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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fügeverfahren.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist das Laserstrahlschweißverfahren als ein Fügeverfahren bekannt, bei dem die Energiezuführung in die zu fügenden Werkstücke bzw. Bauteile über einen Laser erfolgt. Das Verfahren wird zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen. Das Laserschweißen oder Laserstrahlschweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt.
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Für die Fixierung der Bauteile werden kraftschlüssige Spann- oder Fixiervorrichtungen verwendet. Es gibt sogenannte Universalspannvorrichtungen und bauteilangepasste Spanntechniken, die im Prototypenbau angewendet werden. Diese sind teuer und aufwändig.
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Nach dem Stand der Technik versucht man bei dünnwandigen Bauteilen die durchgängig spaltfreie Fixierung der zu verschweißenden Teile miteinander mit mechanischen Spannvorrichtungen wie Niederhaltern, Niederhalteschienen und dergleichen mehr oder auch mittels einer Unterdruckspannvorrichtung, z. B. mittels Ansaugen der Bauteile, auf eine Spannfläche, zu erreichen. Nachteilig ist es dabei, dass stets ein Mindestabstand zwischen den Spannelementen und der Fügezone eingehalten werden muss, um die Fügezone für den Fügeprozess zugänglich zu halten.
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Ferner ist es nachteilig, dass diese bauteilgeometrieabhängigen oder verstellbaren mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch wirkenden Spannvorrichtungen einen hohen technischen Aufwand in der Fertigung erfordern und sehr kostspielig sind, insbesondere beim Fügen komplexer dreidimensionaler Konturen, denn hierfür müssen sehr aufwendige und kostspielige Fixiervorrichtungen hergestellt werden.
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Das Verschweißen von metallischen Folien und nichtmetallischen, schweißbaren Werkstoffen auf dickwandige Bauteile oder auch miteinander, verursacht somit nachteilig einen erheblichen Aufwand bei der Bauteilfixierung. Dieser Aufwand wird noch größer, wenn 2- oder 3-dimensional gekrümmte Flächen zu fügen sind.
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Aus Reisgen et al. ist ein Hybrid-Laserstrahlschweißverfahren bekannt (Uwe Reisgen, Klaus Dilger, Simon Olschok, Nikolaus Wagner, 2009. Application of pressuresensitive adhesive systems in laser-beam-welding of lap joints. 28. International Congress an Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO). Orlando, FL, USA.). Bei dieser Form des Schweißens wurde zusätzlich ein Haftklebstoff zwischen den beiden Blechen eingesetzt. Das Verfahren besteht dabei aus einer Kombination von Haftklebebandmontage zwischen den zwei im Überlappstoß angeordneten Blechen und einem anschließenden Laserstrahlschweißen neben den Haftklebebändern. Das Band wurde dabei zunächst auf die Oberfläche eines Bauteiles geklebt. Sodann wurde das zweite Bauteil im Überlapp auf das erste Bauteil angeordnet und durch die zwischen den Bauteilen vorliegende Klebfolie fixiert. Das Schweißen erfolgte im Nachgang. Durch die Soforthaftung der doppelseitigen Klebebänder werden die Bleche geometrisch fixiert. Durch die geeignete Wahl der Klebebanddicke wird ein definierter Spalt zwischen den Blechen eingestellt, der eine zuverlässige Entgasung von Zinkdampf durch den Klebestreifen hindurch erlaubt.
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Nachteilig ist es auch mit dieser Technologie nicht möglich flexibel Bauteilflächen miteinander zu fixieren und spaltfrei zu fügen.
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Aufgabe der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem Werkstücke wie z. B. metallische oder nichtmetallische Folien spaltfrei auf einfache Weise miteinander gefügt werden können. Es soll insbesondere ein Laserstrahlschweißverfahren bereitgestellt werden, mit dem dünne Folien oder Bleche mit sich selbst oder mit anderen Werkstücken spaltfrei gefügt werden können.
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Dabei soll auf kostenträchtige und zeitintensive Spannvorrichtungen – und Verfahren verzichtet werden, insbesondere wenn dreidimensionale Geometrien erschaffen werden sollen.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird gelöst mit dem Verfahren nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen hierzu.
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Beschreibung der Erfindung
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Das Verfahren zum spaltfreien Fügen zweier Werkstücke, ist gekennzeichnet durch die Schritte:
- a. die zu fügenden Werkstücke werden miteinander in Kontakt gebracht, so dass eine Fügestelle gebildet wird,
- b. die Fügestelle wird durch einen Film geometrisch fixiert,
- c. die Werkstücke werden miteinander gefügt.
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Eine Fügestelle wird durch das Heranführen und in Kontaktbringen zweier Werkstücke zueinander gebildet, bis diese überlappen oder als I-Stoß vorliegen. Als I-Stoß vorliegende Werkstücke können, müssen aber nicht in unmittelbaren physischen Kontakt miteinander stehen. Miteinander in Kontakt bringen bedeutet in diesem Sinne, dass die Werkstücke nahe genug miteinander in Kontakt gebracht werden, um zu gewährleisten, dass zwischen den Werkstücken eine Fügestelle gebildet wird und ein Fügeverfahren mit Aussicht auf Erfolg zum Verbinden der Werkstücke angewendet werden kann.
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Der Film kann im Nachgang zu Schritt c. von der Oberfläche der Werkstücke entfernt werden.
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Es werden mindestens zwei miteinander zu verbindende Werkstücke, wie z. B. Bleche, Folien und dergleichen mehr gefügt.
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Der Begriff „Werkstück” umfasst ferner insbesondere aber nicht ausschließlich metallische Folien und Bleche, und nichtmetallische Werkstücke, sofern diese mit einem erfindungsgemäßen Fügeverfahren gefügt werden. Der Begriff „Werkstücke miteinander in Kontakt bringen” bezeichnet im Sinne der Erfindung optional, dass die Fügestelle aus zwei Enden eines einzigen mechanisch flexibel handhabbaren Werkstückes, wie z. B. einer Folie gebildet werden kann. Im Falle einer dünnen Folie kann diese im Sinne der Erfindung z. B. zu einem Rohr aufgerollt werden, so dass zwei Enden ein und derselben Folie aneinander stoßen (I-Stoß) oder überlappen. Dadurch wird die Fügestelle aus zwei Flächen eines einzigen Werkstückes gebildet und fixiert.
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Erfindungsgemäß wird die Fügestelle zwischen den beiden Werkstücken an deren jeweiligen Oberflächen fixiert. Es liegt erfindungsgemäß kein Film, bzw. Fixierungsmittel zwischen den Werkstücken angeordnet vor, wie im Stand der Technik.
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Optional kann der Schritt a. und der Schritt b. miteinander vertauscht sein.
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Sofern der Schritt b. vor dem Schritt a. erfolgt, wird die eine Fügestelle ausbildende Fläche eines ersten Werkstückes zunächst fixiert und sodann mindestens ein zweites Werkstück mit dem ersten Werkstück in Kontakt gebracht und mit dem Film fixiert. Es ist hierfür denkbar und selbstverständlich auch ausführbar, zunächst eines der Werkstücke randständig an der Oberfläche mit einem Film zu versehen und sodann den Schritt a. durchzuführen. Der Film wird dann zunächst auf eines der Werkstücke überlappend befestigt und sodann das zweite Werkstück mit dem ersten Werkstück in Kontakt gebracht und mit dem freien Teil des Klebfilms fixiert. Weitere Werkstücke können auf diese Weise im Mehrlagenstoß miteinander in Kontakt gebracht werden.
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Es gibt demnach verschiedene Ansätze die Werkstücke miteinander in Kontakt zu bringen.
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Die Werkstücke werden überlappend miteinander in Kontakt gebracht. Dann überlappt ein Werkstück das andere Werkstück vorzugsweise randständig, so dass quasi ein Werkstück am Rand das obere Werkstück bildet und ein Werkstück das entsprechende untere. Der Film ist auf der Oberfläche der Werkstücke angeordnet und fixiert die Fügestelle geometrisch, so dass während des Fügeverfahrens die Werkstücke in ihrer zugedachten Form verbleiben.
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Die Fügestelle wird im Überlappungsbereich, das heißt auf der Oberfläche der Werkstücke, mit dem Film fixiert. Es liegt kein Film zwischen den Werkstücken vor, wie im Stand der Technik, sondern nur auf der Oberfläche der Werkstücke.
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Vorteilhaft wird dadurch eine besonders einfache Fixierung der zu fügenden Werkstücke zueinander gewährleistet. Es liegt vorteilhaft kein Film bzw. Fixierungsmittel zwischen den Werkstücken vor, so dass es sich hierbei um ein spaltfreies Fügeverfahren handelt. Diese Maßnahme bewirkt besonders vorteilhaft, dass ein spaltfreies Fügeverfahren angewendet werden kann und der Film gegebenenfalls auch wieder entfernt werden kann. Je nach der Breite des Überlappungsbereichs steht das Material eines der beiden Werkstücke nicht mehr als Nutzfläche für spätere Anwendungen zur Verfügung.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden daher die Werkstücke auf Stoß miteinander in Kontakt gebracht und dort die Fügestelle gebildet (I-Stoß). Dann steht das gesamte Material beider Werkstücke als Nutzfläche für spätere Anwendungen zur Verfügung. Die gebildete Fügestelle zwischen den Werkstücken wird im Stoß der miteinander in Kontakt liegenden Werkstücke gebildet, also über den Stirnseiten der Werkstücke, z. B. Bleche. Die Werkstücke können dabei z. B. in derselben Ebene zueinander angeordnet vorliegen. Dann liegen sie quasi plan nebeneinander und der Film ist auf der Oberfläche der Werkstücke zur geometrischen Fixierung der Fügestelle angeordnet. Die Werkstücke können aber auch zueinander angewinkelt vorliegen, dann liegen sie z. B. in einem rechten Winkel zueinander vor. Selbstverständlich sind andere Geometrien im Rahmen der verwendeten Werkstücke möglich, sofern der fixierende Film eine ausreichende Haftkraft aufweist. Es können beispielweise beliebige Rohrquerschnitte hergestellt werden, z. B. Vierkantrohre, Rundrohre und so weiter. Auf Stoß bedeutet dabei, dass die zu fügenden Flächen des oder der Werkstücke nur an deren Stirnseiten miteinander in Kontakt treten. Es gibt dann keinen Überlapp zweier oder mehrerer Werkstücke. In diesem Fall gibt es zwischen mindestens zwei der gefügten Werkstücke auch keine untere bzw. obere Fläche eines Werkstücks, sondern beide zu fügenden Werkstücke liegen entweder plan in derselben Ebene oder abgewinkelt zueinander vor. Auch in diesem Fall liegt vorteilhaft ein spaltfreies Fügeverfahren vor, da der Film zur Fixierung nur auf der Oberfläche der Werkstücke angeordnet vorliegt, nicht aber zwischen den Werkstücken.
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Es ist auch möglich, mindestens zwei Werkstücke, wie z. B. Bleche parallel zueinander in Kontakt zu bringen und quasi Über-Eck mit dem Film zu fixieren.
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Eine weitere Ausführungsform betrifft die Ausbildung eines Rohres. Dieses wird entweder im Überlappungsbereich oder auf Stoß aus einem einzigen mechanisch flexibel handhabbaren Werkstück, wie z. B. einer metallischen Folie gebildet.
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Die Fixierung der Fügestelle mit einem Film ist demnach auf verschiedene Weise möglich. So ist es vorteilhaft möglich, die Werkstücke im Bereich der Fügestelle nur teilweise das heißt sequentiell mit mindestens einem kurzen Filmstück zu fixieren. Hierdurch wird vorteilhaft unter Einhaltung der geometrischen Form der Fügestelle Film als Fixiermittel eingespart. Ferner wird durch diese Maßnahme vorteilhaft bewirkt, dass man bei der Wahl des Fügeverfahrens frei ist und neben Laserstrahlschweißverfahren auch andere Fügeverfahren anwenden kann. Einige Filme weisen bekanntermaßen isolierende Eigenschaft auf, z. B. Tesafilm©. Dann können an den fixierten Bereichen der Fügestelle gegebenenfalls einige Fügeverfahren nicht ausgeführt werden, z. B. sollte dort kein Elektronenstrahlschweißen angewendet werden können. Dennoch haben Versuche auch für diese Fälle gezeigt, dass die kinetische Energie der Elektronen ausreichend zu sein scheint um das Fügeverfahren mit Erfolg anzuwenden.
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Eine Übersicht über die Filme, die Art und Weise der Fixierung – teilweise oder vollständige Fixierung – sowie der angewendeten Fügeverfahren gibt die Tabelle an. Diese sind nicht einschränkend zu verstehen, sondern werden auszugsweise als besonders relevante Verfahren angegeben.
| Film/Fixierung | Fügeverfahren |
| Klebefilm oder Adhäsionsfilm (transparent, isolierend) die gesamte Fügestelle wird fixiert | Laserstrahlschweißverfahren an der gesamten Fügestelle, gegebenenfalls weitere Fügeverfahren, wie z. B. Elektronenstrahlschweißen |
| Klebefilm oder Adhäsionsfilm (transparent, isolierend) die Fügestelle wird nur teilweise fixiert | Laserstrahlschweißverfahren an der gesamten Fügestelle; Elektronenstrahlschweißen, Mikroplasmaschweißen, Lichtbogenschweißen etc. an den nicht fixierten Stellen der Fügestelle |
| Klebefilm oder Adhäsionsfilm (nicht-transparent, isolierend) die gesamte Fügestelle wird fixiert | Elektronenstrahlschweißen, Mikroplasmaschweißen, Lichtbogenschweißen an der gesamten Fügestelle |
| Klebefilm oder Adhäsionsfilm (nicht-transparent, isolierend) die Fügestelle wird nur teilweise fixiert | Elektronenstrahlschweißen, Mikroplasmaschweißen, Lichtbogenschweißen an der gesamten Fügestelle; Laserstrahlschweißverfahren an nicht fixierten Stellen der Fügestelle |
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Es ist möglich, an Stelle eines transparenten und isolierenden Klebefilms, wie z. B. Tesafilm®, vorteilhaft einen Adhäsionsfilm zu verwenden. Dieser gibt entsprechend der Tabelle Vorteile für einige Fügeverfahren an.
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Es ist auch möglich, dass insbesondere die nicht-transparenten Filme gemäß der beiden letzten Zeilen in der Tabelle durch die Prozesswärme des Fügeverfahrens lokal entfernt werden, z. B. durch eine Verdampfung.
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Besonders vorteilhaft wird die Fügestelle aber mittels eines transparenten Klebefilms fixiert. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass ein transparenter Klebefilm, wie z. B. Tesafilm®, die Eigenschaften eines Laserstrahls nicht beeinträchtigt. Der Laserstrahl durchdringt erst den Tesafilm® oder andere optisch durchsichtige Filme unbeeinflusst und fügt die Werkstücke an der Fügestelle spaltfrei miteinander.
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Der Laser kann besonders vorteilhaft in Kombination mit der Klebefilmfixierung eingesetzt werden, da die optisch klare, durchsichtige Folie bzw. der Film von der Laserstrahlung unbeeinflusst durchdrungen wird. Die Energieeinbringung durch Schweißung erfolgt dabei nur auf den optisch undurchsichtigen unter dem Fixierfilm liegenden Flächen der zu fügenden Werkstoffe. Bei niedriger Streckenenergie bleibt der Film nahezu unbeeinflusst auch nach dem Fügen auf der Bauteiloberfläche. Bei erhöhter Wärmeeinbringung verdampft die Folie vorteilhaft bei Überschreiten der materialabhängigen Verdampfungstemperatur durch die entstehende Schweißprozesswärme. Ein Adhäsionsfilm kann nach dem Fügen sehr leicht entfernt werden, hat aber eine geringere lokale Fixierkraft.
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Haftfilme benötigen das Spannen über Eck durch Umleiten der Kraft. Sie sind nur auf Zug belastbar. Transparente Filme auf der Rolle, wie DeCeFix® können ebenfalls verwendet werden.
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Ein Klebefilm hingegen fixiert unmittelbar an der Fügestelle, muss aber gegebenenfalls mittels eines Lösemittels anschließend wieder entfernt werden, wenn die zu verschweißenden Bauteile sehr dünnwandig und damit instabil sind.
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Im Ergebnis gelingt besonders vorteilhaft eine Fixierung von Werkstücken auch der allerdünnsten zum Zeitpunkt der Patentanmeldung vorliegenden Bleche und Folien. So wurden bereits metallische Folien und Bleche von nur 0,005 mm bis zu 5 mm Dicke miteinander gefügt. Die Werkstücke können z. B. aus Aluminium oder Beryllium oder Titan bestehen. Andere Metalle sind ebenfalls möglich.
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Auch nichtmetallische Werkstoffe, wie z. B. Kunststoffe, die beispielweise mittels Laserstrahl zu fügen sind, wurden mithilfe von durchsichtigem Klebefilm oder Adhäsionsfilm zur Bearbeitung mittels Fügeprozessen wie vornehmlich Laserstrahlschweißen bereits gefügt, da hier der Laserstrahl den optisch durchsichtigen Film durchdringt und die Werkstücke aufschmilzt.
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Es wurden auch nicht durchsichtige Klebe- und Adhäsionsfilme bereits mit Elektronenstrahl- und Mikroplasmaschweißen gegebenenfalls auch mit einem Lichtbogenschweißverfahren verwendet, um Werkstücke erfindungsgemäß zu fügen. Im Bereich der elektrischen Isolation durch einen Film, der nicht mehr optisch durchsichtig sein muss, können Laserstrahlschweißverfahren nicht angewendet werden. Auf der anderen Seite wurden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Folien als Werkstücke miteinander gefügt, bei denen während des Fügeverfahrens ein Film verdampft wird bevor der Strahl bzw. der Lichtbogen bzw. das Plasma die darunterliegenden Werkstücke aufschmilzt. Das heißt, dass alle Filme und Fügeverfahren miteinander frei kombinierbar sind.
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Insbesondere bei dickeren Werkstücken mit mindestens 500 μm Dicke, ist gewährleistet, dass die Fügezone ausreichend erwärmt wird.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Kombination aus Laserstrahlschweißverfahren mit einer oberflächig mit Klebefilm oder Adhäsionsfilm fixierten Fügestelle angewendet. Der Laserstrahl durchtritt dabei zuerst den transparenten Film und trifft dann auf die Fügestelle. Wiederum befindet sich kein Film zwischen den Werkstücken, so dass ein spaltfreies Fügen vorgenommen wird.
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Besonders vorteilhaft sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits spaltfrei metallische und nicht metallische Folien und Bleche von 0,005 mm bis 5 mm Dicke miteinander gefügt worden. Selbstverständlich können die Werkstücke dabei jede Dicke, das heißt von 0,005, 0,006, 0,007, ... 4,997, 4,998, 4,999 bis etwa 5 mm aufweisen. In Bezug auf die Abmessungen der Breite und Höhe der Bleche und Folien sind diese per se keinen Einschränkungen unterworfen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wurde dabei auf die im Stand der Technik übliche Fixier- und Spannproblematik bei großflächigen Werkstücken verzichtet, so dass ein kraftschlüssiges Fixieren als Alternative zur herkömmlichen Spanntechnik erstmalig bereitgestellt werden kann.
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Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere im Prototypenbau bei veränderlichen Bauteilgeometrien angewendet werden kann.
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Ferner können die Werkstücke auch auf Substraten angeordnet werden und mit Film fixiert werden, bei denen das Substrat seine Form auf die Werkstücke überträgt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkstücke bestehen insbesondere aus einer Folie, bei der die Folie spaltfrei mit sich selbst gefügt vorliegt, z. B. dünne Rohre. Diese sind z. B. als Szintillationsröhrchen verwendbar.
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Das erfindungsgemäße Werkstücke ist insbesondere ein Röhrchen, bei dem die Enden der Folie überlappend oder auf Stoß (I-Stoß) miteinander gefügt vorliegen. Die Länge kann z. B. zwischen 10–50 mm betragen bei einem Durchmesser von 1-10 mm.
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Die erfindungsgemäßen Rohre bestehen somit insbesondere aus einer dünnwandigen, insbesondere metallischen Aluminium- oder Berylliumfolie, die eine Dicke zwischen 0,005 bis 5 mm aufweist. Die Werkstücke bzw. die Folie kann dabei jede Dicke von 0,005, 0,006, 0,007, ... 4,997, 4,998, 4,999 bis etwa 5 mm aufweisen und jeden Zwischenwert annehmen. In Bezug auf die Abmessungen der Breite und Höhe der Bleche und Folien sind diese wiederum per se keinen Einschränkungen unterworfen. Die Folie liegt dann spaltfrei mit sich selbst gefügt vor.
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Ausführungsbeispiele
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Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert, ohne dass es hierdurch zu einer Beschränkung der Erfindung kommen soll.
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Es zeigen:
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1: Stoßfixierung zweier unterschiedlich dicker Werkstücke im rechten Winkel zueinander.
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2: Stoßfixierung zweier gleich dicker Werkstücke in derselben Ebene.
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3: Stoßfixierung zweier Werkstücke aus einer einzigen Folie zur Rohrfertigung.
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4: Überlappfixierung zweier Werkstücke aus einer einzigen Folie zur Rohrfertigung.
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5: Über-Eck-Fügen dreier Bleche.
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Erstes Ausführungsbeispiel:
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel zu dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren. Dargestellt ist der Querschnitt durch einen Hohlkörper 14 an einer seiner Flanken. Der Hohlkörper besteht aus 3 mm dickem Blech. Auf diesem ist das Werkstück 13 als eine dünne Folie angeordnet und geometrisch die Fügestelle 16 mit Film 12 Über-Eck fixiert worden. Die dünne Folie 13 ist 0,5 mm dick. Die Grundfläche des Hohlkörpers bzw. der Folie beträgt 2,6 × 2,9 m. Die Folie und der Hohlkörper sind die zu fügenden Werkstücke.
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Die beiden Werkstücke mit den Bezugszeichen 14 und 13 werden in einem ersten Schritt miteinander in Kontakt gebracht. 1 zeigt dabei den sogenannten Eckstoß, mit dem die beiden Werkstücke 13 und 14 miteinander in Kontakt gebracht worden sind. Bei Werkstück 13 handelt es sich um eine dünne Folie mit den nachfolgenden Abmessungen: Breite × Höhe × Tiefe = 2600 × 0,5 × 2900 mm. Hohlkörper 14 weist folgende Abmessungen auf: Breite × Höhe × Tiefe 2600 × 3 × 2900 mm. Die beiden Werkstücke 13 und 14 sind am Stoß Über-Eck mit dem Film 12 über die gesamte Fügestelle hinweg miteinander verbunden. An dem Stoß der beiden Werkstücke 13 und 14 ist die Fügestelle 16 angeordnet, die entsprechend mit dem transparenten Klebefilm 12 über seine ganze Länge hinweg geometrisch fixiert vorliegt. Das Blech 14 kann als ein Unterblech und das Blech 13 als ein Oberblech bezeichnet werden. Die beiden Werkstücke liegen im rechten Winkel zueinander fixiert vor.
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Die Werkstücke werden mit einem Laserstrahlverfahren oder einem Elektronenstrahlverfahren, einem Plasma- oder einem Lichtbogen gestützten Schweißverfahren, hier mit Bezugszeichen 11 dargestellt, gefügt.
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Im Ergebnis wird eine sehr dünne Folie 13 im rechten Winkel mit dem dickeren Blech 14 mechanisch über den Film fixiert. Die freien Enden bzw. Seiten der Bleche 13, 14 können ebenfalls auf diese Weise fixiert vorliegen oder mechanisch mit Niederhaltern fixiert sein.
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Zweites Ausführungsbeispiel:
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In einer ersten Variante zu 1 wird der Klebefilm 12 nur teilweise an der Fügestelle, hier den Eckstoß an Werkstück 13 und 14, angeordnet. Die im Querschnitt angezeigte 1 zu den beiden Werkstücken 13 und 14 ist dann über ihre Länge durch eine Mehrzahl an kurzen Klebsteifen 12 miteinander fixiert. Das Fügeverfahren ist im Übrigen identisch zum ersten Ausführungsbeispiel.
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Drittes Ausführungsbeispiel:
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2 zeigt im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel zum sogenanntem I-Stoß. Die beiden dünnen Bleche 23, 24 sind identisch. Sie weisen folgende Abmessungen auf: Breite × Höhe × Tiefe = 2000 × 0,5 × 1500 mm. Die beiden dünnen Bleche 23, 24 sind auf einem Stahlblech 25 aus Kupfer als Substrat angeordnet. An derjenigen Stelle, an der die beiden Bleche 23, 24 zusammenstoßen liegt die Fügestelle als sogenannter I-Stoß vor. Die Fügestelle 26 ist mit einem transparenten Klebefilm 22 über die gesamte Länge hinweg fixiert worden. Optional können die nicht fixierten Bereiche der Bleche 23, 24 auch mit Folie einer Folie oder mechanisch mit Niederhaltern fixiert vorliegen. Als Fügeverfahren kann wiederum ein Laserstrahlverfahren, ein Elektronenstrahlverfahren oder aber ein Plasma- bzw. Lichtbogen gestütztes Fügeverfahren angewendet werden.
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Viertes Ausführungsbeispiel:
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Als eine Variante dieses Ausführungsbeispiels ist der Klebefilm 22 nicht an der gesamten Längsseite des I-Stoßes angeordnet sondern nur sequentiell. In diesem Fall kann in den nicht durch Klebefilm 22 fixierten Bereichen der Fügestelle auch ein weiterer Fügeprozess, wie beispielsweise ein Elektronenstrahl, Plasma- oder Lichtbogen gestütztes Schweißverfahren angewendet werden.
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Fünftes Ausführungsbeispiel:
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Die 3 zeigt einen Querschnitt durch eine dünne Folie 33, 34, die auf einem formgebenden Substrat 35 aufgerollt wurde. Die dünne Folie weist folgende Abmessungen in Planebene auf: Breite × Höhe (bzw. Dicke) × Tiefe = 300 × 0,01 × 53 mm. Die Folie wurde auf einen Trägerzylinder 35 ausreichender Stabilität zum Tragen der Werkstücke aus Stahl, oder aus nicht-metallischem oder anderem metallischen Material aufgewickelt. Die beiden Enden 33, 34 bilden die zu fügenden Werkstücke aus, und sind am I-Stoß zueinander angeordnet. Es gibt keinen überlappenden Bereich. Die beiden Enden 33, 34 liegen auch nicht in unmittelbaren physischen Kontakt miteinander vor oder sind unmittelbar zueinander angeordnet, so dass sie sich gerade berühren. Die Fügestelle 36, die dabei entsteht, wird über einen transparenten Klebefilm 32, bzw. im Allgemeinen gesprochen, einer Fixierfolie, fixiert. An Stelle eines Trägerzylinders ist ein Trägerrohr 35 ebenfalls zu verwenden. Die zu fügenden Werkstücke 33 und 34, die also hier aus einer einzigen Folie gebildet wurden, stoßen vorzugsweise stirnseitig fugenlos aneinander. Diese Form wird als sogenannter I-Stoß bezeichnet.
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Als Fügeverfahren wird vorzugsweise ein Laserstrahl-Schweißverfahren, oder ein Elektronenstrahl-Schweißverfahren oder ein Plasma- bzw. Lichtbogen gestütztes Schweißverfahren angewendet. Die Durchschweißung über die gesamte Foliendicke ist dabei nur möglich, wenn im Trägerrohr 35 eine Nut unterhalb der Fügestelle vorhanden ist. Nut und Fügestelle sind in diesem Ausführungsbeispiel identisch und mit Bezugszeichen 36 bezeichnet. Ansonsten erfolgt eine Einschweißung, das heißt ein Verbinden der Folie mit dem Trägerrohr.
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Im Ergebnis liegt ein sehr dünnes Rohr, vorzugsweise aus Aluminiumfolie oder Berylliumfolie vor. Dieses kann angewendet werden, z. B. als Szintilationskammer für Teilchenbeschleuniger.
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4 zeigt, wie die 3, ein Ausführungsbeispiel zur Fertigung von dünnen Röhrchen, bei denen im Unterschied zur 3 die freien Enden 43, 44 im Überlapp angeordnet sind. Dies bedeutet, dass das freie Ende 43 der Folie das freie Ende 44 an der Fügestelle 46 überlappt. Diese Fügestelle 46 wird durch eine Fixierfolie bzw. Klebefolie 42, welche transparent ist, über ihre gesamte Längsseite hinweg mechanisch fixiert.
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Das Fügeverfahren besteht vorzugsweise aus einem Laserstrahl-Schweißverfahren, oder einem Elektronenstrahlverfahren, einem Plasma- bzw. Lichtbogen gestützten Schweißverfahren.
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Das dünne Blech bzw. die Folie 43, 44 wird dabei auf dem Trägerrohr oder Trägerzylinder 45 wie oben angegeben aufgewickelt, so dass sich die zu verschweißenden Flanken 43, 44 überlappen. Die Durchschweißung des oberen Teils 43 der Folie in die untere Folie 42, erfolgt am Überlapp oder an der Kehle (Sonderfall: Kehlnaht am Überlappstoß).
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Auf diese Weise wurden bereits dünnwandige Rohre aus 0,015 mm bis 0,005 mm dicker Aluminium- oder Berylliumfolie hergestellt. Diese Röhrchen wurden erfolgreich als Szinitillationskammer in Beschleunigern getestet.
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Sechstes Ausführungsbeispiel
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5 zeigt im Querschnitt eine Drei-Blech-Verbindung aus den Blechen 53, 54 und 58. Die drei Bleche weisen folgende Abmessungen auf: Breite × Höhe × Tiefe = 1200 × 0,5 × 1200 mm. Das Material besteht aus Chrom-Nickel-Stahl.
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Die Bleche sind Über-Eck über den Film 52 fixiert. Die Rundklammer gibt die Fügestelle 56 wieder. Der Laser 51 wird entsprechend der gepunkteten Linie als eine I-Naht am Mehrblechstoß über die Fügestelle hinweg bewegt und fügt die Bleche entsprechend miteinander. Der Laser kann aber auch zur Erzeugung einer Stirnflächennaht senkrecht hierzu bewegt werden.
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Derartige Verbindungen werden als Mehrblechverbindung aus mindestens 2 Blechen in einer Aufspannung bezeichnet. Die Bleche haben typischerweise eine Dicke von 0,1 bis 2 mm und sie werden meist in bis zu vier Lagen miteinander gefügt.
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In den 1–5 gibt das Bezugszeichen 16, 26, 36 und 46, 56 demnach jeweils den Ort der Fügestelle an.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Uwe Reisgen, Klaus Dilger, Simon Olschok, Nikolaus Wagner, 2009. Application of pressuresensitive adhesive systems in laser-beam-welding of lap joints. 28. International Congress an Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO). Orlando, FL, USA. [0007]
