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Der Gegenstand betrifft eine Reibschweißhülse, eine Vorrichtung zum Reibschweißen sowie ein Verfahren zum Reibschweißen.
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In der Automobilindustrie werden in jüngster Zeit immer häufiger Flachleitungen (auch als Flachbandleitungen bezeichnet) anstelle von Rundleitungen verwendet. Insbesondere für Batterieleitungen, bevorzugt die B+ Leitung, auf denen hohe Ströme fließen, hat sich die Flachbandleitung als vorteilhaft herausgestellt. Mit Hilfe der Flachbandleitung ist es möglich, aufgrund des Formfaktors auf kleinem Bauraum, insbesondere engen, unzugänglichen Bereichen, große Leitungsquerschnitte zu realisieren, was die Stromtragfähigkeit der Batterieleitungen verbessert. Auch für Elektrofahrzeuge, bei denen Spannungen von mehreren 100 V über die Batterieleitungen abgerufen werden, kommen Flachbandleitungen vermehrt zum Einsatz. Auch hier müssen die Energieleitungen hohe Anforderungen an Stromtragfähigkeit und Leistung erfüllen.
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Für die Kontaktierung von elektrischen Verbrauchern werden jedoch weiterhin Rundleiter verwendet. Dies vor allem aus dem Grund, dass die elektrischen Verbraucher zumeist über flexible Leitungen kontaktiert werden müssen. Beim Einbau der Verbindungsleitungen zwischen starrer Batterieleitung und elektrischem Verbraucher ist es häufig erforderlich, dass die Leitungen in enge Bauräume eingefädelt werden müssen, was mit Hilfe von Rundleitern leichter ist als mit starren Flachbandleitern. Daher ist beim Einsatz von Flachbandleitern als Hauptstrang für die Batterieleitung eine Kontaktierung zwischen Flachbandleiter und Rundleiter unerlässlich. Eine solche Kontaktierung kann beispielsweise über einen Anschlussbolzen erfolgen. An den Anschlussbolzen kann dann eine Rundleitung beispielsweise mittels Reibschweißen elektrisch kontaktiert werden. Abgänge zu elektrischen Verbrauchern können an verschiedenen Stellen entlang des Flachbandleiters angeordnet werden. Der so gebildete Kabelstrang kann in einem KfZ verbaut werden und die elektrischen Verbraucher werden über die Rundleiter mit dem Batteriestrang verbunden.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Anbringung von Anschlussbolzen an Flachbandleiter in vielen Fällen problematisch ist. Solche Verbindungen müssen elektrisch stabil und vor Umwelteinflüssen geschützt sein. Bei der Verwendung von Aluminium als Leitermaterial des Flachbandleiters muss weiterhin sichergestellt sein, dass dieser sich beim Anschluss des Anschlussbolzens nicht verformt. Insbesondere bei der Verschraubung des Anschlussbolzens kann es dazu kommen, dass sich die Schraube in das Aluminium hineindrückt. Aufgrund der relativ hohen Viskosität von Aluminium gegenüber anderen Metallen besteht das Problem darin, dass Anzugsmomente für die Schraubverbindungen der Anschlussbolzen eventuell nicht eingehalten werden können. Außerdem kann es dazu kommen, dass sich die Verschraubungen bei mechanischer Beanspruchung lösen, da sich das Aluminium des Flachbandleiters unter den Verschraubungen verformen kann. Darüber hinaus sind Übergänge zwischen Aluminium und edleren Metallen, wie beispielsweise Kupfer, anfällig gegenüber Kontaktkorrosion. Direkte Verbindungspunkte müssen vor Umwelteinflüssen geschützt werden.
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Aus der
DE 0 758 107 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kabelschuhs aus Aluminium oder einer Aluminiumverbindung bekannt, dessen Anschlussauge mit einer Schutzschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Auge des Kabelschuhs zunächst auf galvanischem Wege mit einer Schicht aus elektrisch gut leitendem Werkstoff überzogen wird und hierauf zum Schutz der empfindlichen dünnen, galvanischen Schicht als weitere stärkere Schutzauflage eine die Bohrung des Auges auskleidende, aus dem gleichen Werkstoffbestehende Öse, deren Flansche die Kontaktflächen des Auges ganz oder teilweise überdecken, in beliebiger Weise aufgebracht wird.
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Aus der
WO 2006/057592 A1 ist ferner ein Verfahren und ein Gerät zum Verbinden eines elektrischen Leiters mit einer Metallstange, z. B. einer Eisenbahnschiene, durch eine geschraubte Verbindung bekannt. Das Dokument bezieht sich auch auf ein Werkzeug zum Befestigen einer Hülse in der Metallstange. Die Hülse bildet einen Teil der geschraubten Verbindung.
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Aus der
DE 10 2006 050 708 A1 ist eines Reibschweißhülse bekannt, die in eine Öffnung eines Flachleiters geschweißt ist.
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Problematisch bei der bekannten Reibschweißhülse ist jedoch das Verschweißen mittels eines Reibschweißbolzens, insbesondere dann, wenn die Reibschweißhülse in Rotation versetzt werden muss und gleichzeitig mit einem Anpressdruck gegen den Flachleiter gepresst werden muss. Dann ist die Drehmomentübertragung von dem Reibschweißwerkzeug auf die Hülse problematisch.
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Daher lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktierung von elektrischen Flachbandleitungen zur Verfügung zu stellen, welche besonders prozesssicher ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Leiter nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 12 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 15 gelöst.
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Gegenständlich wird ein Leiter, insbesondere ein Flachleiter bzw. ein Flachbandleiter mit einer Durchgangsöffnung zur Verfügung gestellt. Die Durchgangsöffnung ist vorzugsweise eine Bohrung. Die Bohrung kann zylindrisch sein oder kegelstumpfförmig. Die Bohrung ist vorzugsweise angepasst an die in die Durchgangsöffnung eingefügte Reibschweißhülse, welche ebenfalls gegenständlich zur Verfügung gestellt wird.
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Insbesondere bei der Verwendung eines gegenständlichen Leiters in automotiven Anwendungen, beispielsweise als elektrischen Energieleiter, beispielsweise als Batterieleiter, beispielsweise als B+ Leiter oder B– Leiter oder als Leiter in einem zumindest doppellagigen Kabel, besteht stets die Herausforderung, elektrische Abgänge an dem Leitern zur Verfügung zu stellen. Gerade in automotiven Anwendungen sind die elektrischen Leiter problematischen Betriebs- und Umweltbedingungen ausgesetzt. Die Umweltbedingungen können höchst unterschiedlich sein, so dass Verbindungsstellen an dem elektrischen Leiter stark schwankenden Temperaturen, Feuchtigkeit, Elektrolyten und dergleichen ausgesetzt sind. Diese Umweltbedingungen, welche insbesondere auch zu thermischen Ausdehnungen führen oder eine Kontaktkorrosion beschleunigen, erfordern eine möglichst sichere Befestigung des Bolzens an dem elektrischen Leiter. Auf der anderen Seite wird ein elektrischer Leiter insbesondere in automotiven Anwendungen dynamisch belastet. Ein elektrischer Abgang, der durch ein Bolzen gebildet ist, muss auch diesen dynamischen Belastungen standhalten und stets sicher und elektrisch gut leitend an dem elektrischen Leiter angeordnet sein.
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Um eine Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter und einem Abgang, beispielsweise einem Bolzen, insbesondere einer Schraube oder dergleichen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass eine stoffschlüssig an oder in der Durchgangsöffnung angeordnete Reibschweißhülse vorgesehen ist. Durch die stoffschlüssige Verbindung der Reibschweißhülse mit dem Flachleiter ist eine sichere Kontaktierung an dem Leiter gewährleistet. Die Hülse bietet eine ausreichende gute Auflagefläche für eine Verbindung mit einem elektrischen Abgang, beispielsweise in Form eines Bolzens.
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Das Anbringen der Reibschweißhülse an der Öffnung ist jedoch prozeßtechnisch anspruchsvoll. Beim Verschweißen muss die Reibschweißhülse sowohl mit einem ausreichend großen Anpressdruck gegen den Flachleiter gepresst werden und gleichzeitig in Rotation versetzt werden. Ein Reibschweißwerkzeug muss dabei während es rotiert und die Reibschweißhülse in Rotation versetzt, die Reibschweißhülse auch noch gleichzeitig gegen den Leiter pressen.
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Es hat sich herausgestellt, dass die elektrische Kontaktierung eines elektrischen Abgangs an der Reibschweißhülse auch dann ausreichend gut ist, wenn der hierfür notwendige Bolzen nicht unmittelbar an dem Innenumfang der Hülse anliegt. Es reicht aus, wenn ein Bolzenkopf stirnseitig an der Hülse anliegt. Dann ist ein ausreichend guter elektrischer Kontakt möglich. Auf der anderen Seite führt dies dazu, dass zwischen der Durchgangsöffnung in der Reibschweißhülse bzw. der inneren Mantelfläche der Durchgangsöffnung in der Reibschweißhülse und der äußeren Form des Bolzens weder Formschluss notwendig ist, noch müssen die Querschnitte komplementär zueinander sein. Vielmehr ist erkannt worden, dass es für den Herstellungsprozess vorteilhaft ist, wenn in der Reibschweißhülse eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist, die als Innenmehrkant gebildet ist. Der Innenumfang der Durchgangsöffnung ist mehrkantig gebildet. Auf der anderen Seite ist der Außenumfang der Reibschweißhülse vorzugsweise im Wesentlichen rund, so dass die Reibschweißhülse in der Durchgangsöffnung des Flachleiters gedreht werden kann. Hierdurch kann die Reibschweißhülse mit dem Flachleiter mittels Drehbewegung verschweißt werden.
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Der Innenumfang der Durchgangsöffnung des Flachleiters ist im Wesentlichen kongruent zu dem Außenumfang der Reibschweißhülse. Dahingegen ist der Innenumfang der Durchgangsöffnung in der Reibschweißhülse mehrkantig gebildet und weder kongruent zu deren Außenumfang noch kongruent noch zu einem in die Durchgangsöffnung der Reibschweißhülse einsteckbaren Bolzen.
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Eine besonders gute Befestigung der Reibschweißhülse an der Durchgangsöffnung des Flachleiters ist dann möglich, wenn die Reibschweißhülse einen radial nach außen weisenden Kragen aufweist. Dieser Kragen kann vorzugsweise dadurch gebildet sein, dass die Reibschweißhülse aus zumindest zwei Abschnitten gebildet ist. Die beiden Abschnitte erstrecken sich in axialer Richtung der Durchgangsöffnung der Reibschweißhülse nebeneinander. Ein erster Abschnitt hat dabei einen ersten Umfang und ein zweiter Abschnitt hat dabei einen zweiten, größeren Außenumfang als der erste Außenumfang. Der zweite Abschnitt kann somit radial nach außen gegenüber dem ersten Abschnitt auskragen. Beim Befestigen der Reibschweißhülse an der Durchgangsöffnung des Leiters wird die Reibschweißhülse vorzugsweise mit dem ersten Abschnitt in die Durchgangsöffnung des Flachleiters eingesteckt. Der zweite Abschnitt führt dazu, dass die Einstecktiefe der Reibschweißhülse in der Durchgangsöffnung des Flachleiters begrenzt ist, da der zweite Abschnitt einen Anschlag bildet.
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Nachdem die Reibschweißhülse in die Durchgangsöffnung des Flachleiters eingesteckt wurde, kann der Reibschweißvorgang beginnen. Beim Reibschweißvorgang wird die Reibschweißhülse vorzugsweise im Bereich der Berührfläche zwischen dem Flachleiter und dem zweiten Abschnitt mittels Reibschweißen verschweißt. Durch einen Anpressdruck auf die Reibschweißhülse wird der zweite Abschnitt gegen die Oberfläche des Flachleiters gepresst. Es ist erkannt worden, dass gerade in diesem Bereich die größte Schweißenergie auftritt und insbesondere dieser Bereich zuerst mittels Reibschweißen verschweißt werden wird.
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Der zweite Abschnitt ist vorzugsweise als Flansch gebildet und dient einerseits als Anlagefläche an den Flachleitern und andererseits als vergrößerte Auflagefläche für einen Anschlussbolzen. Ein Kopf eines Anschlussbolzens oder eine an den Anschlussbolzen verschraubte Mutter oder eine Unterlegscheibe kann an der dem Flachleiter abgewandten Oberfläche des Flansches aufliegen.
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Es hat sich herausgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn der erste und der zweite Abschnitt einstückig gebildet sind. Insbesondere kann die Reibschweißhülse als Stanz oder Drehteil gebildet sein. Durch die Einstückigkeit wird vermieden, dass die Reibschweißhülse bei dem Reibschweißvorgang beschädigt wird, insbesondere dass eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt aufgelöst wird. Andererseits wird erreicht, dass die Reibschweißhülse dauerhaft dynamischen Umweltbedingungen standhält. Die Durchgangsöffnung kann eine zu der Außenfläche des ersten Abschnittes der Reibschweißhülse komplementäre Form haben. Die Reibschweißhülse kann sich dann an der Innenwand der Durchgangsöffnung anschmiegen. Es erfolgt vorzugsweise ein Formschluss zwischen der Durchgangsöffnung und dem ersten Abschnitt. In diesem Fall kommt es beim Reibschweißen auch zum Einbringen von ausreichend Schweißenergie in dem Bereich der Verbindung zwischen dem Außenumfang des ersten Abschnitts und der Innenfläche der Durchgangsöffnung. Dann wird die Reibschweißhülse und der Flachleiter auch in diesem Bereich mittels Reibschweißen verschweißt.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt beim Reibschweißen ein Anpressdruck auf die Reibschweißhülse. Dieser Anpressdruck erfolgt vorzugsweise aus Richtung des zweiten Abschnittes, so dass dieser an den Flachleiter anliegt. Durch das Anliegen des zweiten Abschnittes an der Oberfläche des Flachleiters wird beim Reibschweißen auch ausreichend Schweißenergie in diesen Bereich eingebracht. Es hat sich gezeigt, dass es ausreichend sein kann, den zweiten Abschnitt an der Berührfläche mit dem Flachleiter zu verschweißen. Insbesondere wird eine Schweißnaht im Bereich der Auskragung des zweiten Abschnitts ermöglicht.
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Die Reibschweißhülse hat eine Durchgangsöffnung, die als Innenmehrkant gebildet ist. Insbesondere ist die Durchgangsöffnung in ihrer Form komplementär zu einem Reibschweißwerkzeug, insbesondere einem Reibschweißdorn. Das Reibschweißwerkzeug kann in die Durchgangsöffnung eingeführt werden und schmiegt sich vorzugsweise in einer Spielpassung an die Durchgangsöffnung an. Zum Verschweißen wird über das Reibschweißwerkzeug ein Drehmoment in die Reibschweißhülse eingebracht. Dadurch, dass die Durchgangsöffnung als Innenmehrkant gebildet ist, erfolgt eine Aufnahme des Drehmoments des Reibschweißwerkzeugs in besonders guter Weise.
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In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass unter dem Begriff Innenmehrkant auch eine Vielrundform verstanden werden kann. Insbesondere ist die Durchgangsöffnung als Mitnahmeprofil gebildet, mit Abschnitten mit kleinerem Radius und Abschnitten mit größerem Radius, wobei die Abschnitte abwechselnd aufeinanderfolgen. Eine besonders gute Passform der Reibschweißhülse an der Durchgangsöffnung wird dadurch erreicht, dass sich der Außenumfang des ersten Abschnitts ausgegeben von dem zweiten Abschnitt in axialer Richtung der Durchgangsöffnung verjüngt. Der erste Abschnitt ist dabei vorzugsweise kegelstumpfförmig.
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Die Erstreckung des ersten Abschnitts in axialer Richtung entspricht vorzugsweise der Materialstärke des elektrischen Leiters in Richtung der Durchgangsöffnung. Dann ist sichergestellt, dass der erste Abschnitt vorzugsweise flächenbündig an der Durchgangsöffnung des elektrischen Leiters anliegt.
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Wie zuvor erwähnt, ergibt sich das Problem der Kontaktierung zwischen Flachleitung und Rundleitung bevorzugt für den Fall, dass die Flachleitung aus Aluminium gebildet ist. Die Verwendung eines Aluminiumwerkstoffs als Material für die Flachleitung hat große Vorteile im Hinblick auf Materialkosten und Gewicht, so dass es bevorzugt ist, dass die Flachleitung aus einem Aluminiumwerkstoff oder einer Legierung hiervon gebildet ist. Die Hülse kann aus einem Werkstoffaus Übergangsmetall oder einer Legierung daraus gebildet ist. Bevorzugt ist die Verwendung einer Edelstahl-, Kupfer- oder Messinghülse. Durch die Verwendung der Hülse aus einem anderen Material als Aluminium, ergeben sich zweierlei Vorteile. Zum Einen wird verhindert, dass die elektrische Kontaktierung zwischen Anschlussbolzen und Flachbandleitung durch Aluminiumoxid verschlechtert wird. Zum Anderen kann bei der Verwendung eines härteren Materials als Aluminium die mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen Flachleitung und Anschlussbolzen erhöht werden. Bei der Verwendung von Edelstahl, Kupfer oder Messing kann gewährleistet werden, dass die mechanische Beanspruchung bei einer Verschraubung des Anschlussbolzens durch eine Hülse keine wesentliche Verformung der Hülse hervorruft. Auch ist bei mechanischer Dauerbelastung gewährleistet, dass sich die Stirnflächen der Hülse nicht wesentlich verformen, so dass eine dauerhaft feste Verbindung zwischen Anschlussbolzen und Hülse gewährleistet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der lichte Durchmesser der Durchgangsöffnung zur Aufnahme eines Bolzens, insbesondere eines Gewindebolzens geeignet ist. Hierbei sind insbesondere Gewindebolzen mit einem M6 oder einem M8 Gewinde von besonderem Interesse. Die lichte Weite zwischen den Bereichen mit dem kleineren Radius ist zumindest so groß, dass ein geeigneter Bolzen, insbesondere ein M6 oder ein M8 Bolzen, eingesteckt werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass dann lichte Weiten von 6 bzw. 9 mm vorteilhaft sind.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Leiters, wie er zuvor beschrieben wurde, ist ebenfalls vorteilhaft. Hierbei wird zunächst eine Reibschweißhülse auf ein Reibschweißwerkzeug aufgesteckt. Das Reibschweißwerkzeug kann dabei in der Form eines Bolzens bzw. Dorns sein. Insbesondere ist die äußere Mantelfläche des Reibschweißwerkzeugs kongruent zu der inneren Mantelfläche der Durchgangsöffnung. Das Reibschweißwerkzeug ist vorteilhafterweise in einer Spielpassung in der Durchgangsöffnung angeordnet.
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Die Durchgangsöffnung ist als Innenmehrkant, worunter auch eine Vielrundform fällt, gebildet. Dadurch, dass die Durchgangsöffnung als Innenmehrkant gebildet ist, lässt sich besonders leicht ein Drehmoment des Reibschweißwerkzeugs auf die Reibschweißhülse übertragen. Durch das Übertragen des Drehmoments wird die Reibschweißhülse in Rotation versetzt. Gleichzeitig wird die Reibschweißhülse vorzugsweise gegen den Flachleiter gepresst. Dies führt dazu, dass die Reibschweißhülse zumindest in Teilen mit dem Flachteil verschweißt wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird zunächst die Reibschweißhülse auf den Reibschweißdorn aufgesteckt. Anschließend wird der Reibschweißdorn mit der aufgesteckten Reibschweißhülse in die Durchgangsöffnung bewegt. Hierbei ist vorteilhaft, wenn an dem Reibschweißwerkzeug radial nach außen wirkende Haltemittel vorgesehen sind, so dass die aufgesteckte Reibschweißhülse nicht von dem Reibschweißwerkzeug aufgrund seiner eigenen Schwerkraft abrutscht. Insbesondere wird die Reibschweißhülse durch das Reibschweißwerkzeug an den Innenflächen ihrer Durchgangsöffnung verspannt. Nachdem das Reibschweißwerkzeug mit der aufgesteckten Reibschweißhülse in die Durchgangsöffnung des Flachteils geführt wurde, erfolgt das Verschweißen der Reibschweißhülse an dem Flachteil, insbesondere an der Durchgangsöffnung.
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Hierbei wird, wie bereits erwähnt, vorzugsweise eine Schweißnaht entlang des flanschförmigen zweiten Abschnittes auf der Oberfläche des Flachleiters hergestellt.
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Ein weiterer Aspekt ist eine Reibschweißvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche. Diese Vorrichtung weist ein Reibschweißwerkzeug auf, insbesondere einen Reibschweißdorn oder einen Reibschweißbolzen. Das Reibschweißwerkzeug ist motorisch angetrieben und wird über einen Motor gedreht.
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Darüber hinaus ist das Reibschweißwerkzeug so eingerichtet, dass es eine Relativbewegung in axialer Richtung zu der Durchgangsöffnung des Flachteils durchführen kann. Hierdurch kann das Reibschweißwerkzeug in die Durchgangsöffnung des Flachteils hineinfahren bzw. wird das Flachteil in Richtung des Reibschweißwerkzeugs bewegt. Insbesondere ist hierfür ein motorischer Antrieb sinnvoll, mit dem eine Translationsbewegung des Reibschweißwerkzeugs durchführbar ist.
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Vorteilhafterweise wird die Reibschweißhülse an dem Reibschweißwerkzeug durch Haltemittel verliersicher gehalten. Hierzu weist das Reibschweißwerkzeug ein radial nach außen wirkendes Haltemittel auf. Das Haltemittel übt eine radial nach außen wirkende Kraft auf die Reibschweißhülse aus. Es erfolgt ein Kraftschluss zwischen dem Haltemittel des Reibschweißwerkzeugs und der Reibschweißhülse, so dass die Reibschweißhülse sich aufgrund ihrer eigenen Gewichtskraft nicht mehr von dem Reibschweißwerkzeug lösen kann. Das Haltemittel wirkt vorzugsweise über eine radial nach außen wirkende Federkraft auf die Innenfläche der Durchgangsöffnung der Reibschweißhülse. Vorzugsweise ist das Haltemittel als Kugelfeder gebildet. Dies vereinfacht das Ineinanderstecken des Reibschweißwerkzeugs in die Reibschweißhülse, da mittels der Kugelfeder der Widerstand beim Aufschieben reduziert wird. Andererseits übt die Kugel der Kugelfeder im verbundenen Zustand eine ausreichend große Haltekraft auf die Reibschweißhülse aus, so dass diese verliersicher an dem Reibschweißwerkzeug gehalten ist.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1a–c verschiedene Querschnitte von Reibschweißhülsen;
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2a–d verschiedene Draufsichten auf Reibschweißhülsen;
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3a ein Reibschweißwerkzeug in einer Ansicht;
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3b eine Draufsicht auf ein Reibschweißwerkzeug;
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4 einen Flachleiter mit einer Durchgangsöffnung;
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5 einen Flachleiter mit einer angeschweißten Reibschweißhülse;
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6 eine Darstellung eines Reibschweißwerkzeugs mit Reibschweißhülse und Flachleitern vor dem Verschweißen;
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7 eine Darstellung eines Reibschweißvorgangs.
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1a zeigt eine Reibschweißhülse 2. Die Reibschweißhülse 2 ist aus zwei Abschnitten 2a, 2b gebildet. Die Abschnitte 2a, b sind nebeneinander in Richtung der Längsachse X der Reibschweißhülse 2 angeordnet.
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Die zwei Abschnitte 2a, b können auch einstückig sein und aus dem Vollmaterial der Reibschweißhülse 2 gebildet sein.
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Zu erkennen ist, dass der Abschnitt 2a einen geringeren Durchmesser d hat, als der Abschnitt 2b, der den Durchmesser D hat. Durch den größeren Durchmesser D ist der Abschnitt 2b flanschartig an dem Abschnitt 2a angeordnet.
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Der Abschnitt 2a hat vorzugsweise eine Höhe h, welche der Materialstärke des mit der Reibschweißhülse 2 zu verbindenden Flachleiters entspricht.
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1b zeigt eine weitere Reibschweißhülse 2, bei der der erste Abschnitt 2a ausgehend von dem zweiten Abschnitt 2b entlang der Achse X sich verjüngt. Insbesondere ist der erste Abschnitt 2a kegelstumpfförmig.
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1c zeigt eine weitere Reibschweißhülse 2, bei der der zweite Abschnitt 2a abschnittsweise aus einem zylinderförmigen Bereich, einem kegelstumpfförmigen mittleren Bereich und einem zylinderförmigen Endbereich gebildet ist.
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Die Form der jeweils ersten Abschnitte 2a ist vorzugsweise so, dass deren Profile korrespondieren zu Durchgangsöffnungen in Flachleitern ist, wie zuvor beschrieben wurde.
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Zum prozesssicheren Verschweißen der Reibschweißhülse 2 in einen Flachleiter 4 wird nun vorgeschlagen, dass die Durchgangsöffnung in der Reibschweißhülse 2 mit verschiedenen Durchmessern gebildet ist. Solche verschiedenen Durchmesser resultieren in unterschiedlichen Profilen der Durchgangsöffnung, wie sie in den 2a–d gezeigt sind.
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2a–d zeigen Draufsichten auf Reibschweißhülsen 2 auf den jeweils ersten Abschnitt 2a.
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2a zeigt eine Reibschweißhülse 2 mit einer Durchgangsöffnung 6, welche als Vielrundform gebildet ist.
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Die Durchgangsöffnung 6 geht durch den ersten Abschnitt 2a und den zweiten Abschnitt 2b hindurch. Ferner ist in der 2a, wie auch in den 2b–d zu erkennen, dass der zweite Abschnitt 2b flanschartig an dem ersten Abschnitt 2a angeordnet ist und sich eine in Richtung des ersten Abschnitts 2a weisende Auflagefläche bildet. Mit dieser Auflagefläche kann die Reibschweißhülse 2 an einen Flachleiter angelegt werden.
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2b zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Durchgangsöffnung viereckig ist.
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2c zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Durchgangsöffnung achteckig ist.
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2d zeigt Ausführungsbeispiel, bei dem die Durchgangsöffnung sechseckig ist.
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Die Durchgangsöffnungen 6 sind alle so, dass diese jeweils einen lichten Durchmesser aufweisen, der kleiner ist, als der jeweils größt mögliche Durchmesser. Durch den Versprung der Durchmesser erfolgt eine besonders gute Drehmomentübertragung von einem Reibschweißwerkzeug auf die Reibschweißhülse 2.
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3a zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Reibschweißwerkzeugs 8. Das Reibschweißwerkzeug 8 hat vorzugsweise einen Reibschweißdorn 8a. Der Reibschweißdorn 8a hat, wie in der 3b gezeigt, einen Querschnitt, welcher ebenfalls mehrkantig ist. Insbesondere ist der Querschnitt des Reibschweißdorns 8a komplementär zu dem Querschnitt der Durchgangsöffnung 6.
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Der Reibschweißdorn 8 ist motorisch angetrieben und kann in Rotation versetzt werden.
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Außerdem ist an dem Reibschweißdorn 8a ein Haltemittel 10 vorgesehen. Das Haltemittel 10 ist vorzugsweise eine Kugelfeder.
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Beim Einstecken des Reibschweißdorns 8a in die Durchgangsöffnung 6 wird das Haltemittel 10 bzw. die Federn in dem Haltemittel 10 zusammengedrückt. Die Kugel an dem Haltemittel 10 übt dann eine radial an außen wirkende Kraft auf die Innenfläche der Durchgangsöffnung 6 aus. Hierdurch wird die Reibschweißhülse 2 verliersicher an dem Reibschweißdorn 8 gehalten.
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4 zeigt einen Flachleiter 4. Der Flachleiter 4 kann unterschiedlichste Längen aufweisen. An dem Flachleiter 4 ist eine Durchgangsöffnung 12 vorgesehen. Die Durchgangsöffnung 12 hat ein Profil, welches vorzugsweise kongruent zu dem Profil des ersten Abschnittes 2a ist. Die Stärke a des Flachleiters 4 entspricht vorzugsweise der Höhe h des ersten Abschnitts 2a. Der Flachleiter 4 ist vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet, wohingegen die Reibschweißhülse 2 vorzugsweise aus einem Kupferwerkstoff, aus Stahl oder dergleichen gebildet ist.
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Zum Fügen der Reibschweißhülse 2 in die Durchgangsöffnung 12 wird zunächst die Reibschweißhülse 2 mit ihrer Durchgangsöffnung 6 auf den Reibschweißdorn 8 aufgeschoben. 6 zeigt, wie der Reibschweißdorn entlang der X-Achse in die Durchgangsöffnung 6 eingeschoben wird. Die Haltemittel 10 üben eine Haltekraft auf die Reibschweißhülse 2 aus, so dass diese nicht durch ihre eigene Schwerkraft von dem Reibschweißdorn 8 abrutschen kann.
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Anschließend wird der Reibschweißdorn 8a bzw. das Reibschweißwerkzeug 8 mit einer translatorischen Bewegung in Richtung der Durchgangsöffnung 12 bewegt. Dabei wird die Reibschweißhülse 2 in die Durchgangsöffnung 12 eingeführt.
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Durch den Flansch, der durch den zweiten Abschnitt 2b gebildet ist, kommt die Reibschweißhülse 2 in einer gewissen Einschubtiefe in der Durchgangsöffnung 2 zu einer Endposition. In dieser Endposition liegt der Flansch des Abschnittes 2b an der Oberfläche des Flachleiters 4 an.
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Anschließend wird der Reibschweißdorn 8a in Rotation versetzt, wobei gleichzeitig eine Anpresskraft in Richtung der Achse X auf die Oberfläche des Flachteils 4 ausgeübt wird. Durch die Rotation und die Anpresskraft wird die Reibschweißhülse 2 mit dem Flachleiter 4 verschweißt. Dies ist in 7 gezeigt.
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Ist erkannt worden, dass insbesondere im Bereich des zweiten Abschnitts 2b, d. h. im Bereich der Berührfläche zwischen dem zweiten Abschnitt 2b und der Oberfläche des Flachteils 4 die größte Schweißenergie auftritt und aus diesem Grunde dort zunächst der Verschweißvorgang beginnt.
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Eine verschweißte Reibschweißhülse 2 an einem Flachleiter 4 ist in der 5 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Reibschweißhülse 2 in die Durchgangsöffnung 12 eingesteckt ist. Ferner ist dargestellt, dass sich eine Schweißnaht 14 zumindest im Bereich der Berührfläche zwischen dem zweiten Abschnitt 2b und der Oberfläche des Flachteils 4 bildet. Die Schweißnaht 14 kann sich jedoch auch in den Bereich der Berührfläche zwischen den Mantelflächen des ersten Abschnittes 2a und der Durchgangsöffnung 12 erstrecken.
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Durch die vielkantige Ausgestaltung der Durchgangsöffnung 6 kann eine besonders sichere Übertragung des Drehmoments vom Reibschweißdorn 8 auf die Reibschweißhülse 2 sichergestellt werden. Mit Hilfe der gezeigten Reibschweißhülse 2 ist eine prozesssichere Verbindung einer Reibschweißhülse an einem Flachteil möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Reibschweißhülse
- 2a, b
- Abschnitte
- 4
- Flachleiter
- 6
- Durchgangsöffnung
- 8
- Reibschweißwerkzeug
- 8a
- Reibschweißdorn
- 10
- Haltemittel
- 12
- Durchgangsöffnung
- 14
- Reibschweißnaht
