richtung (B) übereinander liegen, wobei der Schweißstift (200) zum Verbinden der beiden Bauteile (20, 30) entlang der ersten Richtung (B) auch in das zweite Bauteil (30) gedrückt wird und dieses im Bereich des Schweißstiftes (100) plastifiziert, so dass sich die Ausnehmung (200) durch das erste Bauteil (20) hindurch auch in das zweite Bauteil (30) erstreckt.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a second component ( 30 ), wherein the second component ( 30 ) so with respect to the first component ( 20 ) is arranged, that the two components ( 20 . 30 ) lie one above the other along the first direction (B), the welding pin ( 200 ) for connecting the two components ( 20 . 30 ) along the first direction (B) in the second component ( 30 ) and this in the area of the welding pin ( 100 ), so that the recess ( 200 ) through the first component ( 20 ) also into the second component ( 30 ). Vorrichtung zur Durchführung eines Schweißverfahrens insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem entlang einer ersten Richtung (B) erstreckten Schweißstift (100), der entlang einer ersten Richtung (B) verfahrbar ist, um gegen mindestens ein zu verschweißendes erstes Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) zu drücken, wobei der Schweißstift (100) um die erste Richtung (B) rotierbar ist, so dass das mindestens eine erste Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) im Bereich des Schweißstiftes (100) plastifiziert wird und eine Ausnehmung (200) in dem mindestens einen Bauteil (20, 30, 40, 50, 60) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstift (10) als ein Verbindungsmittel ausgebildet ist, das dazu eingerichtet und vorgesehen ist, nach dem besagten Plastifizieren des mindestens einen ersten Bauteils (20, 30, 40, 50, 60) im Bereich des Schweißstiftes (10) in jener Ausnehmung (200) zu verbleiben, wobei die Vorrichtung den Schweißstift (100) so gegen das mindestens eine erste Bauteil drückt und rotiert, dass der Schweißstift in der Ausnehmung (200) mit dem mindestens einen ersten Bauteil (20, 30, 40. 50, 60) unlösbar verbunden wird, insbesondere verschweißt wird oder lösbar mit jenem Bauteil (10, 20, 30, 40, 50, 60) verbunden wird, so dass der Schweißstift (100) aus der Ausnehmung (200) herausnehmbar ist.Device for carrying out a welding process, in particular according to one of claims 1 to 9, with a welding pin (10) extending along a first direction (B). 100 ) which is movable along a first direction (B) in order to bear against at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ), the welding pin ( 100 ) about the first direction (B) is rotatable, so that the at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) in the area of the welding pin ( 100 ) is plasticized and a recess ( 200 ) in the at least one component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ), characterized in that the welding pin ( 10 ) is designed as a connecting means, which is set up and provided, after said plastification of the at least one first component ( 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ) in the area of the welding pin ( 10 ) in that recess ( 200 ), the device retaining the welding pin ( 100 ) presses against the at least one first component and rotates that the welding pin in the recess ( 200 ) with the at least one first component ( 20 . 30 . 40 , 50 . 60 ) is inseparably connected, in particular welded or detachable with that component ( 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 ), so that the welding pin ( 100 ) from the recess ( 200 ) is removable.
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