DE102015205454A1 - Verfahren zum Reibquetschschweißen zweier flacher, blechartiger Bauteile - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reibquetschschweißen zweier flacher, blechartiger Bauteile 2, 3, bei welchem mittels zumindest eines rotierenden Reibquetschwerkzeugs 1 unter Aufbringung einer Anpresskraft 15 eine Erwärmung und ein Fügen der Bauteile 2, 3 erfolgt, wobei in Arbeitsrichtung vor dem rotierenden Reibquetschwerkzeug 1 im Kontaktbereich der Bauteile 2, 3 zumindest ein Vorreibelement 4 angeordnet ist, welches eine Relativbewegung zu den zu fügenden Flächen der Bauteile 2, 3 ausführt.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reibquetschschweißen zweier flacher, blechartiger Bauteile als auch zum An- und Aufschweißen von draht- oder bandförmigen Bauteilen auf blechartige Werkstücke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Im Einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reibquetschschweißen zweier flacher, blechartiger als auch draht- oder bandförmiger Bauteile, bei welchem mittels zumindest eines rotierenden Reibquetschwerkzeugs unter Aufbringung einer Anpresskraft eine Erwärmung und ein Fügen der Bauteile erfolgt.
- Ein Verfahren der oben genannten Art ist beispielsweise aus der
WO 2013/087176 A1 - Beim Reibquetschschweißen zweier Bauteile, beispielsweise für Überlappverbindungen oder zum Auftragsschweißen werden die Materialien der zu fügenden Bauteile durch das Reibquetschwerkzeug auf Plastifizierungstemperatur erwärmt. Das durch die Reibwärme plastifizierte Material der beiden Bauteile wird dabei mittels des Reibquetschwerkzeugs zusammengepresst, so dass sich eine stabile Fügeverbindung einstellt. Dabei können sich jedoch Probleme ergeben, wenn die Oberflächen der Werkstücke verschmutzt oder oxidiert sind. Derartige Oberflächenschichten oder Oxidschichten führen dazu, dass die plastifizierten Materialien nicht ausreichend miteinander in Kontakt gebracht werden können. Die Folge ist eine unzureichende Fügeverbindung. Dabei kann es sich als besonders ungünstig erweisen, wenn bei Verwendung nur eines Reibquetschwerkzeugs das zweite Bauteil nicht ausreichend erwärmt wird. Grund hierfür kann ebenfalls eine Oxidschicht oder eine Oberflächenschicht sein, die wärmeisolierend wirkt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fügen von im Wesentlichen flachen oder blechartigen als auch draht- oder bandförmigen Werkstücken zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Anwendbarkeit ein sicheres Fügen der Werkstücke auch bei vorhandenen Oberflächenschichten oder Oxidschichten ermöglicht.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
- Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass in Arbeitsrichtung vor dem rotierenden Quetschwerkzeug im Kontaktbereich der Bauteile zumindest ein Vorreibelement angeordnet ist, welches eine Relativbewegung zu den zu fügenden Flächen der Bauteile ausführt.
- Das erfindungsgemäße Vorreibelement kontaktiert somit die zu fügenden Flächen der beiden Bauteile. Hierbei erfolgt zum einen eine Erwärmung dieser Oberflächen, zum anderen erfolgt eine mechanische Bearbeitung, die Oberflächenschichten oder Oxidschichten entfernt oder aufbricht, so dass diese für die nachfolgende Bearbeitung durch das Reibquetschwerkzeug und den damit verbundenen Fügevorgang vorbereitet ist.
- Abhängig von einem bevorzugterweise auf das Vorreibelement bzw. den Kontaktbereich zwischen dem Vorreibelement und den Bauteilen aufzubringenden Anpressdruck erfolgt durch das Vorreibelement nicht nur eine Säuberung der Oberflächen von Oxiden und anderen Schichten, sondern auch eine Erwärmung durch die auftretende Reibung, so dass der nachfolgende Fügevorgang mittels des Reibquetschwerkzeugs effizienter durchgeführt werden kann. Durch geeignete Aufbringung des Anpressdrucks und durch geeignete Auswahl der Relativbewegung kann die Vorerwärmung und Vorplastifizierung durch die erzeugte Reibwärme gezielt gesteuert werden.
- Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, das Vorreibelement zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen den zu kontaktierenden und zu fügenden Bereichen oder Flächen der Bauteile in Rotation zu versetzen oder das Vorreibelement in einer Longitudinalbewegung zu bewegen. Die Longitudinalbewegung kann reversierend oder schwingend ausgebildet sein, es ist auch möglich, ein endloses Vorreibelement zwischen den Bauteilen zu bewegen. Entscheidend ist in jedem Falle die Erzeugung einer ausreichenden Reibkraft, und, damit verbunden, eine Vorerwärmung der zu fügenden Bereiche, wobei sich Oberflächenschichten, Oxidschichten oder Ähnliches entfernen lassen.
- Erfindungsgemäß können die Bauteile einander an den Randbereichen überlappend angeordnet sein, wobei das Vorreibelement im Überlappungsbereich zwischen den Bauteilen wirksam ist. Die Bauteile können an den zu fügenden Randbereichen oder auch mit einer Fase versehen werden, wobei das Vorreibelement mit den angefasten Bereichen in Kontakt gebracht wird. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die zu fügenden Randbereiche umzubördeln, beispielsweise um 90° umzubiegen, wobei das Vorreibelement mit den umgebördelten Bereichen in Kontakt gebracht wird.
- In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, in den Fügebereich der Bauteile ein drahtförmiges oder stabförmiges Zusatzmaterial einzubringen. In beiden Fällen handelt es sich um ein längliches, rundes oder profiliertes Material, welches ebenfalls mit dem zumindest einen Vorreibelement in Kontakt gebracht wird.
- Im Rahmen der Erfindung versteht der Fachmann unter dem Begriff „flaches, blechartiges Bauteil” ein dreidimensionales Bauteil, welches in einer dritten Dimension eine wesentlich geringere Ausdehnung hat, als in den beiden anderen Dimensionen. Der Fachmann weiß, was er unter dem Begriff „Blech” zu verstehen hat. Ein blechartiges Bauteil kann plattenförmig, streifenförmig oder in ähnlicher Weise ausgebildet sein, es wird bevorzugterweise aus einer Blechtafel als Vormaterial gefertigt. Somit ist der Begriff des flachen, blechartigen Bauteils im Sinne der Erfindung definiert und für den Fachmann nicht unklar. Das Gleiche gilt für ein draht- oder bandförmiges Werkstück.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
-
1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem scheibenförmigen Reibquetsch- und Vorreibwerkwerkzeug und überlappenden Randbereichen der zu fügenden Bauteile, -
2 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß1 , -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung eines zweiten Reibquetschwerkzeugs, -
4 eine Seitenansicht, analog2 , des Ausführungsbeispiels der3 , -
5 eine perspektivische vereinfachte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels unter Verwendung eines oszillierenden Vorreibelements, -
6 eine vereinfachte Seitenansicht-Anordnung der5 , -
7 eine perspektivische Darstellung, analog5 , unter Verwendung eines zweiten Reibquetschwerkzeugs, -
8 eine Seitenansicht, analog6 , des Ausführungsbeispiels der7 , -
9 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einem einseitig gelagerten oszillierenden Vorreibelement, -
10 eine vereinfachte Draufsicht auf die Anordnung gemäß9 , -
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung, analog9 , mit einem weiteren Reibquetschwerkzeug, -
12 eine vereinfachte Seitenansicht gemäß11 , -
13 ein weiteres Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht unter Verwendung eines umlaufenden drahtförmigen Vorreibelements, -
14 ,15 vereinfachte Draufsicht und Seitenansicht der Darstellung der13 , -
16 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels mit angefasten Verbindungsbereichen der zu fügenden Bauteile, -
17 ,18 eine Draufsicht und eine stirnseitige Ansicht der Darstellung gemäß16 , -
19 ein weiteres Ausführungsbeispiel, analog16 , unter Verwendung eines weiteren zusätzlichen Reibquetschwerkzeugs, -
20 eine stirnseitige Ansicht, analog18 , der Anordnung der19 , -
21 eine perspektivische Darstellung des Fügeaufbaues unter Verwendung eines in den Fügebereich einzubringenden Zusatzmaterials, -
22 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß21 , -
23 ein weiteres Ausführungsbeispiel, analog21 , unter Verwendung eines weiteren Reibquetschwerkzeugs, -
24 eine stirnseitige Ansicht der Anordnung der23 , -
25 ein weiteres Ausführungsbeispiel, in schematischer Seitenansicht, bei der Verwendung von gebördelten Bauteilen, -
26 ,27 eine Draufsicht und eine stirnseitige Ansicht der Darstellung der25 , -
28 ein weiteres Ausführungsbeispiel, analog den25 bis27 , unter Verwendung eines oszillierenden Vorreibelements, -
29 eine stirnseitige Ansicht der Darstellung der28 , -
30 eine Seitenansicht der Darstellung der28 , -
31 eine perspektivische Anordnung eines stabförmigen Vorreibelements bei überlappenden Randbereichen der Bauteile, -
32 ,33 eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß31 , -
34 eine perspektivische Darstellung, ähnlich31 , unter Verwendung eines bürstenartigen Vorreibelements, und -
35 eine stirnseitige Ansicht der Anordnung der34 . - Bei der Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
- Die
1 und2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem auf einem Arbeitstisch5 einander an den Randbereichen überlappende flache, blechartige Bauteile2 ,3 angeordnet sind. Oberhalb der Bauteile2 ,3 ist ein scheibenförmiges Reibquetschwerkzeug1 angeordnet, welches um eine Welle9 rotiert und mittels einer Anpresskraft15 auf die Bauteile2 ,3 aufgepresst wird. Hierdurch erfolgt durch die eingebrachte Reibwärme eine Plastifizierung der zu fügenden Bereiche der Bauteile2 ,3 und die Ausbildung einer Fügenaht11 . Der Reibquetschfügevorgang ist per se vorbekannt, es wird deshalb vollinhaltlich auf dieWO 2013/087176 A1 - Die
1 zeigt weiterhin, dass vor dem Reibquetschwerkzeug1 ein scheibenförmiges Vorreibelement4 angeordnet ist, welches zwischen den überlappenden Bereichen der Bauteile2 ,3 positioniert ist. Das scheibenförmige Vorreibelement4 rotiert um eine Welle12 und wird mit einer Anpresskraft16 (2 ), die gegen das oben liegende Bauteil2 wirkt, zwischen den beiden Bauteilen2 ,3 gepresst, so dass die beiden Oberflächen des scheibenförmigen Vorreibelements4 in Kontakt mit den zu fügenden Oberflächen der Bauteile2 ,3 kommen und dort Oberflächenschichten erwärmen und beseitigen. - Die
3 und4 zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei welchem im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der1 und2 zusätzlich ein weiteres unteres Reibquetschwerkzeug17 für den Fügevorgang verwendet wird, welches um eine Welle18 rotiert. - Die
5 und6 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Vorreibelement4 stangenförmig oder streifenförmig ausgebildet ist und mittels seitlicher Oszillatoren6 in eine reversierende oder schwingende Bewegung versetzt wird. Auch hierbei erfolgt, wie bei dem Ausführungsbeispiel der1 und2 und bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen in analoger Weise eine Aufbringung einer Anpresskraft16 , um einen Reibkontakt zwischen dem Vorreibelement4 und den zu fügenden Oberflächen der Bauteile2 und3 sicherzustellen. - Die
7 und8 zeigen ein Ausführungsbeispiel in Abänderung des Ausführungsbeispiels der5 und6 , wobei ein zusätzliches unteres Reibquetschwerkzeug17 zur Anwendung kommt. - Die
9 und10 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem, in Abänderung des Ausführungsbeispiels der5 und6 , das streifenförmige oder stabförmige Vorreibelement4 nur einseitig mittels eines Oszillators6 gelagert und in Relativbewegung zu den Oberflächen der Bauteile2 ,3 gebracht wird. - Das Ausführungsbeispiel der
11 und12 verwendet, analog dem Ausführungsbeispiel der7 und8 , in Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der9 und10 ein zusätzliches unteres Reibquetschwerkzeug17 , welches um eine Welle18 rotiert. - Die
13 bis15 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Vorreibelement4 in Form eines Ringes, beispielsweise aus Draht, einem Band oder aus einem Seil ausgebildet ist, wobei das ringförmige Vorreibelement4 mittels Führungsrollen10 umgelenkt und geführt wird. Auch hierbei wird eine Anpresskraft, analog2 , aufgebracht. - Die
16 bis18 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die zu fügenden Randbereiche der Bauteile2 ,3 angefast sind. Das scheibenförmig ausgebildete Vorreibelement4 ist, analog zu dem Winkel der Fase, schräggestellt, so dass es die beiden zu fügenden Flächen der Bauteile2 ,3 kontaktiert. Dies ist insbesondere aus der Darstellung der18 ersichtlich. - Bei dem Ausführungsbeispiel der
19 und20 ist ein zusätzliches Reibquetschwerkzeug17 an der Unterseite der Anordnung der Bauteile2 ,3 vorgesehen. - Die
21 und22 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ein drahtförmiger oder stangenförmiger Zusatzwerkstoff7 zugeführt wird. Die beiden Kanten der Bauteile2 ,3 sind entsprechend angefast, so dass der Zusatzwerkstoff7 , welcher einen V-förmigen oder dreieckigen Querschnitt aufweist, passend einlegbar ist. Entsprechend sind die scheibenförmigen Vorreibelemente4 schräggestellt, um die angefasten Flächen der Bauteile2 ,3 sowie die Seitenflächen des Zusatzwerkstoffs7 zu kontaktieren. - Die
23 und24 zeigen eine Ausgestaltungsvariante des Ausführungsbeispiels der21 und22 , bei welcher ein zusätzliches unteres Reibquetschwerkzeug17 verwendet wird. - In den
25 bis27 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem die Randbereiche der blechartigen Bauteile2 ,3 gebördelt sind. Unter Bördeln versteht der Fachmann im Sinne der Erfindung ein Umbiegen der Randbereiche um ca. 90°, so wie dies in27 dargestellt ist. Entsprechend ist das Reibquetschwerkzeug an seinem Außenumfang nicht zylindrisch, sondern mit einer umlaufenden Hohlkehle versehen, welche die umgebördelten Bereiche quetscht und zusammendrückt. Die umgebördelten Bereiche werden mittels seitlicher Anpressrollen8 , welche drehbar gelagert sind, zusammengedrückt, um eine Anpresskraft analog der Anpresskraft16 (2 ) aufzubringen, damit das scheibenförmige Vorreibelement4 die Oberflächen der umgebördelten Ränder der blechartigen Baubauteile2 ,3 berührt und durch die Reibungswärme erwärmt und die Oberflächen reinigt. - Das Ausführungsbeispiel der
28 bis30 zeigt ebenfalls umgebördelte Ränder der Bauteile2 ,3 , wobei zwischen die umgebördelten Ränder ein stiftförmiges Vorreibelement4 eingebracht ist, welches mittels eines Oszillators6 in Relativbewegung versetzt wird. - Die
31 bis33 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Vorreibelement in Form eines rotierenden Stabes ausgestaltet ist, welcher zwischen die überlappenden Randbereiche der Bauteile2 ,3 eingeführt ist und entsprechend mit einer Anpresskraft16 (analog2 ) zwischen den Bauteilen2 ,3 gepresst wird. - Bei dem Ausführungsbeispiel der
34 und35 ist in Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der31 bis33 das Vorreibelement4 in Form einer Bürste ausgebildet, welche an einer rotierenden Welle12 befestigt ist. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Reibquetschwerkzeug
- 2
- Bauteil
- 3
- Bauteil
- 4
- Vorreibelement
- 5
- Arbeitstisch
- 6
- Oszillator
- 7
- Zusatzwerkstoff
- 8
- Anpressrolle
- 9
- Welle
- 10
- Führungsrolle
- 11
- Fügenaht
- 12
- Welle
- 13
- Reibrolle
- 14
- Nut
- 15
- Anpresskraft
- 16
- Anpresskraft
- 17
- Reibquetschwerkzeug
- 18
- Welle
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2013/087176 A1 [0003, 0047]
Claims (10)
- Verfahren zum Reibquetschschweißen zweier flacher, blechartiger Bauteile (
2 ,3 ), bei welchem mittels zumindest eines rotierenden Reibquetschwerkzeugs (1 ) unter Aufbringung einer Anpresskraft (15 ) eine Erwärmung und ein Fügen der Bauteile (2 ,3 ) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in Arbeitsrichtung vor dem rotierenden Reibquetschwerkzeug (1 ) im Kontaktbereich der Bauteile (2 ,3 ) zumindest ein Vorreibelement (4 ) angeordnet ist, welches eine Relativbewegung zu den zu fügenden Flächen der Bauteile (2 ,3 ) ausführt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu fügenden Flächen der Bauteile (
2 ,3 ) und das Vorreibelement (4 ) mittels einer Anpresskraft (16 ) gegeneinander druckbeaufschlagt sind. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorreibelement (
4 ) zur Erzeugung der Relativbewegung in Rotation versetzt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorreibelement (
4 ) zur Erzeugung einer Relativbewegung in eine Longitudinalbewegung versetzt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (
2 ,3 ) einander an den Randbereichen überlappend angeordnet sind und dass das Vorreibelement (4 ) im Überlappungsbereich der Bauteile (2 ,3 ) wirksam ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (
2 ,3 ) an den zu fügenden Randbereichen mit einer Fase versehen werden und dass das Vorreibelement (4 ) mit den angefasten Bereichen in Kontakt gebracht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (
2 ,3 ) an den zu fügenden Randbereichen umgebördelt werden und dass das Vorreibelement (4 ) mit den umgebördelten Bereichen in Kontakt gebracht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fügebereich der Bauteile (
2 ,3 ) ein drahtförmiges oder stabförmiges Zusatzmaterial (7 ) eingebracht wird, welches in Kontakt mit dem zumindest einen Vorreibelement (4 ) gebracht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vorreibelement (
4 ) eine Erwärmung der zu fügenden Bereiche der Bauteile (2 ,3 ) auf Plastifizierungstemperatur erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vorreibelement (
4 ) eine Bearbeitung der zu fügenden Flächen der Bauteile (2 ,3 ), insbesondere eine Entfernung von Oxidschichten, erfolgt.
Priority Applications (2)
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DE102015205454.3A DE102015205454A1 (de) | 2015-03-25 | 2015-03-25 | Verfahren zum Reibquetschschweißen zweier flacher, blechartiger Bauteile |
PCT/EP2016/052407 WO2016150606A1 (de) | 2015-03-25 | 2016-02-04 | Verfahren zum reibquetschschweissen zweier flacher, blechartiger bauteile |
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DE102015205454.3A DE102015205454A1 (de) | 2015-03-25 | 2015-03-25 | Verfahren zum Reibquetschschweißen zweier flacher, blechartiger Bauteile |
Publications (1)
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DE102015205454A1 true DE102015205454A1 (de) | 2016-09-29 |
Family
ID=55405306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015205454.3A Withdrawn DE102015205454A1 (de) | 2015-03-25 | 2015-03-25 | Verfahren zum Reibquetschschweißen zweier flacher, blechartiger Bauteile |
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WO2013087176A1 (de) | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Hochschule Für Angewandte Wissenschaften - Fachhochschule Kempten | Verfahren zum reibquetschschweissen für überlappverbindungen |
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GB1379513A (en) * | 1970-10-23 | 1975-01-02 | Luc Penelope Jane Vesey | Bonding |
-
2015
- 2015-03-25 DE DE102015205454.3A patent/DE102015205454A1/de not_active Withdrawn
-
2016
- 2016-02-04 WO PCT/EP2016/052407 patent/WO2016150606A1/de active Application Filing
Patent Citations (1)
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WO2013087176A1 (de) | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Hochschule Für Angewandte Wissenschaften - Fachhochschule Kempten | Verfahren zum reibquetschschweissen für überlappverbindungen |
Also Published As
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