DE102015118058A1 - New joining technology for mixed connections - Google Patents
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- B29C66/74281—Copper or alloys of copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein neues Fügeverfahren zum Fügen von metallischen und nicht metallischen Fügepartnern über ein CMT-Pin-Verfahren, wobei die Pins durch den nicht metallischen Fügepartner gestoßen werden. Die Erfindung betrifft außerdem einen Mischverbund, der durch das Fügeverfahren hergestellt wird.The invention relates to a novel joining method for joining metallic and non-metallic joining partners via a CMT pin method, wherein the pins are pushed by the non-metallic joining partner. The invention also relates to a composite composite produced by the joining process.
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Im Stand der Technik sind Fügeverbindungen zwischen metallischen und nicht metallischen Werkstoffen bekannt. Ziel ist hierbei immer, eine besonders hohe Verbindungsfestigkeit zu erzielen.In the prior art joint connections between metallic and non-metallic materials are known. The aim here is always to achieve a particularly high connection strength.
Nachteilig ist, dass bei Fügeverfahren für das Fügen von metallischen und nicht metallischen Fügepartnern (vor allem Kunststofffügepartnern) aus dem Stand der Technik die Fasern teilweise im Fügebereich zerstört werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass nur vereinzelnd beziehungsweise diskret Verbindungen entlang der Fügezone herstellbar sind. Die übertragbaren Belastungen werden somit nur in bestimmten Belastungsrichtungen erzielt. Die Verbindungsfestigkeiten sind oft nicht ausreichend hoch. Außerdem sind die Prozesszeiten bei Fügeverfahren aus dem Stand der Technik nachteilig lang.The disadvantage is that in joining processes for the joining of metallic and non-metallic joining partners (especially Kunststofffügepartnern) from the prior art, the fibers are partially destroyed in the joining area. Another disadvantage is that only occasional or discrete connections along the joint zone can be produced. The transferable loads are thus achieved only in certain load directions. The bond strengths are often not high enough. In addition, the process times in joining methods of the prior art are disadvantageously long.
Im Stand der Technik werden die Verbindungen zwischen metallischen und nicht metallischen Werkstoffen häufig durch Kleben hergestellt. Die Prozesszeiten dieses Verfahrens sind jedoch besonders lang und für viele Branchen daher nachteilig. Die erzielbaren Verbindungsfestigkeiten sind gering beziehungsweise muss eine große Überlappungslänge gewählt werden, um eine zufriedenstellende Verbindungsfestigkeit zu erzielen.In the prior art, the connections between metallic and non-metallic materials are often made by gluing. However, the process times of this process are particularly long and therefore disadvantageous for many industries. The achievable bond strengths are low or a large overlap length must be selected in order to achieve a satisfactory bond strength.
In der
Im Stand der Technik sind außerdem bereits Verfahren unter Verwendung der CMT(Cold Metal Transfer)-Pin-Technologie zum Fügen von metallischen Werkstoffen und Kunststoff bekannt. Diese Methode weist jedoch noch einige Nachteile auf. Eine Lösung setzt zum Beispiel auf das Aufstecken der noch nicht im Kunststoff imprägnierten Fasergelege. Somit wird das Metall schon mit den Fasern verbunden und anschließend wird erst der Kunststoff aufgebracht. Die Funktion einer CMT Pin-Verbindung beruht darauf, dass die Metalloberflächen eine dreidimensionale Oberfläche erhalten. Dabei werden metallische Pins mit einem CMT-System auf eine metallische Fügefläche geschweißt. Es entstehen meist kugelförmige Stecknadelköpfe, die in Kunststoff eingedrückt werden können und so einen klettenartigen Reißverschlusseffekt ausbilden. Diese Art der Verbindung kann zusätzlich mit Klebstoff gesichert werden. Dadurch steigt die Prozesszeit erheblich an und die Herstellung ist deutlich erschwert.In addition, methods using CMT (Cold Metal Transfer) pin technology for joining metallic materials and plastic are already known in the prior art. However, this method still has some disadvantages. One solution is, for example, the attachment of not yet impregnated in the plastic fiber fabric. Thus, the metal is already connected to the fibers and then only the plastic is applied. The function of a CMT pin connection is based on the metal surfaces having a three-dimensional surface. Here metallic pins are welded with a CMT system onto a metallic joining surface. It usually creates spherical pinheads that can be pressed into plastic and thus form a velcro-like zipper effect. This type of connection can be additionally secured with adhesive. As a result, the process time increases significantly and the production is much more difficult.
Eine andere Lösung nutzt ein fertig hergestelltes Faserkunststoffverbunds-Bauteil (FKV-Bauteil). Das FKV-Bauteil wird durch Wärme lokal aufgeschmolzen und auf die CMT-Pins gedrückt. Es kommt zur Faserdrängung mit gewünschtem Erhalt der Fasern. Der Verzug und das optische Aussehen sind jedoch mangelhaft. Die Erwärmung des FKV-Bauteils ist außerdem besonders zeitaufwendig.Another solution uses a ready-made fiber-reinforced plastic composite component (FKV component). The FKV component is locally melted by heat and pressed onto the CMT pins. It comes to the fiber displacement with the desired preservation of the fibers. The distortion and the visual appearance are poor. The heating of the FRP component is also particularly time consuming.
Ein weiterer Nachteil der Verfahren aus dem Stand der Technik ist, dass sowohl Nacharbeiten als auch Vorarbeiten (wie z.B. Reinigen und Behandeln der Werkstoffe) notwendig sind. Dies ist zeitintensiv und wirkt sich somit auch auf die Kosten der Bauteile aus.Another disadvantage of the prior art methods is that both reworking and preliminary work (such as cleaning and treating the materials) is necessary. This is time consuming and thus affects the cost of the components.
Die Verfahren im Stand der Technik zum Fügen von metallischen und nicht metallischen Werkstoffen weisen daher unterschiedliche Nachteile auf. Es war die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Mischverbindung bereitzustellen, die diese Nachteile nicht aufweisen und sich vor allem durch eine hohe Verbindungsfestigkeit und eine schnelle Prozesszeit auszeichnen.The methods in the prior art for joining metallic and non-metallic materials therefore have different disadvantages. It was the object of the invention to provide a method and a mixed compound which do not have these disadvantages and are distinguished, above all, by a high bond strength and a fast process time.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Gelöst wird diese Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche der Patentanmeldung. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Unteransprüchen.This problem is solved by the independent claims of the patent application. Preferred embodiments can be found in the dependent subclaims.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Fügeverfahren zum Fügen von mindestens zwei Fügepartnern, wobei mindestens ein erster Fügepartner ein metallischer Fügepartner ist und mindestens ein zweiter Fügepartner ein nicht metallischer Fügepartner ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der erste und der zweite Fügepartner über ein CMT-Pin-Verfahren gefügt werden, umfassend die folgenden Schritte
- a) Stoßen eines Drahtes durch den zweiten nicht metallischen Fügepartner,
- b) Festschweißen eines Drahtendes des Drahtes an der Oberfläche des ersten metallischen Fügepartners.
- a) pushing a wire through the second non-metallic joining partner,
- b) firmly welding a wire end of the wire to the surface of the first metallic joining partner.
Eine besondere Innovation dieses Verfahrens liegt darin, dass die Fügerichtung auf Seiten des nicht metallischen Fügepartners liegt. Der Draht für die CMT-Pins wird während des Fügeverfahrens durch den nicht metallischen Fügepartner gestoßen, sodass die Pins erst während des Fügeverfahrens selbst entstehen. Hierbei handelt es sich um einen entscheidenden Vorteil gegenüber den Verfahren aus dem Stand der Technik, die häufig mit Pins arbeiten, die bereits am metallischen Fügepartner vorliegen. Das optische Ergebnis dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert.A particular innovation of this method is that the joining direction is on the side of the non-metallic joining partner. During the joining process, the wire for the CMT pins is pushed by the non-metallic joining partner so that the pins do not form during the joining process itself. This is a decisive advantage over the prior art methods which often work with pins already attached to the metal joining partner available. The optical result of this method according to the invention is significantly improved over the prior art.
Beim thermomechanischen Ausformfügen aus dem Stand der Technik entstehen Nachteile vor allem durch das Vorbohren. Durch das Durchbohren entsteht ein durchgängiges Loch, welches Medien hindurch lässt. Dies kann durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden.In the prior art thermo-mechanical forming, disadvantages arise in particular through pre-drilling. Piercing creates a continuous hole that lets media through. This can be avoided by the method according to the invention.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Fügeverfahren zusätzlich den Schritt
- c) Aufschmelzen des Drahtes an einer bestimmten Stelle, bevorzugt durch einen elektrischen Trenn-Impuls und Erzeugung eines Schließkopfes am zweiten nicht metallischen Fügepartner, umfasst.
- c) melting the wire at a certain point, preferably by an electrical separation pulse and generating a closing head on the second non-metallic joining partner comprises.
Das Entstehen dieses Schließkopfes ist ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung, da damit eine Erhöhung der Kopfzugfestigkeit, also der vertikale Belastungsrichtung zur Bauteiloberfläche, einhergeht.The emergence of this closing head is a further particular advantage of the invention, since it is accompanied by an increase in the head tensile strength, that is to say the direction of vertical load to the component surface.
Das Verfahren zeichnet sich unter anderem durch eine hochpräzise Prozessregelung aus, die eine exakte Einstellung der Pin-Länge ermöglicht.The process is characterized among other things by a high-precision process control, which allows an exact adjustment of the pin length.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass beim Fügen nur eine einseitige Zugängigkeit der Verbindungsstelle gefordert ist. Dies erleichtert den Prozess und den entsprechenden Aufbau.An advantage of the invention is that when joining only a one-sided accessibility of the joint is required. This facilitates the process and the corresponding structure.
Es ist bevorzugt, dass der metallische Fügepartner Materialien umfasst, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Aluminium, Stahl, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen. Es ist auch bevorzugt, dass der metallische Fügepartner aus diesen genannten Materialien besteht.It is preferred that the metallic joining partner comprises materials selected from the group comprising aluminum, steel, magnesium, copper or their alloys. It is also preferred that the metallic joining partner consists of these mentioned materials.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der nicht metallische Fügepartner Materialien ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kunststoff, faserverstärkter Kunststoff, Papier, Leder und/oder Textilien. Es ist auch bevorzugt, dass der nicht metallische Fügepartner aus den genannten Materialien besteht.In a particularly preferred embodiment, the non-metallic joining partner comprises materials selected from the group comprising plastic, fiber-reinforced plastic, paper, leather and / or textiles. It is also preferred that the non-metallic joining partner consists of the materials mentioned.
Jede der möglichen Kombinationen aus metallischen und nicht metallischen Fügpartnern kann für eine bestimmte Anwendung vorteilhaft sein.Any of the possible combinations of metallic and non-metallic joining partners may be advantageous for a particular application.
Es ist dabei bevorzugt, dass die beiden Fügepartner (mindestens ein metallischer und ein nicht metallischer Fügepartner) zugeschnitten und aufeinander angepasst werden. Es ist außerdem bevorzugt, dass der nicht metallische Fügepartner gespannt wird. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft für das Fügeverfahren sein, wobei ein Fachmann auf dem relevanten Gebiet des Standes der Technik weiß, wann mit gespannten Fügepartnern gearbeitet werden sollte.It is preferred that the two joining partners (at least one metallic and one non-metallic joining partner) are cut to size and adapted to each other. It is also preferred that the non-metallic joining partner is tensioned. This embodiment may be advantageous for the joining process, with a person skilled in the relevant field of the prior art knows when to work with tense joining partners.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Metalloberfläche des metallischen Fügepartners für das Schweißen aktiviert wird. Dabei werden bevorzugt Zunderschichten und/oder Oxidschichten und/oder Verunreinigungen entfernt. Danach wird der nicht metallische Fügepartner aufgelegt und gegebenenfalls gespannt.It is further preferred that the metal surface of the metallic joining partner is activated for welding. In this case, scale layers and / or oxide layers and / or impurities are preferably removed. Thereafter, the non-metallic joining partner is placed and possibly tensioned.
Je nach Wahl des nicht metallischen Fügepartners kann es sinnvoll oder notwendig sein, den Draht vor dem Durchstoßen zu erwärmen. Hierzu kann zum Beispiel mit einem Zusatzgerät der in einem CMT-Schweißgerät befindliche Draht am Drahtende in der Nähe der Fügestelle auf eine bevorzugte Vorwärmtemperatur erhitzt werden.Depending on the choice of non-metallic joining partner, it may be useful or necessary to heat the wire before piercing. For this purpose, for example, with an additional device of the wire located in a CMT welding machine can be heated at the wire end in the vicinity of the joint to a preferred preheating temperature.
Auch bevorzugt ist, dass nicht der Draht auf eine gewünschte Vorwärmtemperatur erhitzt wird, sondern der nicht metallische Fügepartner selbst erwärmt wird. Welche Ausführungsform für die jeweilige Anwendung am geeignetsten ist, weiß ein Fachmann auf dem relevanten Gebiet des Standes der Technik, ohne dabei selbst erfinderisch tätig zu werden.It is also preferred that the wire is not heated to a desired preheating temperature, but the non-metallic joining partner itself is heated. Which embodiment is most suitable for the particular application is known to a person skilled in the relevant field of the prior art without being inventive himself.
Wenn als nicht metallischer Fügepartner zum Beispiel textile Materialien verwendet werden, kann gegebenenfalls auf ein Erhitzen des Drahtes oder des nicht metallischen Fügepartners verzichtet werden.If, for example, textile materials are used as the non-metallic joining partner, it may be possible to dispense with heating the wire or the non-metallic joining partner.
Im Anschluss wird bevorzugt mit dem Drahtvorschub des CMT-Gerätes der Draht durch den nicht metallischen Fügepartner gestoßen. Sofort nach Erreichen der Metalloberfläche wird der CMT-Pin-Prozess gestartet und das Drahtende am Metall festgeschweißt.Subsequently, the wire is preferably pushed with the wire feed of the CMT device through the non-metallic joining partner. Immediately after reaching the metal surface, the CMT pin process is started and the wire end is welded to the metal.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Draht anschließend bevorzugt beim Durchlaufen eines elektrischen Trenn-Impulses an einer bestimmten Stelle aufgeschmolzen wird. Es formt sich ein Schmelztropfen zu einem Kopf direkt am nicht metallischen Fügepartner aus. Es entsteht ein Pin mit Kopf, ähnlich einem Nagel, der den metallischen und den nicht metallischen Fügepartner sicher und fest miteinander verbindet.It is further preferred that the wire is then preferably melted when passing through an electrical separation pulse at a certain point. It forms a melting droplet to a head directly on the non-metallic joining partner. The result is a pin with a head, similar to a nail that securely and firmly connects the metallic and non-metallic joining partners.
Der Draht wird also bevorzugt nach dem Anschweißen in einer zweiten Stufe bevorzugt mittels Schweißstrom getrennt. Bei der genauen Parametersteuerung kann ein Tropfen am Pinende erzeugt und dadurch die Verbindung in vertikaler Richtung zu deutlich erhöhter Verbindungsfestigkeit optimiert werden.The wire is thus preferably preferably separated after welding in a second stage by means of welding current. In the case of precise parameter control, a drop can be generated at the pin end, thereby optimizing the connection in the vertical direction to significantly increased connection strength.
Außerdem ist bevorzugt, dass das Fügeverfahren der Erfindung mehrmals wiederholt wird, sodass mehrere Pins die Fügepartner mit einander verbinden. Dadurch wird eine besonders Verbindungsfestigkeit erzielt. Ein Fachmann auf dem relevanten Gebiets des Standes der Technik weiß wie viele Pins je nach Material der Fügepartner, Anwendungsgebiet und Größe der Fügepartner zu setzen sind um ein optimales Ergebnis zu erzielen, ohne selbst erfinderisch tätig zu werden. In addition, it is preferred that the joining method of the invention is repeated several times, so that several pins connect the joining partners with each other. As a result, a particular connection strength is achieved. A person skilled in the relevant field of the prior art knows how many pins are to be set depending on the material of the joining partner, the area of application and the size of the joining partners in order to achieve an optimal result, without being inventive themselves.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Länge der Pins dem gradierten Wandstärkenverlauf der nicht metallischen Fügepartner automatisch angepasst.In a further preferred embodiment, the length of the pins is automatically adapted to the graded wall thickness profile of the non-metallic joining partners.
Der Wandstärkenverlauf kann bevorzugt über zwei Wege erfasst beziehungsweise vorgegeben sein. Zum einen kann dies durch die konstruktiven Vorgaben laut Fügeplan erfolgen oder durch Sensoren. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Art von Sensoren eingeschränkt. Es sind beispielsweise Sensoren, die Strom-Spannungssignale auswerten möglich, aber auch optische Sensoren oder taktile Sensoren. Ein Fachmann ist in der Lage je nach Anwendung geeignete Sensoren auszuwählen, ohne dabei selbst erfinderisch tätig zu werden.The wall thickness profile can preferably be detected or predetermined via two paths. On the one hand, this can be done by the structural specifications according to joining plan or by sensors. The invention is not limited to any particular type of sensors. For example, sensors that evaluate current-voltage signals are possible, but also optical sensors or tactile sensors. A person skilled in the art is able to select suitable sensors, depending on the application, without being inventive himself.
Es ist außerdem bevorzugt, dass mit dem Fügeverfahren der Erfindung dreischnittige oder mehrschnittige Verbindungen umgesetzt werden. Es war besonders überraschend, dass das Verfahren der Erfindung auch bei dieser Ausführungsform zufriedenstellende Ergebnisse und besonders hohe Verbindungsfestigkeiten liefern konnte.It is also preferred that three-pieced or multi-sectioned compounds be reacted with the joining method of the invention. It was particularly surprising that the method of the invention could also provide satisfactory results and particularly high bond strengths in this embodiment.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Fügezone nicht eben. Bevorzugt handelt es sich bei einem der Fügepartner um einen strukturierten Fügepartner. In dieser Ausführungsform können zum Beispiel strukturierte Bleche als metallische Fügepartner eingesetzt werden. Es können aber auch strukturierte Kunststofffügepartner verwendet werden. Es ist bevorzugt, dass der strukturierte Fügepartner Versteifungselemente insbesondere wabenförmiger (hexagonaler) Grundgeometrie, umfasst von Stegen, aufweist. Es war völlig überraschend, dass auch bei unebenen Fügezonen die gleichen hohen Verbindungsfestigkeiten erzielt werden konnten.In a further preferred embodiment, the joining zone is not flat. One of the joining partners is preferably a structured joining partner. In this embodiment, for example, structured sheets can be used as metallic joining partners. However, it is also possible to use structured plastic joint partners. It is preferred that the structured joining partner comprises stiffening elements, in particular honeycomb (hexagonal) basic geometry, comprising webs. It was completely surprising that the same high bond strengths could be achieved even with uneven joining zones.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Fügeverfahrens werden die Verstärkungsfasern des nicht metallischen Fügepartners beim Setzen der Pins belastungsgerecht umorientiert. Bevorzugt wird dabei durch die Erwärmung der Drahtspitze der nicht metallische Fügepartner, bevorzugt der Kunststoff, um die Fasern erweicht und bietet ein zur-Seite-schieben der Faser an, sodass diese der Drahtspitze ausweicht und erhalten bleibt. Die Temperatur der Drahtspitze zerstört die Faser dabei nicht.In a further preferred embodiment of the joining method, the reinforcing fibers of the non-metallic joining partner are re-oriented to the load when setting the pins. By heating the wire tip, the non-metallic joining partner, preferably the plastic, is softened around the fibers and offers a push-to-side movement of the fiber so that the wire tip escapes and remains intact. The temperature of the wire tip does not destroy the fiber.
Durch die neuartige Verwendung des CMT-Pin-Prozess wird eine hohe Freiheit bei der Gestaltung von Fügeverbindungen erzielt. Die Dichte der Pins, die Pinlänge und die Ausprägung des Kopfes können je nach Anwendungsgebiet variiert werden. Der Kopf wird dabei bevorzugt durch die Prozessparameter variiert. Insbesondere Stromstärke, Spannung, Stromflusszeiten, Vorschubgeschwindigkeiten und Zeiten und die Heizwärme für den Draht können variiert werden, um Einfluss auf die Ausprägung des Kopfes zu nehmen. Die so erhaltene Flexibilität ist besonders vorteilhaft gegenüber Verfahren aus dem Stand der Technik und ermöglicht den Einsatz des neuen Verfahrens in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen.The novel use of the CMT pin process results in a high degree of freedom in the design of joint connections. The density of the pins, the pin length and the shape of the head can be varied depending on the field of application. The head is preferably varied by the process parameters. In particular, current, voltage, current flow times, feed rates and times, and the heating heat for the wire can be varied to affect the character of the head. The flexibility thus obtained is particularly advantageous over prior art methods and allows the use of the new method in a variety of different applications.
Durch die Wahl des Pin-Werkstoffes oder der Pin-Anzahl je Quadratzentimeter kann eine beanspruchungsgerechte Gestaltungsmöglichkeit der Fügezone umgesetzt werden. Die optimale Anzahl der Pins richtet sich nach den zu übertragenden Kräften, wobei in einigen Fällen auch Fixierungen mit sehr geringen Kräften genügen.By choosing the pin material or the number of pins per square centimeter, a stress-oriented design possibility of the joining zone can be implemented. The optimum number of pins depends on the forces to be transmitted, and in some cases also fixations with very small forces are sufficient.
Als Pin-Werkstoffe kommen insbesondere gewöhnliche Zusatzwerkstoffe in Frage, die bevorzugt nach der Art des metallischen Fügepartners ausgewählt werden. Der Pin-Werkstoff wird dabei an Hand des Grundwerkstoffs, der Fügeaufgabe, Fügepartnerwerkstoff und sekundären Verbindungseigenschaften (beispielsweise stromleitende Aufgaben) ausgewählt. Ein Fachmann weiß, welche Werkstoffe am besten für das jeweilige Material geeignet sind, ohne bei der Auswahl selbst erfinderisch tätig zu werden.As pin materials in particular ordinary filler materials are in question, which are preferably selected according to the type of metallic joining partner. The pin material is selected on the basis of the base material, the joining task, joining partner material and secondary connection properties (for example, current-conducting tasks). A person skilled in the art knows which materials are best suited to the respective material without being inventive in the selection itself.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden mit dem angeschweißten Draht Schlaufen um das Gewebe/Gelege gelegt und anschließend erneut festgeschweißt. Bei dieser Ausführungsform wird der Draht nach dem ersten Festschweißen in Form einer Öse gebracht und an einer weiteren Stelle festgeschweißt. Im Anschluss wird ein Trennimpuls gesetzt.In a further preferred embodiment, loops are placed around the fabric / scrim with the welded wire and then re-welded. In this embodiment, the wire is brought in the form of an eyelet after the first hard welding and welded at another location. Afterwards a separation pulse is set.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Wandstärke des nicht metallischen Fügepartners entlang der Fügezone nicht konstant sein muss, um zu optimalen Ergebnissen zu führen. Die Erfassung dieses Wandstärkenverlaufes kann in dem neuartigen Fügeverfahren der Erfindung integriert werden und beim Setzen der Pins entsprechend berücksichtigt werden.A further advantage of the invention is that the wall thickness of the non-metallic joining partner does not have to be constant along the joining zone in order to lead to optimum results. The detection of this wall thickness curve can be integrated in the novel joining method of the invention and taken into account when setting the pins accordingly.
Durch das Verfahren kommt es zu keiner mechanischen oder thermischen Zerstörung der Fasern. Dadurch wird der Erhalt der Fasern zum Bespiel eines faserverstärkten Kunststoffverbunds als nicht metallischer Fügepartner erzielt.By the method, there is no mechanical or thermal destruction of the fibers. As a result, the preservation of the fibers is achieved for the example of a fiber-reinforced plastic composite as a non-metallic joining partner.
Durch die reduzierte thermische Beanspruchung kommt es außerdem zu keinem Verzug, Aufschmelzen und/oder Verformen der Fügezone, was letztlich in einer erhöhten Verbindungsfestigkeit resultiert und zu einem erheblich verbesserten optischen Gesamteindruck führt. Due to the reduced thermal stress, there is also no distortion, melting and / or deformation of the joining zone, which ultimately results in an increased bond strength and leads to a significantly improved overall appearance.
Die Erfindung zeichnet sich außerdem dadurch aus, dass keine beziehungsweise nur geringfügige Nacharbeit notwendig ist. Die Verbindung muss nicht zusätzlich verklebt werden – wie es im Stand der Technik häufig der Fall ist –, um eine dauerhafte Stabilität zu gewährleisten. Das Verfahren liefert daher direkt ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte ein Mischverbund, der sich durch eine hohe Verbindungsfestigkeit aber auch optisch einwandfreie Ergebnisse auszeichnet. Im Stand der Technik kann es außerdem vorkommen, dass durch lokales Erhitzen und Andrücken die geometrischen Maße des nicht metallischen Fügepartners verändert werden, sodass ein Breitdrücken des erwärmten Bauteils erfolgt. Diese Verformung muss im Anschluss beschnitten werden, wenn es an weitere Bauteile oder Baugruppen angrenzt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren entfällt dieser Schritt der Nachbearbeitung.The invention is also distinguished by the fact that no or only minor rework is necessary. The connection need not be additionally glued - as is often the case in the prior art - to ensure lasting stability. Therefore, the method provides a mixing compound directly without additional processing steps, which is characterized by a high bond strength but also visually perfect results. In the prior art, it may also happen that the geometric dimensions of the non-metallic joining partner are changed by local heating and pressing, so that a swaging of the heated component takes place. This deformation must then be trimmed when adjacent to other components or assemblies. The inventive method eliminates this step of post-processing.
Außerdem kommt es durch die Verfahren im Stand der Technik häufig zu optisch ungenügenden Ergebnissen, sodass eine weitere Nachbehandlung der Oberflächen notwendig ist. Dies erfolgt zum Beispiel durch Beschichten, Glätten oder Verkleiden. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert auch solche Nachbehandlungen nicht, da der optische Eindruck der Mischverbindung einwandfrei ist und keine Verbesserungen notwendig sind.In addition, the methods in the prior art often lead to optically inadequate results, so that a further aftertreatment of the surfaces is necessary. This is done, for example, by coating, smoothing or dressing. The process of the invention does not require such post-treatments either, since the visual impression of the mixed compound is flawless and no improvements are necessary.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik ist, dass häufig umfangreiche Vorarbeiten notwendig sind. Z.B. müssen die Fügepartner vor einem Verkleben gereinigt und zusätzlich mit Primern oder Haftvermittlern behandelt werden. Dies kann durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden.Another disadvantage of the known methods of the prior art is that often extensive preparatory work is necessary. For example, the joining partners must be cleaned before gluing and additionally treated with primers or adhesion promoters. This can be avoided by the method according to the invention.
Es ist jedoch möglich, die Nachbehandlungen oder Vorbereitungen aus dem Stand der Technik mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kombinieren, falls dies erwünscht ist.However, it is possible to combine the aftertreatments or preparations of the prior art with the method according to the invention, if desired.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass keine aufwendigen Fügevorrichtungen und somit keine Neuentwicklung einer Anlage notwendig sind, um das Verfahren durchzuführen. Die geringen Investitionskosten für die Anlage sind ein entscheidender Vorteil der Erfindung. Die Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich außerdem durch geringe Betriebskosten aus, was für viele Branchen von besonderer Bedeutung ist und eine enorme Reduzierung der Gesamtkosten mit sich bringt. Die Einweisung des Personals zum Betrieb der Anlage ist ohne langwierige Schulungen möglich und auch der Wartungsaufwand ist gering.A significant advantage of the invention is that no complex joining devices and thus no new development of a system are necessary to carry out the process. The low investment costs for the system are a decisive advantage of the invention. The plant for carrying out the method according to the invention is also characterized by low operating costs, which is of particular importance for many industries and brings with it an enormous reduction of the overall costs. The instruction of the staff to operate the system is possible without lengthy training and also the maintenance costs are low.
Ein weiterer Vorteil ist, dass eine automatisierte Verarbeitung möglich wird. Die variable Nutzung der Anlagen, zum Beispiel für konventionelle Schweißprozesse beziehungsweise zur Weiterverarbeitung von Bauteilen ist ein weiterer Vorteil der Erfindung.Another advantage is that automated processing becomes possible. The variable use of the systems, for example for conventional welding processes or for the further processing of components is a further advantage of the invention.
Die Erfindung ermöglicht außerdem eine erhöhte Anlagenflexibilität, da unterschiedliche Bauteildicken direkt durch Wahl der Parameter realisiert werden können und ein schnelles Umstellen der Anlagen vorgenommen werden kann. Diese Flexibilität ist ein entscheidender Vorteil der so im Stand der Technik nicht zu finden ist.The invention also allows increased plant flexibility, since different component thicknesses can be realized directly by selecting the parameters and a rapid changeover of the equipment can be made. This flexibility is a decisive advantage which can not be found in the prior art.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Mischverbindung umfassend mindestens einen nicht metallischen Fügepartner und mindestens einen metallischen Fügepartner, wobei die Fügepartner über CMT-Pins aneinander gefügt vorliegen. Die zuvor genannten bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens sind auch bevorzugte Ausführungsformen der Mischverbindung.In another preferred embodiment, the invention relates to a mixed compound comprising at least one non-metallic joining partner and at least one metallic joining partner, wherein the joining partners are joined to one another via CMT pins. The aforementioned preferred embodiments of the method are also preferred embodiments of the mixed compound.
Es ist bevorzugt, dass die Mischverbindung hergestellt ist mit einem zuvor beschriebenen Fügeverfahren. Die so hergestellt Mischverbindung zeichnet sich durch die zuvor genannten Vorteile aus.It is preferable that the mixed compound is produced by a previously described joining method. The mixing compound thus produced is characterized by the advantages mentioned above.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Mischverbindungen mediendichte Eigenschaften aufweist.It is further preferred that the mixed compounds have media-dense properties.
Durch das Verfahren und die Mischverbindung der Erfindung wird eine Vielzahl von Vorteilen verwirklicht. Ein entscheidender Vorteil sind die kurzen Prozesszeiten von nur wenigen Sekunden. Für viele Branchen ist dieser Vorteil von besonderer Bedeutung, da somit die Kosten enorm gesenkt werden können und die Produktion gesteigert wird.By the method and the mixing compound of the invention, a plurality of advantages are realized. A decisive advantage is the short process times of just a few seconds. For many sectors, this advantage is of particular importance, as it can greatly reduce costs and increase production.
Bevorzugt findet das neuartige Fügeverfahren und/oder die Mischverbindung Anwendung in der Automobilindustrie, im Schienenfahrzeugbau, aber auch in der Luft- und Raumfahrttechnik. Darüber hinaus sind in allen Bereichen des Leichtbaus Anwendungen von Mischbauweisen möglich, so dass auch hier das neuartige Fügeverfahren vorteilhaft zum Einsatz kommen kann. Insbesondere in Bereichen der Elektromobilität sind zur Erhöhung der Reichweite Michbauweisen zur deutlichen Senkung des Fahrzeuggewichts und damit des Energiebedarfs notwendig.Preferably, the novel joining method and / or the mixed compound is used in the automotive industry, in rail vehicle construction, but also in aerospace engineering. In addition, applications of mixed construction methods are possible in all areas of lightweight construction, so that here too the novel joining method can be advantageously used. In particular in areas of electromobility, to increase the range Michbauweisen to significantly reduce the vehicle weight and thus the energy consumption is necessary.
Figuren und Beispiele Figures and examples
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to figures and examples, without being limited thereto.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- metallischer Fügepartner metallic joining partner
- 1111
- nicht metallischer Fügepartner non-metallic joining partner
- 1212
- CMT-Pin-Verbindung CMT-pin connection
- 1313
- Schließkopf closing head
- 1414
- Schlaufe loop
- 1515
- Draht wire
- 1616
- angeschweißtes Drahtende welded wire end
- 1717
- Heizelement heating element
- 1818
- Brenner des CMT-PIN-Schweißgeräts Burner of the CMT-PIN welding machine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013211580 [0004] DE 102013211580 [0004]
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/DE2016/100363 WO2017036444A1 (en) | 2015-08-31 | 2016-08-15 | New joining technology for mixed joints |
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
DE102015114511.1 | 2015-08-31 | ||
DE102015114511 | 2015-08-31 |
Publications (1)
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