DE102014213647A1

DE102014213647A1 - Apparatus and method for forming a welded joint

Info

Publication number: DE102014213647A1
Application number: DE102014213647.4A
Authority: DE
Inventors: Florian Woelke; Sarah Overmeier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2016-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Ausbilden einer Schweißverbindung, mit einem um eine Schwingungsachse (16) hin- und herschwingenden Werkzeugkopf (15; 15a; 15b), der zumindest mittelbar mit einer Schwingungsquelle (20) zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen verbunden ist, und der an einem Werkzeugträger (25) befestigt ist, wobei der Werkzeugkopf (15; 15a; 15b) dazu ausgebildet ist, diesen in Richtung zweier miteinander zu verbindender Bauteile (1, 2) mit einer in der Schwingungsachse (16) verlaufenden Axialkraft (F_Axial) zu beaufschlagen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Werkzeugträger (25) mittels einer Vorschubeinrichtung (26) in einer im Wesentlichen senkrecht zur Schwingungsachse (16) verlaufenden Vorschubrichtung (27) beweglich angeordnet ist.The invention relates to a device (10) for forming a welded connection, comprising a tool head (15; 15a; 15b) oscillating back and forth about a vibration axis (16) and connected at least indirectly to a vibration source (20) for generating ultrasonic vibrations. and which is fastened to a tool carrier (25), wherein the tool head (15; 15a; 15b) is designed to rotate it in the direction of two components (1, 2) to be connected to one another with an axial force (F) running in the oscillation axis (16) _Axial ). According to the invention, it is provided that the tool carrier (25) is movably arranged by means of a feed device (26) in a feed direction (27) extending essentially perpendicular to the oscillation axis (16).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden einer Schweißverbindung nach dem Oberbegriff der beiden unabhängigen Ansprüche. The invention relates to an apparatus and a method for forming a welded joint according to the preamble of the two independent claims.

Aus der DE 102 49 569 B4 der Anmelderin ist eine Vorrichtung zum Befestigen eines elektrischen Leiters auf einer Kontaktfläche eines Substrates bekannt, die einen um eine Drehachse hin- und herschwingenden Werkzeugkopf aufweist. Der Werkzeugkopf ist mit einer Schwingungsquelle verbunden, die Ultraschallschwingungen auf den Werkzeugkopf überträgt. Ferner ist der Werkzeugkopf an einem Werkzeugträger befestigt, der den Werkzeugkopf mit einer Kontaktkraft gegen den elektrischen Leiter und die mit dem elektrischen Leiter zusammenwirkende Kontaktfläche des Substrats drückt. Das Ultraschallreibschweißen zeichnet sich dadurch aus, dass die über den Werkzeugkopf in die Bauteile eingeleitete Energie zu einer lokalen Erwärmung des Materials im Verbindungsbereich der beiden Bauteile, jedoch nicht zum Aufschmelzen des Materials führt. Mittels der aus der genannten Schrift bekannten Vorrichtung bzw. dem entsprechenden Verfahren lassen sich punktförmige Verbindungen zwischen Bauteilen herstellen. From the DE 102 49 569 B4 The applicant is a device for fixing an electrical conductor on a contact surface of a substrate is known which has a reciprocating about an axis of rotation tool head. The tool head is connected to a vibration source which transmits ultrasonic vibrations to the tool head. Further, the tool head is attached to a tool carrier which presses the tool head with a contact force against the electrical conductor and the contact surface of the substrate cooperating with the electrical conductor. Ultrasonic friction welding is characterized by the fact that the energy introduced into the components via the tool head leads to a local heating of the material in the connection region of the two components, but not to the melting of the material. By means of the device known from the cited document or the corresponding method, it is possible to produce punctiform connections between components.

Insbesondere zum Verbinden beispielsweise von Gehäuseteilen ist es üblicherweise erforderlich bzw. erwünscht, eine mediendichte Verbindung zwischen den Bauteilen ohne zusätzliche Bauelemente wie Dichtelemente o.ä. auszubilden. Eine derartige mediendichte Verbindung zwischen Bauteilen, die beispielsweise das Eindringen von Medien in einen von den Bauteilen begrenzten Innenraum verhindert, lässt sich mit derartigen, punktförmigen Verbindungsbereichen nicht erzielen. In particular for connecting, for example, housing parts, it is usually necessary or desirable to provide a media-tight connection between the components without additional components, such as sealing elements or the like. train. Such a media-tight connection between components, which, for example, prevents the penetration of media into an interior bounded by the components, can not be achieved with such punctiform connection regions.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik das sogenannte Rührreibschweißen bekannt, bei dem ein Werkzeugkopf unter ständiger Drehbewegung in eine Richtung um eine Drehachse gleichzeitig translatorisch bewegt wird. Das aus dem Stand der Technik bekannte Rührreibschweißen findet insbesondere bei Bauteilen aus Aluminiumlegierungen Verwendung und zeichnet sich dadurch aus, dass das Material der Bauteile ebenfalls nicht bis zur Schmelztemperatur erhitzt wird. Dadurch können die üblicherweise beim Schmelzschweißen von Aluminiumlegierungen auftretenden Poren und Gefügeumwandlungen vermieden werden. Vor allem bei thermisch schwer schweißbaren Leichtmetall-Werkstoffen (z.B. hoch- und höchstfeste Aluminiumlegierungen und Aluminiumgusswerkstoffen) kommen diese Vorteile des Reibrührschweißens zum Tragen. Nachteilig beim Reibrührschweißen ist es, dass relativ hohe Fügekräfte zwischen den Bauteilen erforderlich sind, und dass breite Schweißnähte mit einem damit einhergehenden starken Verzug der Bauteile entstehen. Daher wird das Reibrührschweißen bei relativ kleinen bzw. relativ dünne Wandstärken aufweisenden Bauteilen in der Praxis selten verwendet.Furthermore, the so-called friction stir welding is known from the prior art, in which a tool head is simultaneously translationally moved in a direction about a rotational axis in a direction of rotation. The friction stir welding known from the prior art is used in particular for components made of aluminum alloys and is characterized in that the material of the components is also not heated to the melting temperature. As a result, the pores and microstructural changes which usually occur during the fusion welding of aluminum alloys can be avoided. Especially in the case of light-hard-to-weld aluminum materials (for example, high-strength and ultra-high-strength aluminum alloys and cast aluminum materials), these advantages of friction stir welding come into play. A disadvantage of the friction stir welding is that relatively high joining forces between the components are required, and that wide welds arise with a concomitant strong distortion of the components. Therefore, the friction stir welding is rarely used in practice for relatively small or relatively thin wall thickness components.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Ausbilden einer Schweißverbindung nach den Oberbegriffen der beiden unabhängigen Ansprüche derart weiterzubilden, dass bei relativ geringen Fügekräften zwischen den Bauteilen insbesondere aus Leichtmetall, wie Aluminiumlegierungen bestehende Bauteile sicher und zuverlässig und mediendicht verbunden werden können. Insbesondere sollen beispielsweise Gehäuseteile, die einen Innenraum begrenzen, in dem z.B. elektronische Bauteile oder Bauelemente angeordnet sind, durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren dicht verschlossen werden können. Starting from the illustrated prior art, the invention has the object, a device or a method for forming a welded joint according to the preambles of the two independent claims such that at relatively low joining forces between the components in particular of light metal, such as aluminum alloys existing components safe and reliable and media-tight can be connected. In particular, for example, housing parts bounding an interior, in which e.g. electronic components or components are arranged, can be sealed by the inventive device or the inventive method.

Diese Aufgabe wird bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der den Werkzeugträger tragende Werkzeugkopf mittels einer Vorschubeinrichtung in einer im Wesentlichen senkrecht zur Schwingungsachse des Werkzeugkopfs verlaufenden Vorschubrichtung beweglich angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass im Gegensatz zum Stand der Technik, bei der die Vorrichtung lediglich Verbindungsbereiche erzeugt, die der insbesondere punktförmigen Form der Kontaktfläche des Werkzeugkopfs entspricht, es nunmehr vorgesehen ist, dass beispielsweise beliebige linienförmige Verbindungszonen zwischen den Bauteilen erzeugt werden können. Derartige linienförmige, insbesondere geschlossene Verbindungszonen eignen sich in besonderer Art und Weise zur Ausbildung beispielsweise eines mediendichten Gehäuses. This object is achieved with respect to the device according to the invention with the features of claim 1, characterized in that the tool carrier carrying the tool head by means of a feed device is arranged to be movable in a direction substantially perpendicular to the axis of oscillation of the tool head feed direction. In other words, this means that in contrast to the prior art, in which the device only generates connection areas that correspond to the particular punctiform shape of the contact surface of the tool head, it is now provided that, for example, any linear connection zones can be generated between the components , Such line-shaped, in particular closed connection zones are suitable in a special way for the formation of, for example, a media-tight housing.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführt. Advantageous developments of the device according to the invention or of the method according to the invention are listed in the respective subclaims.

In bevorzugter Weiterbildung der Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Schwingungsachse des zylindrisch ausgebildeten Werkzeugkopfs, dessen Längsachse mit der Schwingungsachse zusammenfällt, um einen Winkel zwischen 1° und 5°, vorzugsweise zwischen 2° und 3°, gegenüber einer Senkrechten der Bauteiloberflächen gegen die Vorschubrichtung geneigt angeordnet ist. In a preferred embodiment of the device, it is provided that the oscillation axis of the cylindrically shaped tool head whose longitudinal axis coincides with the oscillation axis by an angle between 1 ° and 5 °, preferably between 2 ° and 3 °, relative to a perpendicular of the component surfaces against the feed direction is arranged inclined.

Eine weitere konstruktiv bevorzugte Weiterbildung zur Ausbildung einer optimalen Verbindung zwischen den Bauteilen sieht vor, dass der Werkzeugkopf zumindest zwei, in Kontakt mit wenigstens einem Bauteil angeordnete, jeweils einen runden Querschnitt aufweisende Abschnitte aufweist, und dass der der dem wenigstens einen Bauteil zugewandte Abschnitt des Werkzeugkopfs einen geringeren Durchmesser aufweist als der andere Abschnitt des Werkzeugkopfs. Another structurally preferred development for the formation of an optimal connection between the components provides that the tool head has at least two arranged in contact with at least one component, each having a circular cross-section portions, and that of the at least one component facing portion of the tool head has a smaller diameter than the other portion of the tool head ,

Ganz besonders bevorzugt bei letztgenannter Variante ist es, wenn der dem wenigstens einen Bauteil zugewandte Abschnitt des Werkzeugkopfs an seiner Umfangsfläche mit einer Strukturierung versehen ist. Eine derartige Strukturierung kann beispielsweise in Form von Rillen bzw. Vertiefungen in Umfangsrichtung oder in Längsrichtung des Werkzeugkopfs ausgebildet sein und dient einer nochmals verbesserten Übertragung der Energie des Ultraschallerzeugers in die Bauteile.It is particularly preferred in the case of the last-mentioned variant if the section of the tool head facing the at least one component is provided with a structuring on its peripheral surface. Such structuring may be formed, for example, in the form of grooves or indentations in the circumferential direction or in the longitudinal direction of the tool head and serves to further improve the transmission of the energy of the ultrasound generator into the components.

Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass zusätzlich eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den Bereich der beiden Bauteile in dem durch den Werkzeugkopf erzeugten oder zu erzeugenden Verbindungsbereich mit Wärmeenergie zu beaufschlagen. Eine derartige Weiterbildung dient insbesondere dazu, einen größeren Wärmeeintrag in den Verbindungsbereich zwischen den Bauteilen zu erzeugen. Dadurch ist eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugkopfs bzw. eine Reduktion der Prozesszeit möglich. Die (zusätzliche) Heizeinrichtung kann beispielsweise in Form einer Elektrode ausgebildet sein, so dass zwischen der Elektrode und der mit elektrischer Masse verbundenen Werkzeugoberfläche ein Lichtbogen entsteht, oder z.B. mittels einer Laserstrahlquelle. In addition, provision can be made for a heating device additionally to be provided which is designed to apply heat energy to the region of the two components in the connection region generated or to be generated by the tool head. Such a development is used in particular to generate a larger heat input into the connection region between the components. This makes it possible to increase the feed rate of the tool head or to reduce the process time. The (additional) heating device may, for example, be in the form of an electrode, so that an arc arises between the electrode and the tool surface connected to electrical ground, or e.g. by means of a laser beam source.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Diese zeigt in:This shows in:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausbilden einer Ultraschallreibschweißverbindung in einer vereinfachten Seitenansicht, 1 a device according to the invention for forming a Ultraschallreibschweißverbindung in a simplified side view,

2 einen Schnitt in der Ebene II-II der 1 und 2 a section in the plane II-II of 1 and

3 und 4 jeweils gegenüber der 1 modifizierte, mit einer Strukturierung versehene Werkzeugköpfe in Seitenansicht. 3 and 4 each opposite the 1 modified, provided with a structuring tool heads in side view.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.

In den 1 und 2 ist eine Vorrichtung 10 zum Ausbilden einer Schweißverbindung in Form einer Ultraschallreibschweißverbindung zwischen zwei Bauteilen 1, 2 dargestellt. Die beiden Bauteile 1, 2 bestehen beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung und weisen jeweils eine Fügefläche 5, 6 auf, die parallel zur Zeichenebene der 1 verläuft. Die beiden Bauteile 1, 2 sind mit ihren Fügeflächen 5, 6 in Anlagekontakt zueinander angeordnet, so dass mittels der Vorrichtung 10 zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 eine (nicht dargestellte) Verbindung in Form einer Stumpfnaht über einen Teilbereich der Höhe der beiden Bauteile 1, 2 ausgebildet werden kann. Die beiden Bauteile 1, 2 sind darüber hinaus in Wirkverbindung mit einer Spanneinrichtung angeordnet, die beispielhaft zwei Gegenlager 3, 4 umfasst, gegen die die beiden Bauteile 1, 2 mit einer Spannkraft F_Spann ortsfest fixiert sind.In the 1 and 2 is a device 10 for forming a welded connection in the form of an ultrasonic friction welding connection between two components 1 . 2 shown. The two components 1 . 2 consist for example of an aluminum alloy and each have a joining surface 5 . 6 on, parallel to the drawing plane of the 1 runs. The two components 1 . 2 are with their joining surfaces 5 . 6 arranged in abutting contact with each other, so that by means of the device 10 between the two components 1 . 2 a (not shown) connection in the form of a butt weld over a portion of the height of the two components 1 . 2 can be trained. The two components 1 . 2 are also arranged in operative connection with a clamping device, the example two abutment 3 . 4 includes, against which the two components 1 . 2 are fixed in place with a clamping force F _Spann .

Die Vorrichtung 10 weist einen zylindrisch ausgebildeten Werkzeugkopf 15 mit einer Schwingungsachse 16 auf. Hierbei ist die Schwingungsachse 16 identisch mit der Längsachse des Werkzeugkopfs 15 bzw. fällt mit dieser zusammen. Der Werkzeugkopf 15 besteht im dargestellten Zeichnungsausschnitt aus zwei Abschnitten 17, 18, wobei der den beiden Bauteilen 1, 2 zugewandte Abschnitt 17 einen Durchmesser d₁ aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser d₂ des Abschnitts 18. Der typische Durchmesserbereich des Abschnitts 17 liegt bei etwa 2mm bis 6mm, vorzugsweise etwa 4mm. Der Werkzeugkopf 15 ist mit einer lediglich symbolisch dargestellten Schwingungsquelle 20 wirkverbunden angeordnet, die Ultraschallschwingungen erzeugt, derart, dass der Werkzeugkopf 15 um seine Schwingungsachse 16 in Richtung des Doppelpfeils 22 mit der entsprechenden Ultraschallfrequenz in Umfangsrichtung des Werkzeugkopfs 15 bzw. torsional hin- und herschwingt. Der Frequenzbereich der Schwingungsquelle 20 bzw. des Werkzeugkopfs 15 liegt zwischen 15kHz und 40kHz, vorzugsweise zwischen 15kHz bis 20kHz. Als bevorzugte Schwingungsamplituden des Werkzeugkopfs 15 um die Schwingungsachse 16 haben sich Amplituden zwischen +/–0,09° und +/–2,8°, vorzugsweise +/–0,6° bis +/–0,9°, erwiesen. Weiterhin ist der Werkzeugkopf 15 an einem ebenfalls lediglich symbolisch dargestellten Werkzeugträger 25 befestigt, der mit einer Vorschubeinrichtung 26 gekoppelt ist. Die Vorschubeinrichtung 26 dient dazu, den Werkzeugkopf 15 in Richtung der Vorschubrichtung 27 zu bewegen, vorzugsweise mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit, wobei die Vorschubrichtung 27 im Wesentlichen parallel zur Ebene der Bauteiloberflächen 29 der Bauteile 1, 2 bzw. senkrecht zur Schwingungsachse 16 verläuft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Vorschubrichtung 27 parallel zu den Fügeflächen 5, 6 der Bauteile 1, 2. Weiterhin dient der Werkzeugträger 25 dazu, den Werkzeugkopf 15 in Richtung seiner Drehachse 16 mit einer Axialkraft F_Axial zu beaufschlagen. The device 10 has a cylindrically shaped tool head 15 with a vibration axis 16 on. Here is the vibration axis 16 identical to the longitudinal axis of the tool head 15 or coincides with this. The tool head 15 consists in the illustrated drawing section of two sections 17 . 18 , where the two components 1 . 2 facing section 17 has a diameter d ₁ , which is smaller than the diameter d _{2 of} the section 18 , The typical diameter range of the section 17 is about 2mm to 6mm, preferably about 4mm. The tool head 15 is with a merely symbolically represented vibration source 20 operatively connected, which generates ultrasonic vibrations, such that the tool head 15 around its oscillation axis 16 in the direction of the double arrow 22 with the corresponding ultrasonic frequency in the circumferential direction of the tool head 15 or torsionally oscillates back and forth. The frequency range of the vibration source 20 or the tool head 15 is between 15kHz and 40kHz, preferably between 15kHz to 20kHz. As preferred vibration amplitudes of the tool head 15 around the vibration axis 16 have amplitudes between +/- 0.09 ° and +/- 2.8 °, preferably +/- 0.6 ° to +/- 0.9 °, proven. Furthermore, the tool head 15 on a likewise only symbolically represented tool carrier 25 attached, with a feed device 26 is coupled. The feed device 26 serves to the tool head 15 in the direction of the feed direction 27 to move, preferably at a constant feed rate, wherein the feed direction 27 essentially parallel to the plane of the component surfaces 29 of the components 1 . 2 or perpendicular to the vibration axis 16 runs. In the illustrated embodiment, the feed direction runs 27 parallel to the joining surfaces 5 . 6 of the components 1 . 2 , Furthermore, the tool carrier serves 25 to the tool head 15 in the direction of its axis of rotation 16 to apply an axial force F _axial .

Die Schwingungsachse 16 des Werkzeugkopfs 15 ist um einen Winkel α zwischen 1° und 5°, vorzugsweise zwischen 2° und 3°, gegenüber einer Senkrechten 28 zu den Bauteiloberflächen 29 der beiden Bauteile 1, 2 entgegen der Vorschubrichtung 27 geneigt angeordnet. Darüber hinaus taucht der zweite Abschnitt 18 des Werkzeugkopfs 15 auf der der Vorschubrichtung 27 abgewandten Seite bis zu einer Tiefe t von ca. 0,2mm in die Bauteiloberfläche 29 der beiden Bauteile 1, 2 ein. The oscillation axis 16 of the tool head 15 is at an angle α between 1 ° and 5 °, preferably between 2 ° and 3 °, with respect to a vertical 28 to the component surfaces 29 of the two components 1 . 2 against the feed direction 27 arranged inclined. In addition, the second section emerges 18 of the tool head 15 on the feed direction 27 opposite side to a depth t of about 0.2mm in the component surface 29 of the two components 1 . 2 one.

In Bezug auf die Vorschubrichtung 27 des Werkzeugkopfs 15 vor dem Werkzeugkopf 15 ist eine Heizeinrichtung in Form einer Wärmequelle 30 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, eine Wärmeenergie in den von dem Werkzeugkopf 15 zu erzeugenden Verbindungsbereich der beiden Bauteile 1, 2 einzukoppeln. Hierzu kann die Wärmequelle 30 beispielsweise in Form einer Laserstrahleinrichtung oder einer Elektrode ausgebildet sein. In terms of feed direction 27 of the tool head 15 in front of the tool head 15 is a heater in the form of a heat source 30 arranged, which is adapted to a heat energy in the of the tool head 15 to be generated connection region of the two components 1 . 2 couple. For this purpose, the heat source 30 be formed for example in the form of a laser beam device or an electrode.

Zum Ausbilden der Ultraschallreibschweißverbindung zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 wird der Werkzeugkopf 15 unter Hin- und Herbewegung um die Schwingungsachse 16 durch den Werkzeugträger 25 mit der Kraft F_Axial gegen die Bauteiloberflächen 29 der beiden Bauteile 1, 2 gedrückt. Dabei wird im Einwirkbereich des Werkzeugkopfs 15 die Ultraschallenergie in Wärmeenergie verwandelt, so dass die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 in Form der Ultraschallreibschweißverbindung ausgebildet wird. Nach dem Eintauchen des Werkzeugkopfs 15 in die Bauteiloberflächen 29 der Bauteile 1, 2 wird die Vorschubeinrichtung 26 aktiviert. Durch den Vorschub des Werkzeugkopfs 15 in Vorschubrichtung 27 erfolgt insbesondere eine linienförmige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 1, 2, die beispielsweise bei der Anwendung des Verfahrens bei Gehäuseteilen eine geschlossene Verbindungskontur zwischen den Gehäuseteilen zur Ausbildung einer mediendichten Verbindung ermöglicht. For forming the ultrasonic friction welding connection between the two components 1 . 2 becomes the tool head 15 with reciprocating motion around the vibration axis 16 through the tool carrier 25 with the force F _axial against the component surfaces 29 of the two components 1 . 2 pressed. It is in the Einwirkbereich of the tool head 15 the ultrasonic energy is transformed into heat energy, allowing the connection between the two components 1 . 2 is formed in the form of Ultraschallreibschweißverbindung. After dipping the tool head 15 into the component surfaces 29 of the components 1 . 2 becomes the feed device 26 activated. By the feed of the tool head 15 in the feed direction 27 in particular, a linear connection between the two components takes place 1 . 2 For example, when using the method with housing parts a closed connection contour between the housing parts to form a media-tight connection allows.

In den 3 und 4 ist jeweils ein gegenüber der 1 modifizierter Werkzeugkopf 15a, 15b dargestellt. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass der erste Abschnitt 17a, 17b der beiden Werkzeugköpfe 15a, 15b jeweils mit einer Strukturierung 35 an der Umfangsfläche des ersten Abschnitts 17a, 17b versehen ist. Bei dem Werkzeugkopf 15a ist die Strukturierung 35 in Form einer an dem ersten Abschnitt 17a in Umfangsrichtung radial umlaufenden, spiralartigen Vertiefung 36 ausgebildet, während bei dem Werkzeugkopf 15b in dem ersten Abschnitt 17b jeweils schräg zur Schwingungsachse 16 verlaufende Vertiefungen bzw. Rillen 37 ausgebildet sind. In the 3 and 4 is one each opposite the 1 modified tool head 15a . 15b shown. In particular, it is provided that the first section 17a . 17b the two tool heads 15a . 15b each with a structuring 35 on the peripheral surface of the first section 17a . 17b is provided. At the tool head 15a is the structuring 35 in the form of one at the first section 17a in the circumferential direction radially circumferential, spiral-like depression 36 trained while the tool head 15b in the first section 17b each oblique to the vibration axis 16 extending depressions or grooves 37 are formed.

Die soweit beschriebene Vorrichtung 10 bzw. deren Werkzeugkopf 15, 15a, 15b können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.The device described so far 10 or their tool head 15 . 15a . 15b can be modified or modified in many ways without departing from the spirit of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10249569 B4 [0002]

Claims

Contraption ( 10 ) for forming a welded joint, with a about a vibration axis ( 16 ) reciprocating tool head ( 15 ; 15a ; 15b ), which is at least indirectly connected to a vibration source ( 20 ) is connected to generate ultrasonic vibrations, and on a tool carrier ( 25 ), wherein the tool head ( 15 ; 15a ; 15b ) is adapted to this in the direction of two components to be interconnected ( 1 . 2 ) with one in the oscillation axis ( 16 ) axial force (F _Axial ), characterized in that the tool carrier ( 25 ) by means of a feed device ( 26 ) in a direction substantially perpendicular to the axis of oscillation ( 16 ) extending feed direction ( 27 ) is movably arranged.

Device according to claim 1, characterized in that the oscillation axis ( 16 ) of the tool head ( 15 ; 15a ; 15b ) of the cylindrically shaped tool head ( 15 ; 15a ; 15b ) is identical to its longitudinal axis and by an angle (α) between 1Grad and 5Grad, preferably between 2Grad and 3Grad, with respect to a vertical ( 28 ) of the component surfaces ( 29 ) against the feed direction ( 27 ) is arranged inclined.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the tool head ( 15 ; 15a ; 15b ) at least two, in contact with at least one component ( 1 . 2 ), each having a round cross-section sections ( 17 . 18 ), and that the at least one component ( 1 . 2 ) facing section ( 17 ; 17a ; 17b ) of the tool head ( 15 ; 15a ; 15b ) has a smaller diameter (d ₁ ) than the other portion ( 18 ).

Apparatus according to claim 3, characterized in that the at least one component ( 1 . 2 ) facing section ( 17a ; 17b ) of the tool head ( 15a ; 15b ) on its peripheral surface with a structuring ( 35 ) is provided.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in addition a heating device ( 30 ) is provided, which is adapted to the connection region of the two components ( 1 . 2 ) to apply heat energy.

Method for forming a welded joint, in particular by means of a device ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, in which two components ( 1 . 2 ) by means of one about a vibration axis ( 16 ) oscillating back and forth, with a vibration source ( 20 ) at least indirectly connected tool head ( 15 ; 15a ; 15b ) in a connecting region, characterized in that the tool head ( 15 ; 15a ; 15b ) in a feed direction ( 27 ) along component surfaces ( 29 ) of the components ( 1 . 2 ) is moved.

Method according to claim 6, characterized in that the two components ( 1 . 2 ) with joining surfaces ( 5 . 6 ) are placed against each other, wherein the oscillation axis ( 16 ) of the tool head ( 15 ; 15a ; 15b ) at least substantially parallel to the joining surfaces ( 5 . 6 ) runs.

Method according to claim 6 or 7, characterized in that the components ( 1 . 2 ) are heated in the connection area.

A method according to claim 8, characterized in that the heat by an arc or a laser beam in the connection region of the two components ( 1 . 2 ) is introduced.

Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the tool head ( 15 ; 15a ; 15b ) having a first, a smaller diameter (d ₁ ) than a second portion ( 18 ) ( 17 ; 17a ; 17b ) completely in the two components ( 1 . 2 ) and that the second section ( 18 ) between 0.05 mm and 0.3 mm, preferably about 0.2 mm, into the two components ( 1 . 2 immersed).