DE102014226205A1

DE102014226205A1 - Component assembly and tool assembly for forming a composite component

Info

Publication number: DE102014226205A1
Application number: DE102014226205.4A
Authority: DE
Inventors: Florian Woelke; Sarah Overmeier; Rainer Heinrich Hoerlein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bauteileverbund (10), aufweisend wenigstens zwei Bauteile (1, 2), die einen durch eine Rührreibschweißverbindung ausgebildeten Verbindungsbereich (5) aufweisen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass eines der durch die Rührreibschweißverbindung miteinander verbundenen Bauteile (1) eine Formschlussgeometrie (16; 16a) aufweist, die dazu ausgebildet ist, zum Herstellen der Rührreibschweißverbindung ein Drehmoment in eine Drehachse (12) des Bauteils (1) zu übertragen, um die das Bauteil (1) relativ zum anderen Bauteil (2) drehbar angeordnet ist.The invention relates to a component assembly (10), comprising at least two components (1, 2), which have a connecting region (5) formed by a friction stir welding connection. According to the invention, one of the components (1) connected to one another by the friction stir welding connection has a form-fit geometry (16; 16a) which is designed to transmit a torque into an axis of rotation (12) of the component (1) in order to produce the friction stir weld joint around which the component (1) is rotatably arranged relative to the other component (2).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Bauteileverbund nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Werkzeuganordnung zum Ausbilden eines erfindungsgemäßen Bauteileverbunds. The invention relates to a component assembly according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a tool assembly for forming a component assembly according to the invention.

Das aus dem Stand der Technik allgemein bekannte Rührreibschweißen ermöglicht es, im Gegensatz beispielsweise zum Schmelzschweißen, aus unterschiedlichen bzw. artfremden Materialien bestehende Bauteile miteinander zu einem Bauteileverbund zu verbinden. Beim Rührreibschweißen wird dazu ein erstes Bauteil um eine Drehachse gedreht und gleichzeitig durch eine Axialkraft gegen die Oberfläche eines anderen, zweiten Bauteils gedrückt. An den beiden Kontaktflächen der Bauteile wird das Material der Bauteile bis auf eine Temperatur erhöht, die noch unterhalb des Schmelzpunktes des Materials der beiden Bauteile liegt. Dabei wird das Material zumindest des Bauteils, das die niedrigere Schmelztemperatur aufweist, aufgeweicht bzw. plastifiziert, so dass infolge der Axialkraft das andere Bauteil bereichsweise in das plastifizierte Bauteil eindringt. Anschließend wird die Drehbewegung sowie die Beaufschlagung mit der Axialkraft gestoppt, so dass das Material der beiden Bauteile abkühlen kann. Nach dem Abkühlen sind die beiden Bauteile zu dem Bauteileverbund fest miteinander verbunden. Friction stir welding, which is generally known from the prior art, makes it possible, in contrast, for example, for fusion welding, to connect components made of different or foreign materials with one another to form a composite component. In friction stir welding, a first component is rotated about an axis of rotation and simultaneously pressed by an axial force against the surface of another, second component. At the two contact surfaces of the components, the material of the components is increased to a temperature which is still below the melting point of the material of the two components. In this case, the material is softened or plasticized at least of the component which has the lower melting temperature, so that, as a result of the axial force, the other component penetrates in regions into the plasticized component. Subsequently, the rotational movement and the application of the axial force is stopped, so that the material of the two components can cool. After cooling, the two components are firmly connected to the component network.

Ein Bauteileverbund, der eine soweit beschriebene Rührreibschweißverbindung aufweist, ist aus der DE 10 2011 007 422 A1 bekannt. Bei der bekannten Schrift ist es vorgesehen, einen Halter mittels eines Rührreibschweißverfahrens mit der Oberfläche eines anderen Bauteils zu verbinden. Der ein Funktionselement darstellende Halter ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als zapfen- bzw. stiftförmiges Element ausgebildet. Insbesondere weist er im Längsschnitt zylindrische sowie kegelförmige Flächen auf. Um das eingangs erwähnte Drehen des Bauteils bzw. Halters um die Drehachse zu ermöglichen, ist es damit zum Beispiel erforderlich, das Bauteil bzw. den Halter von außen zu greifen und mittels eines geeigneten Werkzeugkopfes derart festzuhalten, dass die beim Andrücken des Bauteils gegen die Oberfläche des anderen Bauteils wirkenden Reibkräfte überwunden werden können. Es ist somit erforderlich, ein bestimmtes Drehmoment auf den Halter bzw. das Bauteil übertragen zu können. Aufgrund der Formgebung des aus der genannten Schrift bekannten Halters ist dies nur möglich, wenn ein entsprechender Werkzeugkopf an der Außenkontur des Halters befestigt wird bzw. diesen unter Aufbringung einer in radialer Richtung (in Bezug zur Drehachse) des Halters wirkenden Klemm- bzw. Haltekraft hält. Insbesondere bei beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Haltern bzw. Elementen ist die dabei übertragbare Kraft bzw. das übertragbare Drehmoment jedoch dadurch beschränkt, dass eine Beschädigung bzw. Deformierung des Elements bzw. Halters ausgeschlossen werden soll. A composite component, which has a friction stir welded joint as far described, is known from DE 10 2011 007 422 A1 known. In the known document, it is provided to connect a holder by means of a friction stir welding process with the surface of another component. The holder representing a functional element is designed as a pin-shaped or pin-shaped element in the illustrated embodiment. In particular, it has cylindrical and conical surfaces in longitudinal section. In order to enable the aforementioned rotation of the component or holder about the axis of rotation, it is thus necessary, for example, to grip the component or the holder from the outside and hold it by means of a suitable tool head such that when pressing the component against the surface the other component acting frictional forces can be overcome. It is thus necessary to be able to transmit a specific torque to the holder or the component. Due to the shape of the known from the cited document holder this is only possible if a corresponding tool head is attached to the outer contour of the holder or holds this under application of acting in the radial direction (with respect to the axis of rotation) of the holder clamping or holding force , In particular, for example, made of plastic holders or elements while the transferable force or the transmittable torque, however, is limited by the fact that damage or deformation of the element or holder should be excluded.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bauteileverbund nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine besonders einfache Übertragung von Drehmomenten bzw. die Übertragung besonders hoher Drehmomente in das relativ zum anderen Bauteil um die Drehachse gedrehte Bauteil ermöglicht wird. Dadurch soll insbesondere auch eine Beschädigung bzw. Deformation des sich drehenden Bauteils, insbesondere wenn dies aus einem relativ weichen Material besteht, vermieden werden.Based on the illustrated prior art, the present invention seeks to develop a component assembly according to the preamble of claim 1 such that a particularly simple transmission of torque or the transmission of very high torques in the relative to the other component rotated about the axis of rotation component is possible. This should in particular also damage or deformation of the rotating component, in particular if this consists of a relatively soft material, be avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Bauteileverbund mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass eines der durch die Rührreibschweißverbindung miteinander verbundenen Bauteile eine Formschlussgeometrie aufweist, die dazu ausgebildet ist, zum Herstellen der Rührreibschweißverbindung ein Drehmoment in eine Drehachse des Bauteils zu übertragen, um die das Bauteil relativ zum anderen Bauteil drehbar angeordnet ist. This object is achieved in a component assembly with the characterizing features of claim 1, characterized in that one of the interconnected by the Rührreibschweißverbindung components has a form-fitting geometry, which is adapted to produce the Rührreibschweißverbindung a torque in a rotational axis of the component to order the component is rotatably arranged relative to the other component.

Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass es die Formschlussgeometrie ermöglicht, im Zusammenwirken mit einem eine entsprechende Gegengeometrie aufweisenden Werkzeugelement bzw. Werkzeugkopf das erforderliche Drehmoment besonders einfach und wirkungsvoll zu übertragen. Insbesondere ist es dadurch nicht mehr erforderlich, eine radial in Bezug auf die Drehachse ausgerichtete Klemm- bzw. Haltekraft auf das Bauteil zu übertragen. Dadurch kann das die Formschlussgeometrie aufweisende Bauteil nach dem Verbinden mit dem anderen Bauteil seine Aufgabe als Funktionselement insofern besonders gut ausführen, da die Gefahr einer Deformation oder Beschädigung des die Formschlussgeometrie aufweisenden Bauteil bei der Übertragung der zum Ausbilden der Rührreibschweißverbindung erforderlichen Kräfte reduziert ist. In other words, this means that the positive locking geometry makes it possible to transmit the required torque in a particularly simple and effective manner in cooperation with a tool element or tool head having a corresponding counter-geometry. In particular, it is therefore no longer necessary to transmit a radially aligned with respect to the axis of rotation clamping or holding force on the component. As a result, the component having the positive locking geometry can perform its task particularly well as a functional element after it has been connected to the other component, since the risk of deformation or damage of the component having the positive locking geometry is reduced during the transmission of the forces required to form the friction stir welding connection.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bauteileverbunds sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.Advantageous developments of the component assembly according to the invention are listed in the subclaims. All combinations of at least two of the features disclosed in the claims, the description and / or the figures fall within the scope of the invention.

In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung der Formschlussgeometrie ist es vorgesehen, dass die Formschlussgeometrie im Bereich einer Ausnehmung des sich drehenden Bauteils an einer Innenkontur der Ausnehmung ausgebildet ist. Eine derartige Ausnehmung kann beispielsweise in Form einer sacklochförmigen Ausnehmung oder einer in dem Bauteil über dessen gesamte Erstreckung verlaufende Längsbohrung ausgebildet sein. Eine Anordnung der Formschlussgeometrie im Bereich der Ausnehmung des Bauteils hat insbesondere den Vorteil, dass die Formschlussgeometrie unabhängig von der Außengeometrie bzw. der Außenkontur des Bauteils ist und somit die Funktionalität des Bauteils, wenn diese durch dessen Außenkontur bestimmt wird, nicht beeinträchtigt. In a first structural embodiment of the form-locking geometry, it is provided that the form fit geometry is formed in the region of a recess of the rotating component on an inner contour of the recess. Such a recess may be formed, for example, in the form of a blind hole-shaped recess or a longitudinal bore extending in the component over its entire extent. An arrangement of the positive locking geometry in the region of the recess of the component has the particular advantage that the positive locking geometry is independent of the outer geometry or the outer contour of the component and thus does not affect the functionality of the component when it is determined by its outer contour.

In alternativer Ausgestaltung der Formschlussgeometrie kann es vorgesehen sein, dass die Formschlussgeometrie an einer Außenkontur des sich drehenden Bauteils ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung hat insbesondere den Vorteil, dass auf das Einbringen bzw. Ausbilden von Ausnehmungen, wie bei der zuerst genannten Variante, verzichtet werden kann. Darüber hinaus ermöglicht es eine an der Außenkontur des Bauteils ausgebildete Formschlussgeometrie, besonders hohe Drehmomente auf das Bauteil zu übertragen, da der Abstand zwischen der Formschlussgeometrie und der Drehachse des Bauteils höher ist als bei der zunächst genannten Variante.In an alternative embodiment of the positive locking geometry, it can be provided that the positive locking geometry is formed on an outer contour of the rotating component. Such a design has the particular advantage that can be dispensed with the introduction or formation of recesses, as in the first-mentioned variant. In addition, a positive locking geometry formed on the outer contour of the component makes it possible to transmit particularly high torques to the component, since the distance between the form-fit geometry and the axis of rotation of the component is higher than in the case of the initially mentioned variant.

Besonders bevorzugt bei beiden Arten von Formschlussgeometrien ist es, wenn die Formschlussgeometrie in gleichmäßigen Winkelabständen zur Drehachse angeordnete Werkzeugangriffsflächen aufweist. Durch die gleichmäßige Anordnung der Werkzeugangriffsflächen ist es möglich, beispielsweise einen Werkzeugkopf in verschiedenen Drehwinkelpositionen in Wirkverbindung mit dem zu drehenden Bauteil zu bringen bzw. mehrere Positionen zu ermöglichen, in denen ein entsprechender Werkzeugkopf das Bauteil drehwinkelfest aufnimmt. Als mögliche Werkzeugangriffsflächen kommen insbesondere sämtliche aus dem Maschinenbau bekannte Geometrien für derartige Werkzeugangriffsflächen, wie Vierkant/Sechskant/Torx usw. in Frage. It is particularly preferred in the case of both types of positive-locking geometries if the positive-locking geometry has tool engagement surfaces arranged at regular angular distances from the axis of rotation. The uniform arrangement of the tool engagement surfaces, it is possible, for example, to bring a tool head in different rotational angular positions in operative connection with the component to be rotated or to allow several positions in which a corresponding tool head receives the component rotationally fixed. As possible tool engagement surfaces are in particular all known from the mechanical engineering geometries for such tool engagement surfaces, such as square / hexagon / Torx, etc. in question.

Bevorzugt ist die Ausbildung eines Bauteilverbunds, bei dem das Bauteil, das um die Drehachse gedreht wird, zumindest im Verbindungsbereich stiftförmig ausgebildet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass ein derartiger Bauteileverbund insbesondere einen Gewindebolzen, einen Stift, eine Buchse, einen Haken, eine Öse oder ein anderes Funktionselement aufweist, das mit einem typischerweise eine größere Ausdehnung aufweisenden zweiten Bauteil verbunden ist.Preference is given to the formation of a composite component, in which the component which is rotated about the axis of rotation, at least in the connecting region is formed pin-shaped. In other words, this means that such a component assembly in particular has a threaded bolt, a pin, a bushing, a hook, an eyelet or another functional element, which is connected to a typically having a larger expansion second component.

Darüber hinaus ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Material der beiden Bauteile zumindest im Verbindungsbereich unterschiedlich hohe Schmelztemperaturen aufweist, wobei das den höheren Schmelzpunkt aufweisende Bauteil im Verbindungsbereich eine Ausnehmungen aufweisende Haltegeometrie aufweist, und dass die Ausnehmungen in einem Winkel zu einer Fügerichtung, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Fügerichtung, ausgerichtet sind. Eine derartige Ausbildung des Bauteileverbunds ermöglicht insofern eine besonders feste Verbindung zwischen den beiden Bauteilen, als dass das plastifizierte Material in die entsprechenden Ausnehmungen des beim Ausbilden der Verbindung sich drehenden Bauteils eindringt und dort nach dem Erstarren eine widerhakenartige Verbindung ausbildet, die ein Abziehen bzw. Herauslösen des mit der Oberfläche des anderen Bauteils verbundenen Bauteils erschwert.In addition, it is preferably provided that the material of the two components at least in the connection region has different melting temperatures, wherein the component having the higher melting point in the connecting region has a retaining geometry having recesses, and in that the recesses at an angle to a joining direction, preferably at least in Essentially perpendicular to the joining direction, are aligned. Such a configuration of the component assembly allows a particularly strong connection between the two components, in that the plasticized material penetrates into the corresponding recesses of the rotating during formation of the compound component and there forms a barb-like compound after solidification, which is a peel or detachment of the connected to the surface of the other component component difficult.

In einer Weiterbildung des zuletzt genannten Vorschlags, bei dem die Haltegeometrie besonders einfach und wirkungsvoll ausgebildet ist, ist es vorgesehen, dass die Ausnehmungen wenigstens eine radial um die Drehachse umlaufende, nutartige Vertiefung aufweist. Davon umfasst sollen auch Haltegeometrien sein, bei denen in Fügerichtung betrachtet mehrere, in axialem Abstand zueinander angeordnete Ausnehmungen bzw. nutförmige Vertiefungen vorhanden sind.In a further development of the last-mentioned proposal, in which the holding geometry is particularly simple and effective, it is provided that the recesses have at least one groove-like depression running around the axis of rotation. This includes should also be holding geometries in which viewed in the joining direction, a plurality of axially spaced-apart recesses or groove-shaped depressions are present.

Derartige, soweit beschriebene Bauteileverbunde zeichnen sich dadurch aus, dass beispielsweise ein aus Stahl bestehender Bolzen über ein Spindelwerkzeug in Rotation versetzt und auf ein aus einem weicheren Bauteil (z.B. einem Leichtmetallwerkstoff wie Aluminiumblech, Aluminiumguss, Magnesiumblech, Magnesiumguss, Kupfer usw.) gedrückt wird. Typische Anwendungsfälle derartiger Bauteileverbunde bestehen insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie im Bereich von Karosserieanwendungen. Such components composites described so far are characterized in that, for example, a bolt made of steel is rotated by a spindle tool and pressed onto one of a softer component (for example, a light metal material such as aluminum sheet, cast aluminum, magnesium, magnesium, copper, etc.). Typical applications of such component assemblies exist in the field of bodywork applications, in particular in the motor vehicle industry.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung zusätzlich eine Werkzeuganordnung zum Ausbilden eines erfindungsgemäßen Bauteileverbunds, wobei die Werkzeuganordnung einen Werkzeugkopf aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment auf das die Formschlussgeometrie aufweisende Bauteil zu übertragen. Die erfindungsgemäße Werkzeuganordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Werkzeugkopf im Bereich der Formschlussgeometrie eine der Formschlussgeometrie angepasste Werkzeuggeometrie aufweist. In addition, the invention additionally comprises a tool arrangement for forming a component assembly according to the invention, wherein the tool arrangement has a tool head, which is designed to transmit a torque to the component having the positive locking geometry. The tool arrangement according to the invention is characterized in that the tool head in the region of the positive locking geometry has a tool geometry adapted to the positive locking geometry.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der soweit beschriebenen Werkzeuganordnung ist es vorgesehen, dass der Werkzeugkopf ein erstes, die Werkzeuggeometrie aufweisendes Element, und ein zweites, das erste Element konzentrisch umgebendes, vorzugsweise ringförmiges Element aufweist, das das Bauteil auf der dem Verbindungsbereich zugewandten Seite zumindest im Bereich der Außenkontur des Bauteils nahezu spaltfrei umgibt, und das im Verbindungsbereich gegen die Oberfläche des mit dem Bauteil verbundenen anderen Bauteils des Bauteileverbunds anlegbar ist. Diese Weiterbildung ermöglicht es insbesondere, das Material beim Eintauchen des sich drehenden Bauteils in das plastifizierte Material des anderen Bauteils einzuebnen, das ansonsten in Art einer ringförmigen Wulst im Verbindungsbereich über die Oberfläche des anderen Bauteils hinausragen würde. Eine derartige Ausbildung der Werkzeuganordnung ermöglicht es daher je nach Anwendungsfall, eine verbesserte bzw. erhöhte Funktionalität im Verbindungsbereich der beiden Bauteile des Bauteileverbunds zu ermöglichen, beispielsweise wenn ein weiteres z.B. hülsenförmiges Bauteil über ein stiftförmiges Bauteil geschoben wird, welches bis zur Oberfläche eines flächigen Bauteils ragen soll. In a particularly preferred development of the tool arrangement described so far, it is provided that the tool head has a first, the tool geometry exhibiting element, and a second, the first element concentrically surrounding, preferably annular element, the component on the side facing the connection region at least in Field of Surrounding the outer contour of the component almost gap-free, and in the connection region against the surface of the component connected to the other component of the component assembly can be applied. This development makes it possible in particular to level the material when immersing the rotating component in the plasticized material of the other component, which would otherwise protrude in the manner of an annular bead in the connecting region over the surface of the other component. Such a design of the tool assembly therefore makes it possible, depending on the application, to allow improved or increased functionality in the connection region of the two components of the component assembly, for example, when another example sleeve-shaped component is pushed over a pin-shaped component, which protrude to the surface of a sheet-like component should.

In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung des zuletzt gemachten Vorschlags kann es vorgesehen sein, dass das zweite Element einstückig mit dem ersten Element verbunden ist. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass sich der Werkzeugkopf besonders einfach herstellen lässt. In a first structural embodiment of the proposal made last, it may be provided that the second element is integrally connected to the first element. Such a design has the advantage that the tool head can be produced particularly easily.

Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das zweite Element unabhängig vom ersten Element um die Drehachse drehbar und mit einer Axialkraft beaufschlagbar ist. Damit lässt sich insbesondere eine zeit- und bedarfsgerechte Ansteuerung des zweiten Elements ermöglichen, so dass gegebenenfalls die Qualität der Verbindung verbessert werden kann.Alternatively, however, it can also be provided that the second element is rotatable about the axis of rotation independently of the first element and can be acted upon by an axial force. This makes it possible, in particular, to enable the second element to be timed and demanded so that, if appropriate, the quality of the connection can be improved.

Zuletzt ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass Haltemittel vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, das Bauteil axial an dem Werkzeugkopf zu halten. Derartige Haltemittel, die insbesondere für den Zeitraum wichtig sind, in dem die beiden Bauteile noch nicht aneinander anliegen, können beispielsweise als pneumatische Haltemittel oder als magnetische Haltemittel im Werkzeugkopf ausgebildet sind.Finally, it is provided in a further embodiment of the invention that retaining means are provided, which are adapted to hold the component axially to the tool head. Such holding means, which are particularly important for the period in which the two components are not yet abutting one another, can be formed, for example, as pneumatic holding means or as magnetic holding means in the tool head.

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 bis 4 die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Bauteileverbunds unter Verwendung eines Werkzeugkopfes während verschiedener, zeitlich aufeinanderfolgender Phasen, 1 to 4 the formation of a component assembly according to the invention using a tool head during different, temporally successive phases,

5 bis 7 jeweils im vereinfachten Längsschnitt unterschiedlich ausgestaltete Bauteile des Bauteileverbunds mit unterschiedlichen Haltegeometrien und 5 to 7 each in the simplified longitudinal section differently configured components of the component assembly with different holding geometries and

8 bis 11 eine gegenüber den 1 bis 4 abgewandelte Werkzeuganordnung während verschiedener Phasen zur Herstellung eines Bauteileverbunds, jeweils im Längsschnitt. 8th to 11 one opposite the 1 to 4 modified tool assembly during different phases for producing a component composite, each in longitudinal section.

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 bis 4 ist die Herstellung eines ersten erfindungsgemäßen Bauteileverbunds 10 dargestellt, wobei der Bauteileverbund 10 aus zwei, in einem Verbindungsbereich 5 miteinander verbundenen Bauteilen 1, 2 besteht, und wobei die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 durch eine Rührreibschweißverbindung gebildet ist.In the 1 to 4 is the production of a first component composite according to the invention 10 represented, wherein the component composite 10 out of two, in a connection area 5 interconnected components 1 . 2 exists, and wherein the connection between the two components 1 . 2 is formed by a friction stir welding connection.

Das erste Bauteil 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel bolzen- bzw. stiftförmig ausgebildet und besteht aus einem relativ harten Material, wie beispielsweise Stahl. Das zweite Bauteil 2 ist im dargestellten Teilbereich plattenförmig bzw. eben ausgebildet und besteht aus einem gegenüber dem ersten Bauteil 1 weicheren Material, beispielsweise aus Aluminium. Weiterhin weist das zweite Bauteil 2 darüber hinaus gegenüber dem ersten Bauteil 1 eine niedrigere Schmelztemperatur auf. Auf der dem zweiten Bauteil 2 zugewandten Seite weist das erste Bauteil 1 in einem Endbereich des ersten Bauteils 1 eine Haltegeometrie 11 auf, die in Form zweier, in radialer Richtung um eine Drehachse 12 umlaufende, nutartige Vertiefungen 13, 14 ausgebildet ist, wobei die Vertiefungen 13, 14 senkrecht zur Drehachse 12 ausgerichtet sind. An dem der Haltegeometrie 11 gegenüberliegenden Endbereich weist das erste Bauteil 1 eine konzentrisch zur Drehachse 12 in der Stirnfläche des Bauteils 1 ausgebildete Ausnehmung 15 auf, wobei die Ausnehmung 15 in Form einer Formschlussgeometrie 16 mit mehreren, vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen zur Drehachse 12 angeordneten Werkzeugangriffsflächen 17 ausgebildet ist. Die Formschlussgeometrie 16 bzw. die Werkzeugangriffsflächen 17 sind beispielsweise in Form eines Innensechskants ausgebildet. The first component 1 is formed in the illustrated embodiment bolt or pin-shaped and consists of a relatively hard material, such as steel. The second component 2 is plate-shaped or flat in the illustrated portion and consists of a relative to the first component 1 softer material, such as aluminum. Furthermore, the second component 2 beyond the first component 1 a lower melting temperature. On the second component 2 facing side, the first component 1 in an end region of the first component 1 a holding geometry 11 on, in the form of two, in the radial direction about a rotation axis 12 circumferential, groove-like depressions 13 . 14 is formed, wherein the depressions 13 . 14 perpendicular to the axis of rotation 12 are aligned. At the holding geometry 11 opposite end portion has the first component 1 one concentric to the axis of rotation 12 in the face of the component 1 trained recess 15 on, with the recess 15 in the form of a form fit geometry 16 with several, preferably at equal angular intervals to the axis of rotation 12 arranged tool engagement surfaces 17 is trained. The form fit geometry 16 or the tool engagement surfaces 17 are formed for example in the form of a hexagon socket.

Zum Ausbilden des Bauteileverbunds 10 wirken die beiden Bauteile 1, 2 mit einer Werkzeuganordnung 100 zusammen. Die Werkzeuganordnung 100 weist einen Werkzeugkopf 101 auf, der zum Halten des ersten Bauteils 1 dient. Weiterhin umfasst die Werkzeuganordnung 100 einen Gegenhalter 102, auf dem das zweite Bauteil 2 auf der dem Bauteil 1 abgewandten Seite aufliegt. Der Werkzeugkopf 101 ist dazu ausgebildet, das Bauteil 1 mit einer Axialkraft F gegen die Oberfläche 18 des zweiten Bauteils 2 im Verbindungsbereich 5 zu drücken und weiterhin eine Drehbewegung des Bauteils 1 um die Drehachse 12 in Richtung des Pfeils 19 zu ermöglichen. Hierzu ist der Werkzeugkopf 101 mit einem entsprechenden Werkzeugantrieb (nicht dargestellt) gekoppelt. Wesentlich ist darüber hinaus, dass der Werkzeugkopf 101 auf der dem Bauteil 1 zugewandten Seite eine Werkzeuggeometrie 21 aufweist, die der Formschlussgeometrie 16 angepasst ist. Insbesondere umfasst die Werkzeuggeometrie 21 Werkzeugflächen 22, die formschlüssig mit der Formschlussgeometrie 16 bzw. den Werkzeugangriffsflächen 17 der Ausnehmung 15 zusammenwirken. Dadurch ist sichergestellt, dass beim Übertragen eines Drehmoments über den Werkzeugkopf 101 auf das Bauteil 1 über die Werkzeugangriffsflächen 17 sowie die Werkzeugflächen 22 das Drehmoment in Richtung des Pfeils 19 auf das erste Bauteil 1 schlupffrei übertragbar ist. For forming the component composite 10 act the two components 1 . 2 with a tool arrangement 100 together. The tool arrangement 100 has a tool head 101 on, for holding the first component 1 serves. Furthermore, the tool arrangement comprises 100 a backstop 102 on which the second component 2 on the component 1 rests on the opposite side. The tool head 101 is designed to be the component 1 with an axial force F against the surface 18 of the second component 2 in the connection area 5 to press and continue to rotate the component 1 to the axis of rotation 12 in the direction of the arrow 19 to enable. For this purpose, the tool head 101 coupled with a corresponding tool drive (not shown). It is essential, moreover, that the tool head 101 on the component 1 facing side a tool geometry 21 that of the positive locking geometry 16 is adjusted. In particular, the tool geometry includes 21 tool surfaces 22 , the form-fitting with the positive locking geometry 16 or the tool engagement surfaces 17 the recess 15 interact. This ensures that when transmitting torque through the tool head 101 on the component 1 via the tool contact surfaces 17 as well as the tool surfaces 22 the torque in the direction of the arrow 19 on the first component 1 slip-free transferable.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass an dem Werkzeugkopf 101 lediglich in der 4 symbolisch dargestellte Haltemittel 103 angeordnet bzw. vorgesehen sind, die dazu dienen, das Bauteil 1 in axialer Richtung an dem Werkzeugkopf 101 zu halten. Die Haltemittel 103 können beispielhaft als Magnetelemente oder Klemmelemente ausgebildet sein (nicht dargestellt). Furthermore, it is preferably provided that on the tool head 101 only in the 4 Symbolically represented holding means 103 arranged or provided, which serve to the component 1 in the axial direction on the tool head 101 to keep. The holding means 103 may be exemplified as magnetic elements or clamping elements (not shown).

Zum Ausbilden des Bauteileverbunds 100 ist es in einem ersten Schritt entsprechend der Darstellung der 1 vorgesehen, dass das Bauteil 1 an dem Werkzeugkopf 101 angeordnet bzw. von diesem gehalten ist. Weiterhin wird der Werkzeugkopf 101 derart angetrieben, dass sich das Bauteil 1 in Richtung des Pfeils 19 dreht. Anschließend erfolgt ein in Kontaktbringen des Bauteils 1 mit der Oberfläche 18 des Bauteils 2 durch Bewegen des Werkzeugkopfs 101 in einer Fügerichtung 23, die parallel zur Drehachse 12 verläuft. Nach dem Aufsetzen des Bauteils 1 an der Oberfläche 18 des Bauteils 2 erfolgt entsprechend der Darstellung der 2 eine Beaufschlagung des ersten Bauteils 1 in Richtung der Drehachse 12 mit der Axialkraft F. Dadurch erfolgt an der Oberfläche 18 des Bauteils 2 eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen 1, 2, die bewirkt, dass das Material der beiden Bauteile 1, 2 erwärmt wird. Da, wie oben erläutert, das erste Bauteil 1 aus einem härteren Material besteht bzw. eine höhere Schmelztemperatur aufweist, erfolgt bei der Erwärmung zuerst eine Plastifizierung des die niedrigere Schmelztemperatur aufweisenden zweiten Bauteils 2, wobei die Erwärmung jedoch lediglich bis zu einer Temperatur erfolgt, die unterhalb des Schmelzpunktes des Materials der Bauteile 1, 2 liegt. Bei der Plastifizierung bzw. beim Aufweichen des Materials des Bauteils 2 erfolgt aufgrund der Beaufschlagung des Bauteils 1 mit der Axialkraft F ein Eintauchen des ersten Bauteils 1 in das Material des zweiten Bauteils 2, wie dies in der 3 dargestellt ist. Das Eintauchen des ersten Bauteils 1 in das zweite Bauteil 2 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel derart, dass die gesamte Haltegeometrie 11 sich innerhalb des Materials des zweiten Bauteils 2 befindet und das Material des Bauteils 2 in die Vertiefungen 13, 14 der Haltegeometrie 11 verdrängt wird. Gleichzeitig erfolgt aufgrund des Eintauchens des Bauteils 1 in das Bauteil 2 eine Materialverdrängung des Bauteils 2, derart, dass das erste Bauteil 1 im Verbindungsbereich 5 mit einer über die Oberfläche 18 hinausragenden Materialerhebung 24, bestehend aus dem plastifizierten Material des zweiten Bauteils 2, versehen ist. For forming the component composite 100 it is in a first step according to the representation of 1 provided that the component 1 on the tool head 101 is arranged or held by this. Furthermore, the tool head 101 driven so that the component 1 in the direction of the arrow 19 rotates. Subsequently, a contacting of the component takes place 1 with the surface 18 of the component 2 by moving the tool head 101 in a joining direction 23 parallel to the axis of rotation 12 runs. After placing the component 1 on the surface 18 of the component 2 takes place according to the representation of 2 an admission of the first component 1 in the direction of the axis of rotation 12 with the axial force F. This occurs on the surface 18 of the component 2 a relative movement between the two components 1 . 2 that causes the material of the two components 1 . 2 is heated. Since, as explained above, the first component 1 consists of a harder material or has a higher melting temperature, takes place at the first heating a plasticization of the lower melting temperature having second component 2 However, the heating takes place only up to a temperature below the melting point of the material of the components 1 . 2 lies. When plasticizing or softening the material of the component 2 occurs due to the loading of the component 1 with the axial force F immersion of the first component 1 in the material of the second component 2 like this in the 3 is shown. The immersion of the first component 1 in the second component 2 takes place in the illustrated embodiment such that the entire holding geometry 11 within the material of the second component 2 located and the material of the component 2 into the wells 13 . 14 the holding geometry 11 is displaced. At the same time due to the immersion of the component 1 into the component 2 a material displacement of the component 2 , such that the first component 1 in the connection area 5 with one over the surface 18 outstanding material collection 24 consisting of the plasticized material of the second component 2 , is provided.

Sobald das erste Bauteil 1 eine Soll-Position relativ zum zweiten Bauteil 2, d.h. die gewünschte Eintauchtiefe erreicht hat, erfolgt ein Abstellen des Antriebs des Werkzeugkopfs 101, so dass anschließend das plastifizierte Material des zweiten Bauteils 2 erstarrt bzw. sich die beiden Bauteile 1, 2 abkühlen. Nach dem Erstarren bzw. Abkühlen ist zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 eine feste Verbindung ausgebildet bzw. die Bauteile 1, 2 bilden den erfindungsgemäßen Bauteileverbund 10 aus. Anschließend kann entsprechend der 4 der Werkzeugkopf 101 aus dem Bauteil 1 axial entfernt und der Bauteileverbund 10 aus der Werkzeuganordnung 100 entnommen werden. As soon as the first component 1 a desired position relative to the second component 2 , ie has reached the desired immersion depth, a shutdown of the drive of the tool head 101 so that subsequently the plasticized material of the second component 2 solidifies or the two components 1 . 2 cooling down. After solidification or cooling is between the two components 1 . 2 formed a solid connection or the components 1 . 2 form the component composite according to the invention 10 out. Subsequently, according to the 4 the tool head 101 from the component 1 axially removed and the component network 10 from the tool assembly 100 be removed.

In den 5 bis 7 sind gegenüber der Darstellung der 1 bis 4 modifizierte Bauteile 1a, 1b und 1c dargestellt. Während das Bauteil 1 in den 1 bis 4 als Gewindebolzen mit einem Außengewinde 25 ausgestattet ist, weist das Bauteil 1a optional zusätzlich zum Außengewinde 25 eine in Richtung einer Längsachse 26 verlaufendes durchgehendes Innengewinde 27 auf. Die Formschlussgeometrie 16a bzw. die Werkzeugangriffsflächen 17a sind in die Wand des Innengewindes 27 ausgebildet. Weiterhin weist das Bauteil 1a im Gegensatz zum Bauteil 1 auf der dem zweiten Bauteil 2 zugeordneten Seite keine Haltegeometrie 11 auf. In the 5 to 7 are opposite to the representation of 1 to 4 modified components 1a . 1b and 1c shown. While the component 1 in the 1 to 4 as a threaded bolt with an external thread 25 equipped, the component points 1a optional in addition to the external thread 25 one in the direction of a longitudinal axis 26 running through internal thread 27 on. The form fit geometry 16a or the tool engagement surfaces 17a are in the wall of the internal thread 27 educated. Furthermore, the component 1a in contrast to the component 1 on the second component 2 assigned page no holding geometry 11 on.

Das Bauteil 1b gemäß der 6 ist eine Kombination der Bauteile 1 und 1a, indem das Bauteil 1a zusätzlich mit einer Haltegeometrie 11 entsprechend dem Bauteil 1 versehen ist. The component 1b according to the 6 is a combination of components 1 and 1a by the component 1a additionally with a holding geometry 11 according to the component 1 is provided.

Das Bauteil 1c gemäß der 7 weist eine Haltegeometrie 11c auf, die beispielhaft fünf radial umlaufende Vertiefungen 29 aufweist, die im Längsschnitt jeweils dreiecksförmig (im Gegensatz zu den gerundet ausgebildeten Vertiefungen 13, 14 bei dem Bauteil 1, 1b) ausgebildet sind.The component 1c according to the 7 has a holding geometry 11c on, the example of five radial recesses 29 each having a triangular shape in longitudinal section (in contrast to the rounded recesses 13 . 14 at the component 1 . 1b ) are formed.

Ergänzend wird erwähnt, dass die Formschlussgeometrie 16, 16a bzw. die Werkzeugangriffsflächen 17, 17a auch an der Außenkontur des Bauteils 1 ausgebildet sein können.In addition, it is mentioned that the positive locking geometry 16 . 16a or the tool engagement surfaces 17 . 17a also on the outer contour of the component 1 can be trained.

In den 8 bis 11 ist eine gegenüber den 1 bis 4 modifizierte Werkzeuganordnung 100a dargestellt. Die Werkzeuganordnung 100a unterscheidet sich von der Werkzeuganordnung 100 durch die Verwendung eines modifizierten Werkzeugkopfes 101a. Der Werkzeugkopf 101a weist ein erstes Element 104 auf, das axial an dem Bauteil 1 anliegt. Weiterhin umfasst der Werkzeugkopf 101a ein zweites Element 105, das entweder das erste Element 104 radial umgibt, oder aber einstückig mit dem ersten Element 104 ausgebildet ist. Das zweite Element 105 bildet eine Aufnahme 106 aus, die das erste Bauteil 1 radial zumindest nahezu spaltfrei umgibt. Das zweite Element 105 weist auf der dem zweiten Bauteil 2 zugewandten Seite eine Stirnfläche 107 auf, die beim Fügen der beiden Bauteile 1, 2 entsprechend der Darstellung der 10 beim Eintauchen des ersten Bauteils 1 in das zweite Bauteil 2 in Kontakt mit der Oberfläche 18 des zweiten Bauteils 2 gelangt. Insbesondere erfolgt der Kontakt zwischen der Stirnfläche 107 und der Oberfläche 18 des zweiten Bauteils 2 in dem Bereich, bei dem entsprechend der Darstellung der 3 und 4 beim Ausbildern der Rührreibschweißverbindung eine Materialerhebung 24 entstehen würde. Dadurch, dass zwischen der Stirnfläche 107 des zweiten Elements 105 und dem zweiten Bauteil 2 ein Kontakt ausgebildet ist, wobei das zweite Element 105 in Analogie zum ersten Element 104 sowohl mit einer Axialkraft beaufschlagt wird, als auch in Richtung des Pfeils 19 gedreht wird, wird der Übergangsbereich zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 eingeebnet, so dass im Gegensatz zur Werkzeuganordnung 100 keine Materialerhebung 24 entsteht. Weiterhin wird durch die Bewegung des zweiten Elements 105 Reibungswärme erzeugt, die zur Plastifizierung des Materials beiträgt.In the 8th to 11 is one opposite the 1 to 4 modified tool arrangement 100a shown. The tooling 100a differs from the tool arrangement 100 through the use of a modified tool head 101 , The tool head 101 has a first element 104 on, the axially on the component 1 is applied. Furthermore, the tool head includes 101 a second element 105 that is either the first element 104 radially surrounds, or integrally with the first element 104 is trained. The second element 105 makes a recording 106 out, which is the first component 1 surrounds radially at least almost gap-free. The second element 105 points to the second component 2 facing side an end face 107 on when joining the two components 1 . 2 according to the representation of 10 when immersing the first component 1 in the second component 2 in contact with the surface 18 of the second component 2 arrives. In particular, the contact takes place between the end face 107 and the surface 18 of the second component 2 in the area where according to the representation of 3 and 4 when forming the Rührreibschweißverbindung a material survey 24 would arise. Because of that between the front face 107 of the second element 105 and the second component 2 a contact is formed, wherein the second element 105 in analogy to the first element 104 is acted upon with an axial force, as well as in the direction of the arrow 19 is rotated, the transition area between the two components 1 . 2 leveled, so in contrast to the tool arrangement 100 no material survey 24 arises. Furthermore, by the movement of the second element 105 Generates frictional heat, which contributes to the plasticization of the material.

Ergänzend wird erwähnt, dass bei einer zweiteiligen Ausbildung der Werkzeuganordnung 100a, d.h. bei einem von dem ersten Element 104 als separates Bauteil ausgebildeten zweiten Element 105, das zweite Element 105 vorzugsweise separat mit einer entsprechenden Axialkraft F beaufschlagbar ist bzw. mittels eines separaten (oder aber mit dem Antrieb des ersten Elements 104 gekoppelten) Antriebs um die Drehachse 12 drehbar ist.In addition, it is mentioned that in a two-part design of the tool assembly 100a ie at one of the first element 104 formed as a separate component second element 105 , the second element 105 preferably with a corresponding axial force F is acted upon separately or by means of a separate (or with the drive of the first element 104 coupled) drive around the axis of rotation 12 is rotatable.

Der soweit beschriebene Bauteileverbund 10 sowie die soweit beschriebenen Werkzeuganordnungen 100, 100a können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.The component composite described so far 10 as well as the tool arrangements described so far 100 . 100a 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 102011007422 A1 [0003]

Claims

Component assembly ( 10 ), comprising at least two components ( 1 . 2 ) which has a connecting region formed by a friction stir welding connection (US Pat. 5 ), characterized in that one of the interconnected by the Rührreibschweißverbindung components ( 1 ) a positive locking geometry ( 16 ; 16a ), which is adapted to produce the friction stir weld a torque in a rotation axis ( 12 ) of the component ( 1 ) to transfer the component ( 1 ) relative to the other component ( 2 ) is rotatably arranged.

Component assembly according to claim 1, characterized in that the positive locking geometry ( 16 ; 16a ) in the region of a recess ( 15 ) of the component ( 1 ) on an inner contour of the recess ( 15 ) is trained.

Component assembly according to claim 1, characterized in that the positive locking geometry ( 16 ; 16a ) on an outer contour of the component ( 1 ) is trained.

Component assembly according to claim 2 or 3, characterized in that the positive locking geometry ( 16 ; 16a ) at regular angular intervals to the axis of rotation ( 12 ) arranged tool engagement surfaces ( 17 ; 17a ) having.

Component assembly according to one of claims 1 to 4, characterized in that the component ( 1 ) at least in the connection area ( 5 ) is formed pin-shaped.

Component assembly according to one of claims 1 to 5, characterized in that the material of the two components ( 1 . 2 ) at least in the connection area ( 5 ) has different melting temperatures, that the higher melting temperature component ( 1 ) in the connection area ( 5 ) a recesses ( 13 . 14 ; 29 ) holding geometry ( 11 ; 11c ), and that the recesses ( 13 . 14 ; 29 ) at an angle to a rotation axis ( 12 ), preferably at least substantially perpendicular to the axis of rotation ( 12 ) are aligned.

Component assembly according to claim 6, characterized in that the recesses ( 13 . 14 ; 29 ) at least one radially about the axis of rotation ( 12 ) has circumferential, groove-like depression.

Tool arrangement ( 100 ; 100a ) for forming a component assembly ( 10 ) according to one of claims 1 to 7, with a tool head ( 101 ; 101 ), which is adapted to a torque on the positive locking geometry ( 16 ; 16a ) component ( 1 ), characterized in that the tool head ( 101 ; 101 ) in the area of the positive locking geometry ( 16 ; 16a ) one of the positive locking geometry ( 16 ; 16a ) adapted tool geometry with tool surfaces ( 22 ) having.

Tool arrangement according to claim 8, characterized in that the tool head ( 101 ) a first, the tool surfaces ( 22 ) element ( 104 ) and a second, the first element ( 104 ) concentrically surrounding, preferably annular element ( 105 ) having the component ( 1 ) on the connection area ( 5 ) facing side at least in the region of the outer contour of the component ( 1 ) surrounds almost gap-free, and that in the connection area ( 5 ) against the surface ( 18 ) of the component ( 1 ) other component ( 2 ) of the component group ( 10 ) can be applied.

Tool arrangement according to claim 9, characterized in that the second element ( 105 ) integral with the first element ( 104 ) connected is.

Tool arrangement according to claim 9, characterized in that the second element ( 105 ) independent of the first element ( 104 ) about the axis of rotation ( 12 ) is rotatable and with an axial force (F) can be acted upon.

Tool arrangement according to one of claims 8 to 11, characterized in that holding means ( 103 ) are provided, which are adapted to the component ( 1 ) axially on the tool head ( 101 ; 101 ) to keep.