DE102016219306A1

DE102016219306A1 - Method and device for joining a first metal joining partner with a second metal joining partner by means of electromagnetic pulse welding

Info

Publication number: DE102016219306A1
Application number: DE102016219306.6A
Authority: DE
Inventors: Rainer Fischer; Edgar Spiegel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2018-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners (1) mit einem zweiten metallischen Fügepartner (2) mittels elektromagnetischen Pulsschweißens. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Duktilität des ersten Fügepartners (1) vor dem Fügen thermisch erhöht wird (12). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (4) zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners (1) mit einem zweiten metallischen Fügepartner (1) mittels elektromagnetischen Pulsschweißens sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.The invention relates to a method for joining a first metallic joining partner (1) with a second metallic joining partner (2) by means of electromagnetic pulse welding. The inventive method is characterized in that a ductility of the first joining partner (1) is thermally increased before joining (12). The invention further relates to a device (4) for joining a first metallic joining partner (1) with a second metallic joining partner (1) by means of electromagnetic pulse welding and a corresponding computer program product.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners mit einem zweiten metallischen Fügepartner mittels elektromagnetischen Pulsschweißens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners mit einem zweiten metallischen Fügepartner mittels elektromagnetischen Pulsschweißens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt. The invention relates to a method for joining a first metal joining partner with a second metal joining partner by means of electromagnetic pulse welding according to the preamble of claim 1, one for joining a first metal joining partner with a second metal joining partner by means of electromagnetic pulse welding according to the preamble of claim 8 and a corresponding computer program product ,

Im Stand der Technik ist das sog. elektromagnetische Pulsschweißen, kurz EMP-Schweißen, bekannt, bei welchem ohne Wärmezufuhr ausschließlich durch Magnetumformen sowohl Werkstoffmischverbindungen als auch artgleiche Werkstoffe binnen etwa 25 µs miteinander verbunden werden können, indem einer der Fügepartner mittels eines Magnetfeldes berührungslos einen ausreichend starken Impuls erfährt und gegen den anderen Fügepartner prallt, so dass eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Beispielsweise können auf diese Weise Rohre, Bleche und Zylinder verschweißt werden. Das Magnetfeld wird dabei in der Regel durch eine Spule erzeugt, durch welche kurzfristig ein vergleichsweise sehr hoher Stromimpuls fließt. Als Fügepartner eignen sich bevorzugt metallische Materialen, die eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Da beim EMP-Schweißen nahezu kein Wärmeeintrag in die Fügepartner erfolgt, ist es auch möglich, Fügepartner aus Materialien mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten zu verbinden. Beispielsweise ist es bekannt, Verbindungen zwischen Blechen aus Aluminiumlegierungen und hochfesten Stählen herzustellen. In the prior art, the so-called. Electromagnetic pulse welding, short EMP welding, known in which without heat supply exclusively by magnetic forming both material blends and similar materials within about 25 microseconds can be interconnected by one of the joining partners by means of a magnetic non-contact sufficient experiences strong impulse and bounces against the other joining partner, so that a cohesive connection is formed. For example, pipes, sheets and cylinders can be welded in this way. The magnetic field is usually generated by a coil through which a comparatively very high current pulse flows in the short term. Suitable joining partners are preferably metallic materials which have good electrical conductivity. Since almost no heat is introduced into the joining partners during EMP welding, it is also possible to join joining partners from materials with very different melting points. For example, it is known to make connections between sheets of aluminum alloys and high strength steels.

In diesem Zusammenhang offenbart die DE 10 2011 006 364 A9 ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels elektrischen Pulsschweißens. Das erste Bauteil kann dabei z.B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein und das zweite Bauteil kann aus Stahl ausgebildet sein. Mittels einer Flachspule kann nun ein sehr starker elektromagnetischer Puls erzeugt werden, welcher das erste Bauteil über einen vorgegebenen Abstand zum zweiten Bauteil auf das zweite Bauteil beschleunigt, so dass es mit hoher Geschwindigkeit in Fügerichtung auf das zweite Bauteil trifft. Dadurch werden das erste und das zweite Bauteil ohne nachteilige Gefügeänderungen miteinander kaltverschweißt. Die solcherart hergestellte Verbindung ist stoffschlüssig. In this context, the DE 10 2011 006 364 A9 a method for connecting a first component to a second component by means of electrical pulse welding. The first component may be formed, for example, of aluminum or an aluminum alloy and the second component may be formed of steel. By means of a flat coil, a very strong electromagnetic pulse can now be generated, which accelerates the first component over a predetermined distance from the second component to the second component, so that it strikes the second component at high speed in the joining direction. As a result, the first and the second component are cold-welded together without adverse microstructural changes. The compound produced in this way is cohesive.

Aus der DE 10 2011 055993 B3 ist eine Fahrwerkskomponente für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche ein stranggepresstes Basisprofil aus Leichtmetall aufweist und durch ein Verstärkungsprofil aus Stahl verstärkt ist. Das Basisprofil besitzt zwei mit Abstand zueinander angeordnete Wände und das Verstärkungsprofil verbindet die freien Enden der Wände zumindest in einem Bereich des Basisprofils, wobei das Verstärkungsprofil und das Basisprofil mittels elektromagnetischen Pulsschweißens gefügt sind. From the DE 10 2011 055993 B3 a suspension component for a motor vehicle is known, which has an extruded base profile made of light metal and is reinforced by a reinforcing profile made of steel. The base profile has two spaced-apart walls and the reinforcing profile connects the free ends of the walls at least in one area of the base profile, wherein the reinforcing profile and the base profile are joined by means of electromagnetic pulse welding.

Die bekannten Verfahren zum elektromagnetischen Pulsschweißen bzw. die bekannten Bauteile, die mittels elektromagnetischen Pulsschweißens hergestellt wurden, sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass insbesondere Verbindungen zwischen zwar kostengünstigen, jedoch spröden Aluminiumlegierungen und Stählen zur Rissbildung neigen. Die solcherart geschaffenen Bauteile sind entsprechend wenig belastbar und fehlerhaft. However, the known methods for electromagnetic pulse welding or the known components which have been produced by means of electromagnetic pulse welding are disadvantageous in that, in particular, connections between low-cost but brittle aluminum alloys and steels tend to crack. The thus created components are correspondingly less resilient and faulty.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners mit einem zweiten metallischen Fügepartner mittels elektromagnetischen Pulsschweißens vorzuschlagen. It is an object of the present invention to propose an improved method for joining a first metallic joining partner with a second metallic joining partner by means of electromagnetic pulse welding.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners mit einem zweiten metallischen Fügepartner mittels elektromagnetischen Pulsschweißens gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. This object is achieved by the method for joining a first metal joining partner with a second metal joining partner by means of electromagnetic pulse welding according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners mit einem zweiten metallischen Fügepartner mittels elektromagnetischen Pulsschweißens. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Duktilität des ersten Fügepartners vor dem Fügen thermisch erhöht wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der erste Fügepartner eine vergleichsweise geringe Duktilität aufweisen kann, also vergleichsweise spröde ist, und dennoch eine stabile und belastbare Fügeverbindung zwischen dem ersten Fügepartner und dem zweiten Fügepartner erzeugt werden kann. Insbesondere kann somit das Auftreten von Rissen und anderen Gefügeschädigungen, welche üblicherweise auf eine zu geringe Duktilität des ersten Fügepartners zurückzuführen sind, beim Fügen des ersten Fügepartners mit dem zweiten Fügepartner vermieden werden. Da bei Raumtemperatur spröde Materialien, insbesondere spröde Metalle, üblicherweise kostengünstiger sind als bei Raumtemperatur besonders duktile Materialien, insbesondere duktile Metalle, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Kosteneinsparung. The invention relates to a method for joining a first metallic joining partner with a second metallic joining partner by means of electromagnetic pulse welding. The inventive method is characterized in that a ductility of the first joining partner is increased thermally before joining. This results in the advantage that the first joining partner can have a comparatively low ductility, ie is comparatively brittle, and yet a stable and reliable joining connection between the first joining partner and the second joining partner can be produced. In particular, the occurrence of cracks and other structural damage, which are usually attributable to too low ductility of the first joining partner, can thus be avoided when joining the first joining partner to the second joining partner. Since brittle materials, in particular brittle metals, are usually less expensive at room temperature than ductile materials, in particular ductile metals, at room temperature, the method according to the invention also enables a cost saving.

Die Erfindung macht sich alsoein physikalisches Prinzip zunutze, indem sie die Duktilität eines Werkstoffs bzw. des ersten Fügepartners durch Wärmezufuhr erhöht. Dieses Prinzip gilt insbesondere für Metalle. The invention therefore makes use of a physical principle by increasing the ductility of a material or of the first joining partner by supplying heat. This principle applies in particular to metals.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Duktilität mittels Induktion thermisch erhöht wird. Die Induktion ermöglicht dabei einerseits ein gezieltes und ausschließliches sowie andererseits ein berührungsfreies thermisches Erwärmen des ersten Fügepartners, da die Erwärmung mittels Wirbelströmen erfolgt, die ausschließlich im ersten metallischen Fügepartner erzeugt werden. Bei einer Wärmeleitung typischerweise auftretende thermische Verluste können somit vorteilhaft vermieden werden. Ebenso wird eine unnötige Erwärmung der Umgebung des ersten Fügepartners vermieden. Ein weiterer sich aus der induktiv erzeugten Erwärmung ergebener Vorteil ist darin zu sehen, dass eine zum elektromagnetischen Pulsschweißen geeignete Anlage ohnehin über eine auch zum induktiven Erwärmen geeignete Induktionsvorrichtung, beispielsweise eine Spule, verfügt. Somit muss vorteilhaft keine zusätzliche Induktionseinrichtung vorgesehen werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in einer an sich bekannten Anlage zum elektromagnetischen Pulsschweißen ausgeführt wird. According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the ductility is thermally increased by induction. The induction allows on the one hand a targeted and exclusive and on the other hand a non-contact thermal heating of the first joining partner, since the heating takes place by means of eddy currents, which are generated exclusively in the first metallic joining partner. In thermal conduction typically occurring thermal losses can thus be advantageously avoided. Likewise, unnecessary heating of the environment of the first joining partner is avoided. A further advantage deriving from inductively produced heating is that a device suitable for electromagnetic pulse welding already has an induction device, for example a coil, which is also suitable for inductive heating. Thus, advantageously no additional induction device must be provided when the inventive method is carried out in a known system for electromagnetic pulse welding.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Fügepartner vor dem Fügen auf mehr als 200 °C erwärmt wird. Eine derartige Erwärmung hat sich in zahlreichen Versuchsreihen bei metallischen Fügepartnern mit bei Raumtemperatur nur geringer Duktilität als geeignet zur Vermeidung von durch das Fügen erzeugten Rissen und Gefügeschädigungen erwiesen. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the first joining partner is heated to more than 200 ° C before joining. Such heating has proven in numerous series of tests with metallic joining partners with only low ductility at room temperature as suitable for avoiding cracks and structural damage caused by the joining.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Fügepartner vor dem Fügen auf 350 °C erwärmt wird. Dies hat zu nochmals verbesserten Ergebnissen hinsichtlich der Gefügestruktur des ersten Fügepartners nach dem Fügen geführt. According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the first joining partner is heated to 350 ° C before joining. This has again led to improved results with regard to the microstructure of the first joining partner after joining.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der erste Fügepartner vor dem Fügen zunächst auf 500 °C erwärmt wird und erst dann gefügt wird, wenn er wieder auf 300 °C abgekühlt ist. Dies hat in zahlreichen Versuchsreihen zu den vergleichsweise besten Ergebnissen sowohl hinsichtlich der Fügeverbindung als auch hinsichtlich der Gefügestruktur des ersten Fügepartners geführt. According to a further particularly preferred embodiment, it is provided that the first joining partner is first heated to 500 ° C prior to joining and only then joined when it has cooled back to 300 ° C. This has led in numerous test series to the comparatively best results, both with regard to the joining connection and with regard to the microstructure of the first joining partner.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Erwärmung des ersten Fügepartners vor dem Fügen derart erfolgt, dass dessen Duktilität um 5 % gegenüber seiner Duktilität bei Raumtemperatur erhöht wird. Preferably, it is provided that the heating of the first joining partner takes place before joining in such a way that its ductility is increased by 5% compared to its ductility at room temperature.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Fügepartner aus einer Aluminiumlegierung besteht. Aluminiumlegierungen weisen einerseits eine vergleichsweise sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf, wodurch sie sich besonders für eine Erwärmung mittels Induktion eignen. Durch die gute Leitfähigkeit werden nämlich vergleichsweise hohe Wirbelströme erzeugt, welche wiederum zu einer schnellen und starken Erwärmung führen. Andererseits sind Aluminiumlegierungen vergleichsweise leichtgewichtig, wodurch sie sich für zahlreiche unterschiedliche Anwendungen, zum Beispiel im Automobilbau, eignen. Trotz ihres geringen Gewichts weisen sie zudem eine vergleichsweise hohe mechanische Belastbarkeit in Verbindung mit einer guten Bearbeitbarkeit auf. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the first joining partner consists of an aluminum alloy. On the one hand, aluminum alloys have comparatively very good electrical conductivity, making them particularly suitable for induction heating. By virtue of the good conductivity, comparatively high eddy currents are generated, which in turn lead to rapid and intense heating. On the other hand, aluminum alloys are relatively lightweight, making them suitable for many different applications, for example in the automotive industry. Despite their low weight, they also have a comparatively high mechanical strength in conjunction with good machinability.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Aluminiumlegierung eine Al226-Liegerung ist. Eine derartige Al226-Legierung ist bei Raumtemperatur vergleichsweise spröde. Andererseits ist sie jedoch vergleichsweise kostengünstig und weist die für Aluminium typischen Eigenschaften wie eine gute elektrische Leitfähigkeit, ein geringes Materialgewicht und eine hohe mechanische Belastbarkeit bei gleichzeitig guter Bearbeitbarkeit auf. Bei einer Verwendung eines ersten Fügepartners aus einer AL226-Liegerung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere wenn dieser vor dem Fügen auf 350 °C erwärmt wird, lassen sich sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der Fügeverbindung und der Gefügestruktur des ersten Fügepartners erzielen. According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the aluminum alloy is an Al226 elevator. Such Al226 alloy is comparatively brittle at room temperature. On the other hand, however, it is comparatively inexpensive and has the properties typical of aluminum, such as a good electrical conductivity, a low weight of the material and a high mechanical strength combined with good machinability. When using a first joining partner from an AL226-lining in the context of the method according to the invention, especially if this is heated to 350 ° C before joining, very good results in terms of joint and the microstructure of the first joining partner can be achieved.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der erste Fügepartner als Druckgussteil ausgebildet ist. Gerade bei der Ausbildung des ersten Fügepartners als Druckgussteil hat das erfindungsgemäße Verfahren zu besonders guten Fügeverbindungen geführt. It is preferably provided that the first joining partner is formed as a die-cast part. Especially in the formation of the first joining partner as a die-cast part, the inventive method has led to particularly good joint connections.

Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der erste Fügepartner ein Vakuumdruckgussteil ist. Wie sich herausgestellt hat, kann hierdurch eine sog. Blisterbildung im Material des ersten Fügepartners weitestgehend vermieden werden. Particularly preferably, it is provided that the first joining partner is a vacuum die-cast part. As has been found, a so-called. Blister formation in the material of the first joint partner can thereby be largely avoided.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass der erste Fügepartner als beidseitig offener Zylinderkörper ausgebildet ist. Furthermore, it is preferably provided that the first joining partner is designed as a cylinder body open on both sides.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zweite Fügepartner aus einer Stahllegierung besteht. Stahllegierungen sind im Allgemeinen besonders robuste und belastbare Werkstoffe. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the second joining partner consists of a steel alloy. Steel alloys are generally very robust and durable materials.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der zweite Fügepartner als Hohlrad für ein Getriebe ausgebildet ist. It is preferably provided that the second joining partner is formed as a ring gear for a transmission.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners mit einem zweiten metallischen Fügepartner mittels elektromagnetischen Pulsschweißens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung. The invention further relates to a device for joining a first metallic joining partner to a second metallic joining partner by means of electromagnetic pulse welding. The The device according to the invention is characterized in that the device is designed to carry out the method according to the invention. This results in the advantages already described in connection with the method according to the invention also for the device according to the invention.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung eine elektronische Steuereinheit mit einem elektronischen Speicher umfasst. Auf dem elektronischen Speicher wiederum ist bevorzugt ein Algorithmus in Form eines Computerprogramms digital abrufbar abgelegt, welcher bei seiner Ausführung, beispielsweise durch einen Mikroprozessor, die Vorrichtung dazu anleitet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Bevorzugt ist auch der Mikroprozessor von der elektronischen Steuereinheit umfasst. It is preferably provided that the device comprises an electronic control unit with an electronic memory. In turn, preferably stored on the electronic memory is an algorithm in the form of a computer program that, when executed, for example by a microprocessor, instructs the device to carry out the method according to the invention. Preferably, the microprocessor is also included in the electronic control unit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens eine Induktionsspule umfasst, wobei die mindestens eine Induktionsspule dazu ausgebildet ist, sowohl ein ersten Fügepartner mittels Induktion zu erwärmen als auch den ersten Fügepartner mit dem zweiten Fügepartner zu fügen. Die Induktionsspule weist dabei bevorzugt eine an diese doppelten Erfordernisse gleichermaßen angepasste Ausbildungsform auf. Alternativ bevorzugt kann die Vorrichtung auch ein gesondertes Heizelement, beispielsweise in Form eines Ofens oder eines Wärmestrahlers, umfassen. Auch mittels dieses gesonderten Heizelements kann der erste Fügepartner thermisch erwärmt werden. In diesem Fall muss die Induktionsspule keine besonders angepasste Ausbildungsform aufweisen, die zum induktiven Erwärmen des ersten Fügepartners geeignet wäre. According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the device comprises at least one induction coil, wherein the at least one induction coil is adapted to both heat a first joining partner by induction and to add the first joining partner with the second joining partner. In this case, the induction coil preferably has an embodiment adapted to these double requirements. Alternatively preferably, the device may also comprise a separate heating element, for example in the form of a furnace or a heat radiator. Also by means of this separate heating element of the first joining partner can be heated thermally. In this case, the induction coil need not have a particularly adapted form of training, which would be suitable for inductive heating of the first joining partner.

Die Erfindung betrifft schließlich ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches Softwaremittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung aufweist. Finally, the invention relates to a computer program product with a computer program which has software means for carrying out the method according to the invention in a device according to the invention.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert. The invention will be explained by way of example with reference to embodiments shown in the figures.

Es zeigen: Show it:

1 beispielhaft einen ersten metallischen Fügepartner und einen zweiten metallischen Fügepartner, 1 by way of example a first metallic joining partner and a second metallic joining partner,

2 zeigt beispielhaft einen ersten metallischen Fügepartner und einen zweiten metallischen Fügepartner, welche mittels eines im Stand der Technik bekannten elektromagnetischen Pulsschweißverfahrens gefügt wurden, 2 shows by way of example a first metallic joining partner and a second metallic joining partner, which have been joined by means of an electromagnetic pulse welding method known in the prior art,

3 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und 3 exemplary and schematically a possible embodiment of a device according to the invention and

4 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagrammes. 4 by way of example and schematically a possible embodiment of a method according to the invention in the form of a flow chart.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt. Identical objects, functional units and comparable components are denoted by the same reference numerals across the figures. These objects, functional units and comparable components are identical in terms of their technical features, unless the description explicitly or otherwise implies otherwise.

1 zeigt beispielhaft einen ersten metallischen Fügepartner 1 und einen zweiten metallischen Fügepartner 2. Der erste Fügepartner 1 ist dabei als Vakuumdruckgussteil mit beidseitig offenem Zylinderkörper ausgebildet. Er besteht beispielsgemäß aus einer Al226-Legierung, die vergleichsweise spröde ist und bei Raumtemperatur nur eine geringe Duktilität aufweist. Der zweite Fügepartner 2 besteht beispielsgemäß aus einer Stahllegierung und ist als Hohlrad für ein Getriebe ausgebildet. Vor dem erfindungsgemäßen Fügen mittels elektromagnetischen Pulsschweißens wird der erste Fügepartner 1 mittels Induktion thermisch auf 500 °C erwärmt anschließend wird gewartet, bis der erste Fügepartner 1 wieder auf 350 °C abgekühlt ist. Erst dann werden der erste Fügepartner 1 und der zweite Fügepartner 2 miteinander gefügt. Bei 350 °C ist die Duktilität des ersten Fügepartners 1 gegenüber seiner Duktilität bei Raumtemperatur um etwa 5 % erhöht. 1 shows an example of a first metal joining partner 1 and a second metal joining partner 2 , The first joining partner 1 is designed as a vacuum die-cast part with open on both sides of the cylinder body. It consists, for example, of an Al226 alloy which is comparatively brittle and has only a low ductility at room temperature. The second joint partner 2 consists, for example, of a steel alloy and is designed as a ring gear for a transmission. Before the joining according to the invention by means of electromagnetic pulse welding, the first joining partner 1 By induction thermally heated to 500 ° C then waiting until the first joining partner 1 cooled again to 350 ° C. Only then will the first joint partner 1 and the second joining partner 2 joined together. At 350 ° C is the ductility of the first joining partner 1 increased by about 5% compared to its room temperature ductility.

2 zeigt beispielhaft einen ersten metallischen Fügepartner 1 und einen zweiten metallischen Fügepartner 2, welche mittels eines im Stand der Technik bekannten elektromagnetischen Pulsschweißverfahrens gefügt wurden. Der erste Fügepartner 1 besteht dabei aus einer Al226-Liegerung, die bei Raumtemperatur nur eine vergleichsweise geringe Duktilität aufweist. Wie in 2 weiterhin zu sehen ist, weist der erste Fügepartner 1 einen Riss 3 auf. Dieser Riss 3 stellt nicht nur eine Schädigung der Gefügestruktur des ersten Fügepartners 1 dar, sondern darüber hinaus bewirkt er eine fehlerhafte und schadhafte Fügeverbindung des ersten Fügepartners 1 mit dem zweiten Fügepartner 2. Die solcherart geschaffene Verbindung ist unzuverlässig und führt dazu, dass das aus dem ersten Fügepartner 1 und dem zweiten Fügepartner 2 gefügte Bauteil nicht in einem Fahrzeuggetriebe verbaut werden kann. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können derartige Risse 3 bzw. Gefügeschädigungen und daraus resultierende schadhafte Verbindungen vermieden werden. 2 shows an example of a first metal joining partner 1 and a second metal joining partner 2 which have been joined by means of an electromagnetic pulse welding method known in the art. The first joining partner 1 consists of an Al226-lag, which has only a comparatively low ductility at room temperature. As in 2 can still be seen, the first joint partner points 1 a crack 3 on. This crack 3 not only damages the microstructure of the first joining partner 1 but it also causes a faulty and defective joint connection of the first joint partner 1 with the second joint partner 2 , The connection thus created is unreliable and leads to the fact that the first joint partner 1 and the second joint partner 2 Joined component can not be installed in a vehicle transmission. By applying the method according to the invention can such cracks 3 or structural damage and resulting defective connections are avoided.

3 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners 1 mit einem zweiten metallischen Fügepartner 2 mittels elektromagnetischen Pulsschweißens. Beispielsgemäß ist die Vorrichtung 4 dazu ausgebildet das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Die Vorrichtung 4 umfasst eine elektronische Steuereinheit 5 mit einem elektronischen Speicher 6, eine Stromquelle 7, eine Induktionsspule 8 sowie einen elektronischen Mikroprozessor 9. Das erfindungsgemäße Verfahren ist als Algorithmus in Form eines Computerprogramms auf dem elektronischen Speicher 6 digital abrufbar abgelegt. Der Mikroprozessor 9 kann diesen Algorithmus ausführen und die Vorrichtung 4 anleiten, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Die Stromquelle 7 ist speziell dazu ausgebildet, auf Anweisung der Steuereinheit 5 einen vergleichsweisen sehr hohen elektrischen Strom an die Induktionsspule 8 auszugeben. Der elektrische Strom wird dabei als Strompuls, das heißt über eine zeitlich nur sehr kurze Dauer zur Verfügung gestellt. Dies bewirkt die Erzeugung eines extrem starken, zeitlich veränderlichen magnetischen Felds in der Induktionsspule 8, welches wiederum zur Erzeugung sehr hoher Wirbelströme im ersten Fügepartner 1 führt. Da das Magnetfeld auf die Wirbelströme eine Kraft ausübt, wirkt entsprechend auch eine Kraft auf den ersten Fügepartner 1. Diese Kraft ist ausreichend dimensioniert, um den ersten Fügepartner 1 mit dem zweiten Fügepartner 2 zu fügen. Weiterhin ist die Stromquelle 7 dazu ausgebildet, Strompulse von höherer zeitlicher Dauer, jedoch deutlich geringere Stromstärke, auf Anweisung der Steuereinheit 5 an Induktionsspule 8 auszugeben. Diese zeitlich verlängerten Strompulse mit geringerer Stromstärke bewirken ebenfalls die Erzeugung eines zeitlich veränderlichen magnetischen Felds, welches jedoch vergleichsweise schwach ist. Trotzdem bewirkt auch dieses vergleichsweise schwache Magnetfeld die Erzeugung von Wirbelströmen im ersten Fügepartner 1, wobei die Wirbelströme in diesem Fall allerdings vergleichsweise gering sind. Durch das schwache Magnetfeld und die nur geringen Wirbelströme entsteht auch nur eine schwache Kraft auf den ersten Fügepartner 1. Diese schwache Kraft ist nicht ausreichend, um den ersten Fügepartner 1 zu deformieren. Jedoch führen Wirbelströme wiederum zu einer thermischen Erwärmung des ersten Fügepartners 1 und somit zu einer Erhöhung seiner Duktilität. Über einen in 3 nicht dargestellten Temperatursensor kann jederzeit die Temperatur des ersten Fügepartners 1 erfasst werden. Sobald diese Temperatur einen vorgegebenen Sollwert erreicht, kann der eigentliche Fügeprozess gestartet werden. All diese Verfahrensschritte sind beispielsgemäß als Algorithmus in Form eines Computerprogramms im elektronischen Speicher 6 abgelegt. 3 shows by way of example and schematically a possible embodiment of a device according to the invention 4 for joining a first metallic joining partner 1 with a second metallic joining partner 2 by means of electromagnetic pulse welding. For example, the device is 4 adapted to carry out the method according to the invention. The device 4 includes an electronic control unit 5 with an electronic memory 6 , a power source 7 , an induction coil 8th as well as an electronic microprocessor 9 , The inventive method is an algorithm in the form of a computer program on the electronic memory 6 stored digitally. The microprocessor 9 can execute this algorithm and the device 4 instruct to carry out the method according to the invention. The power source 7 is specially designed on the instruction of the control unit 5 a comparatively very high electric current to the induction coil 8th issue. The electric current is provided as a current pulse, that is to say over a period of only a very short duration. This causes the generation of an extremely strong, time-varying magnetic field in the induction coil 8th , which in turn to generate very high eddy currents in the first joint partner 1 leads. Since the magnetic field exerts a force on the eddy currents, a corresponding force also acts on the first joining partner 1 , This force is sufficient dimensioned to the first joining partner 1 with the second joint partner 2 to add. Furthermore, the power source 7 adapted to current pulses of higher duration, but much lower current, at the direction of the control unit 5 on induction coil 8th issue. These time-prolonged current pulses with lower current also cause the generation of a time-varying magnetic field, which, however, is comparatively weak. Nevertheless, this comparatively weak magnetic field also causes the generation of eddy currents in the first joining partner 1 However, the eddy currents in this case are comparatively low. Due to the weak magnetic field and the small eddy currents, only a weak force is created on the first joining partner 1 , This weak force is not enough to be the first joining partner 1 to deform. However, eddy currents in turn lead to thermal heating of the first joining partner 1 and thus to an increase in its ductility. About one in 3 temperature sensor, not shown, at any time the temperature of the first joining partner 1 be recorded. As soon as this temperature reaches a specified target value, the actual joining process can be started. All these method steps are, for example, as an algorithm in the form of a computer program in the electronic memory 6 stored.

4 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fügen eines ersten metallischen Fügepartners 1 mit einem zweiten metallischen Fügepartner 2 mittels elektromagnetischen Pulsschweißens in Form eines Flussdiagrammes. In einem ersten Verfahrensschritt 10 werden ein erster Fügepartner 1 und ein zweiter Fügepartner 2 bereitgestellt. Im nun folgenden Verfahrensschritt 11 wird der erste Fügepartner 1 in eine Induktionsspule 8 eingeführt. Sobald sich der erste Fügepartner 1 innerhalb der Induktionsspule 8 befindet, erfolgt in Schritt 12 ein Erwärmen des ersten Fügepartners 1 mittels Induktion auf eine Solltemperatur von 500 °C. Sobald der erste Fügepartner 1 die Solltemperatur von 500 °C erreicht hat, wird in Schritt 13 auch der zweite Fügepartner 2 in die Induktionsspule 8 eingeführt. Gleichzeitig erfolgt in Verfahrensschritt 14 ein Abkühlen des ersten Fügepartners auf 350 °C. 4 shows by way of example and schematically a possible embodiment of a method according to the invention for joining a first metallic joining partner 1 with a second metallic joining partner 2 by means of electromagnetic pulse welding in the form of a flow chart. In a first process step 10 become a first mating partner 1 and a second joint partner 2 provided. In the following process step 11 becomes the first joining partner 1 in an induction coil 8th introduced. As soon as the first joining partner 1 inside the induction coil 8th is done in step 12 a heating of the first joining partner 1 by induction to a nominal temperature of 500 ° C. As soon as the first joining partner 1 the set temperature of 500 ° C has been reached, in step 13 also the second joint partner 2 into the induction coil 8th introduced. At the same time takes place in process step 14 a cooling of the first joining partner to 350 ° C.

Sobald der erste Fügepartner 1 auf °C abgekühlt ist, werden in Schritt 15 der erste Fügepartner 1 und der zweite Fügepartner 2 mittels elektromagnetischen Pulsschweißens miteinander gefügt. As soon as the first joining partner 1 cooled to ° C, in step 15 the first joining partner 1 and the second joining partner 2 joined together by means of electromagnetic pulse welding.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: erster Fügepartner first joint partner
2 2: zweiter Fügepartner second joint partner
3 3: Riss Crack
4 4: Vorrichtung contraption
5 5: elektronische Steuereinheit electronic control unit
6 6: elektronischer Speicher electronic memory
7 7: Stromquelle power source
8 8th: Induktionsspule induction coil
9 9: Mikroprozessor microprocessor
10 10: Bereitstellen des ersten und des zweiten Fügepartners Provision of the first and the second joining partner
11 11: Einführen des ersten Fügepartners in die Induktionsspule Insertion of the first joining partner in the induction coil
12 12: Erwärmen des ersten Fügepartners mittels Induktion Heating of the first joining partner by induction
13 13: Einführen des zweiten Fügepartners in die Induktionsspule Insertion of the second joining partner in the induction coil
14 14: Abkühlen des ersten Fügepartners Cooling of the first joining partner
15 15: Fügen des ersten Fügepartners mit dem zweiten Fügepartner mittels elektromagnetischen PulsschweißensJoining the first joining partner with the second joining partner by means of electromagnetic pulse welding

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011006364 A9 [0003]
DE 102011055993 B3 [0004]

Claims

Method for joining a first metallic joining partner ( 1 ) with a second metallic joining partner ( 2 ) by means of electromagnetic pulse welding, characterized in that a ductility of the first joining partner ( 1 ) is thermally increased prior to joining ( 12 ).

A method according to claim 1, characterized in that the ductility is thermally increased by induction ( 12 ).

Method according to at least one of claims 1 and 2, characterized in that the first joining partner ( 1 ) is heated to more than 200 ° C before joining ( 12 ).

Method according to claim 3, characterized in that the first joining partner ( 1 ) is first heated to 500 ° C before joining ( 12 ) and only then is added ( 15 ), when it has cooled back to 350 ° C ( 14 ).

Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the first joining partner ( 1 ) consists of an aluminum alloy.

A method according to claim 5, characterized in that the aluminum alloy is an Al226 alloy.

Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the second joining partner ( 2 ) consists of a steel alloy.

Contraption ( 4 ) for joining a first metallic joining partner ( 1 ) with a second metallic joining partner ( 1 ) by means of electromagnetic pulse welding, characterized in that the device ( 4 ) is designed to carry out a method according to at least one of claims 1 to 7.

Contraption ( 4 ) according to claim 8, characterized in that the device ( 4 ) at least one induction coil ( 8th ), wherein the at least one induction coil ( 8th ), both the first mating partner ( 1 ) to heat by induction as well as the first joint partner ( 1 ) with the second joining partner ( 2 ) to join.

Computer program product with a computer program which has software means for carrying out a method according to at least one of claims 1 to 7 in a device according to at least one of claims 8 and 9.