DE102016219802A1

DE102016219802A1 - Vorrichtung, manipulatorsystem und verfahren zum rührreibschweissen

Info

Publication number: DE102016219802A1
Application number: DE102016219802.5A
Authority: DE
Inventors: Otto Kellenberger
Original assignee: KUKA Industries GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rührreibschweißvorrichtung 100 zum Rührreibschweißen von Werkstücken 30, 32, wobei die Rührreibschweißvorrichtung ein Rührreibschweißwerkzeug 150, welches eine Rotationsachse 156 aufweist und zum Rührreibschweißen eingerichtet ist und einen Schmiedekopf 140 umfasst. Das Rührreibschweißwerkzeug ist zumindest teilweise innerhalb des Schmiedekopfs eingerichtet. Der Schmiedekopf weist eine Schmiedefläche A2 auf, die derart angeordnet ist, dass sie beim Rührreibschweißen die vom Rührreibschweißwerkzeug erzeugte Schweißnaht glättet. Der Schmiedekopf 140 und das Rührreibschweißwerkzeug sind relativ zueinander entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs verschiebbar eingerichtet. Weiterhin betriff die Erfindung ein Manipulatorsystem, umfassend die Rührreibschweißvorrichtung und ein Verfahren zum Rührreibschweißen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Rührreibschweißvorrichtung, sowie ein Manipulatorsystem und ein Verfahren zum Rührreibschweißen, wobei die Rührreibschweißvorrichtung zumindest ein Rührreibschweißwerkzeug und einen Schmiedekopf aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Das Rührreibschweißen (englisch: friction stir welding, FSW), ist ein Schweißverfahren, bei dem die entstehende Reibungswärme zwischen einem verschleißfesten rotierenden Werkzeug und den zu verschweißenden Werkstücken ausgenutzt wird.
Dazu wird das rotierende Werkzeug mit hoher Kraft in oder an einen Fügespalt zwischen den zu verschweißenden Werkstücken gedrückt, bis das Werkzeug in den Fügespalt bis zur gewünschten Schweißtiefe eintaucht. Durch die Reibung zwischen Werkzeug und den Werkstücken erwärmt sich der Werkstoff bis knapp unter den Schmelzpunkt der Werkstücke. Dieser Temperaturanstieg hat einen Festigkeitsabfall und eine Plastifizierung des Werkstoffs zur Folge. Eine sich anschließende Vorschubbewegung, kombiniert mit der weiterhin rotierenden Bewegung des Werkzeugs, führt zu einer Vermischung des plastifizierten Werkstoffs im Fügebereich und somit zur Ausbildung einer Schweißnaht.
Aufsteigendes plastifiziertes Material kann zusätzlich durch eine Werkzeugschulter des rotierenden Werkzeugs geglättet werden. Das sich ergebende Schweißnahtbild ähnelt dem einer Frässpur beim Stirnfräsen.
Das Rührreibschweißen eignet sich insbesondere für das Schweißen von Nichteisen-Metallen mit niedriger Schmelztemperatur, wie zum Beispiel Aluminium und Messing. Das Rührreibschweißen kann beispielsweise auch auch für Kupfer, Titan, Magnesium, Zink und Blei eingesetzt werden. Probleme, die beispielsweise beim Schmelzschweißen von Aluminiumlegierungen durch den Phasenübergang verursacht werden, wie die Heißrissproblematik und die Porenbildung, treten beim Rührreibschweißen infolge der Absenz einer flüssigen oder dampfförmigen Phase nicht auf.
Das Rührreibschweißen ermöglicht die Verschweißung von Blechen unterschiedlicher Materialien mit einer Dicke von mehr als 30 mm. Derzeit wird das Rührreibschweißen hauptsächlich für das Verschweißen großflächiger Bauteile verwendet.
Herkömmlicherweise werden für das Rührreibschweißen Spezialmaschinen verwendet, die speziell konstruiert oder umgerüstet werden, um den Anforderungen dieses Verfahrens zu genügen. Insbesondere müssen derartige Spezialmaschinen hohe Steifigkeiten aufweisen, um die wirkenden Prozesskräfte beherrschen zu können. Weiterhin ist es notwendig, um eine hohe Schweißnahtgüte zu erreichen, das Rührreibschweißwerkzeug möglichst schwingungsfrei zu führen. Um eine hohe Schweißnahtgüte zu erreichen werden deshalb vorzugsweise schwingungsarme Maschinen, wie speziell ausgelegte Portalanlagen oder CNC-Maschinen zur Führung des Rührreibschweißwerkzeugs verwendet, welche durch das rotierende Rührreibschweißwerkzeug nur wenig angeregt werden. Allerdings bieten derartige schwingungsarme und steife Maschinen nur eine begrenzte Anzahl an Freiheitsgraden, sodass die Designfreiheit der Schweißnahtkontur beim Rührreibschweißen begrenzt ist.
Sollen hingegen Manipulatoren, wie beispielsweise Industrieroboter zur Führung des Rührreibschweißwerkzeugs verwendet werden, um nahezu beliebige Schweißnahtkonturen zu ermöglichen, treten aufgrund der hohen Prozesskräfte oftmals Schwingungen auf, welche die Güte der Schweißnaht herabsetzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die genannten Nachteile zumindest teilweise auszuräumen und eine Rührreibschweißvorrichtung, sowie ein Manipulatorsystem und ein Verfahren zum Rührreibschweißen bereitzustellen, durch welche ein verbessertes Schwingungsverhalten und eine verbesserte Schweißnahtgüte, erzielt werden kann.
Insbesondere soll eine Rührreibschweißvorrichtung, sowie ein Manipulatorsystem und ein Verfahren zum Rührreibschweißen bereitgestellt werden, welche/welches das Rührreibschweißen mit einem manipulierenden Industrieroboter ermöglichen. Ein manipulierender Industrieroboter ist ein automatisch geführter, mit drei oder mehr frei programmierbaren Bewegungsachsen ausgerüsteter Mehrzweckmanipulator, der entweder ortsfest oder mobil in industriellen Anwendungen eingesetzt wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Rührreibschweißvorrichtung nach Anspruch 1, durch ein Manipulatorsystem nach Anspruch 16 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Rührreibschweißvorrichtung zum Rührreibschweißen von Werkstücken gelöst, wobei die Rührreibschweißvorrichtung ein Rührreibschweißwerkzeug, welches eine Rotationsachse aufweist und zum Rührreibschweißen eingerichtet ist und einen Schmiedekopf umfasst. Das Rührreibschweißwerkzeug ist zumindest teilweise innerhalb des Schmiedekopfs eingerichtet, welcher Schmiedekopf eine Schmiedefläche aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie beim Rührreibschweißen die vom Rührreibschweißwerkzeug erzeugte Schweißnaht glättet, wobei der Schmiedekopf und das Rührreibschweißwerkzeug relativ zueinander entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs verschiebbar eingerichtet sind.
Das Rührreibschweißwerkzeug der Rührreibschweißvorrichtung ist ein rotierbares Rührreibschweißwerkzeug. Wird das Rührreibschweißwerkzeug in Rotation versetzt und taucht dieses in einen Fügespalt zwischen zwei Werkstücken oder in den Fügespalt eines Werkstücks ein, so kann durch eine Vorschubbewegung des rotierenden Rührreibschweißwerkzeugs entlang des Fügespalts eine Schweißnaht mittels Rührreibschweißen erzeugt werden. Aufsteigendes, plastifiziertes Material kann mittels des Schmiedekopfes und insbesondere mittels der Schmiedefläche geglättet werden. Dazu ist die Schmiedefläche derart angeordnet, dass sie über die erzeugte Schweißnaht geführt wird und diese glättet. Das Glätten des plastifizierten Materials erfolgt durch eine entsprechend hohe Anpresskraft des Schmiedekopfs, respektive der Schmiedefläche auf das Werkstück. Der Schmiedekopf wird dabei zusammen mit dem Rührreibschweißwerkzeug entlang des Fügespalts bewegt.
Die relative Verschiebbarkeit von Schmiedekopf und Rührreibschweißwerkzeug zueinander ermöglicht zum Einen eine variable Einstellung der Schweißtiefe t und zum Anderen werden Schwingungen, welche beim Rührreibschweißen oder Glätten der Schweißnaht erzeugt werden, reduziert. Dies verringert die Übertragung von Schwingungen auf die Rührreibschweißvorrichtung bzw. auf die Rührreibschweißvorrichtung führende Anlage, wie etwa einen Industrieroboter.
Außerdem ermöglicht die relative Verschiebbarkeit von Schmiedekopf und Rührreibschweißwerkzeug zueinander, eine Änderung der Schweißtiefe t während des Rührreibschweißens. Dazu wird die Rührreibschweißvorrichtung auf das zu verschweißende Werkstück aufgesetzt. Anschließend taucht das Rührreibschweißwerkzeug bis zu einer gewünschten Schweißtiefe in den Fügespalt ein und der Schmiedekopf wird, da er auf dem Werkstück aufsetzt, relativ zum Rührreibschweißwerkzeug verschoben. Folglich kann die Schweißtiefe durch die Eintauchtiefe des Rührreibschweißwerkzeugs eingestellt werden und aufgrund der relativen Verschiebbarkeit von Rührreibschweißwerkzeug und Schmiedekopf zueinander ein ständiger Kontakt zwischen Werkzeug und Schmiedekopf, bzw. Schmiedefläche, beim Rührreibschweißen aufrecht erhalten werden. Dies führt zu einer guten Glättung der Schweißnaht bei unterschiedlichen Eintauchtiefen. Weiterhin kann die Glättung auch dann erfolgen, wenn die die Rührreibschweißvorrichtung führende Anlage der Werkstückkontur nicht exakt folgt, bzw. folgen kann. Eine gute Glättung der Schweißnaht führt zu einer hohen Schweißnahtgüte.
Weiterhin kann der Schmiedekopf relativ zum Rührreibschweißwerkzeug drehbar um die Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs gelagert sein.
Die drehbare Lagerung des Schmiedekopfs relativ zum Rührreibschweißwerkzeug um die Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs ermöglicht verschiedene Betriebsmodi des Schmiedekopfs. Er kann z.B. mit dem Rührreibschweißwerkzeug mitrotieren (mit gleicher oder anderer Rotationsgeschwindigkeit), es kann ein Schlupf zwischen Schmiedekopf und Rührreibschweißwerkzeug vorgesehen werden und/oder der Schmiedekopf wird nicht rotiert.
Vorzugsweise rotiert der Schmiedekopf nicht mit oder mit einer verlangsamten Rotationsgeschwindigkeit, wenn das Rührreibschweißwerkzeug mit keinem Werkstück in Kontakt ist. Somit kann der Schmiedekopf das rotierende Rührreibschweißwerkzeug, welches zumindest teilweise im Schmiedekopf angeordnet ist, von der Umgebung zumindest teilweise abschirmen, wodurch die Gefährdung von in der Umgebung befindlichen Gegenständen und Personen durch das rotierende Rührreibschweißwerkzeug reduziert werden kann. Wird hingegen eine Rührreibschweißung mittels der Rührreibschweißvorrichtung durchgeführt, so kann der Schmiedekopf in Bewegung versetzt werden. Dies geschieht insbesondere durch die Übertragung von Rotationsenergie des Rührreibschweißwerkzeugs auf den Schmiedekopf. Tritt beispielsweise plastifiziertes Material in einen Spalt zwischen dem Rührreibschweißwerkzeug und dem Schmiedekopf ein, so kann über das plastifizierte Material Rotationsenergie auf den Schmiedekopf übertragen werden und diesen in Rotation versetzen.
Durch das Rotieren des Schmiedekopfs kann eine Führung der Rührreibschweißvorrichtung beim Rührreibschweißen über das Werkstück verbessert werden, da der sich drehende Schmiedekopf zusätzliche Reibungswärme erzeugt und die Plastifizierung des Materials unterstützt. Insbesondere können noch nicht plastifizierte Bereiche des Fügespalts vorgewärmt werden, wodurch eine Plastifizierung des Materials mittels des rotierenden Rührreibschweißwerkzeugs vereinfacht wird. Dies führt zu höheren möglichen Vorschubgeschwindigkeiten.
Überdies kann die Rührreibschweißvorrichtung weiterhin ein Kupplungselement aufweisen, wobei der Schmiedekopf derart mit dem Kupplungselement gekuppelt sein kann, dass der Schmiedekopf relativ zum Rührreibschweißwerkzeug drehbar um die Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs gelagert ist.
Das Kupplungselement, mit welchem der Schmiedekopf gekuppelt ist, kann die Drehung des Schmiedekopfs relativ zum Rührreibschweißwerkzeug ermöglichen. Insbesondere ist die Kupplung eingerichtet, um die Bedingungen, unter denen der Schmiedekopf mit dem rotierenden Rührreibschweißwerkzeug mitrotiert einstellen zu können.
Das Kupplungselement kann eine Kuppelfläche aufweisen, welche der Abstützung des Schmiedekopfs in einer Richtung entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs dient. In diesem Fall ist die Rotationsgeschwindigkeit des Schmiedekopfs abhängig von dem Verhältnis der Schmiedefläche zu der Kuppelfläche, den Reibwerten zwischen Werkstück und Schmiedefläche sowie zwischen Kuppelelement und Schmiedekopf sowie einer Anpresskraft F des Schmiedekopfs auf das Werkstück und der vom rotierenden Rührreibschweißwerkzeug auf den Schmiedekopf übertragenen Rotationsenergie. Somit kann beispielsweise über eine Einstellung der Anpresskraft F die Rotationsgeschwindigkeit des Schmiedekopfs bestimmt bzw. eingestellt werden.
Weiterhin kann der Schmiedekopf derart mit dem Kupplungselement gekuppelt sein, dass der Schmiedekopf und das Rührreibschweißwerkzeug beim Rührreibschweißen eines Werkstücks unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen können, wobei der Unterschied der Rotationsgeschwindigkeiten des Schmiedekopfs und des Rührreibschweißwerkzeugs vorzugsweise von einer Anpresskraft F des Schmiedekopfs auf das Werkstück abhängig ist.
Insbesondere kann das Kuppelelement eine Rutschkupplung sein. Abhängig von der Anpresskraft F des Schmiedekopfs auf das Werkstück, kann der mitrotierende Schmiedekopf von dem rotierenden Rührreibschweißwerkzeug ausgekuppelt werden.
Bleibt beispielsweise der Schmiedekopf aufgrund einer Unebenheit eines Werkstücks kurz hängen, kann das Rührreibschweißwerkzeug ungehindert weiter rotieren. Somit werden Stöße und/oder Schwingungen nicht an die Rührreibschweißvorrichtung bzw. die die Rührreibschweißvorrichtung führende Anlage übertragen und/oder reduziert. Dies führt zu einer Verbesserung der Güte der erzeugten Schweißnaht.
Insbesondere kann die Rührreibschweißvorrichtung weiterhin einen Hauptkörper aufweisen, an welchem das Kupplungselement verdrehsicher und translatorisch verschiebbar gelagert ist, um den Schmiedekopf und das Rührreibschweißwerkzeug relativ zueinander entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs verschieben zu können.
Ist das Kupplungselement verdrehsicher und translatorisch verschiebbar in einem Hauptkörper gelagert, so kann die Verschiebbarkeit des Schmiedekopfs relativ zum Rührreibschweißwerkzeug entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs von der drehbaren Lagerung des Schmiedekopfs relativ zum Rührreibschweißwerkzeug um die Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs funktional getrennt werden. Dies ermöglicht eine vereinfachte Lagerung. Insbesondere können so längere Standzeiten der Rührreibschweißvorrichtung erzielt werden.
Überdies kann die Schmiedefläche des Schmiedekopfs eine Öffnung aufweisen, durch die das Rührreibschweißwerkzeug hindurchtreten kann, und das Rührreibschweißwerkzeug eine Stirnfläche aufweisen, wobei der Schmiedekopf und das Rührreibschweißwerkzeug derart relativ verschiebbar zueinander entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs eingerichtet sind, dass die Stirnfläche des Rührreibschweißwerkzeugs außerhalb des Schmiedekopfs angeordnet werden kann, und der Abstand zwischen der Stirnfläche des Rührreibschweißwerkzeug und der Schmiedefläche vorzugsweise im Bereich von 0 mm bis 40 mm, bevorzugt im Bereich von 3 bis 30 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 4 bis 15 mm einstellbar ist.
Kann die Stirnfläche des Rührreibschweißwerkzeugs außerhalb des Schmiedekopfs angeordnet werden, und kann der Abstand zwischen der Stirnfläche des Rührreibschweißwerkzeugs und der Schmiedefläche variabel eingestellt werden, so ist es möglich mit der Rührreibschweißvorrichtung unterschiedliche Schweißtiefen und unterschiedliche Eintauchtiefen des Rührreibschweißwerkzeugs zu erreichen, während die erzeugte Schweißnaht mittels der Schmiedefläche geglättet wird. Dies ermöglicht einen Wechsel der Schweißtiefe, ohne die Rührreibschweißvorrichtung selbst umbauen zu müssen. Weiterhin kann so eine variable Schweißtiefe während des Schweißens realisiert werden. Beispielsweise kann entlang eines Fügespalts zunächst mit einer geringen Schweißtiefe geschweißt werden. Anschließend kann die Schweißtiefe erhöht werden. Somit können Schweißnähte unterschiedlicher Schweißtiefe in Bauteilen mit variabler Dicke realisiert werden.
Des Weiteren können der Schmiedekopf und das Rührreibschweißwerkzeug derart relativ verschiebbar zueinander entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs eingerichtet sein, dass das Rührreibschweißwerkzeug vollständig in den Schmiedekopf bewegt werden kann.
Somit ist es möglich, das Rührreibschweißwerkzeug von der Umgebung abzuschirmen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da das Rührreibschweißwerkzeug nach dem Schweißen eine sehr hohe Temperatur aufweist. Überdies kann beispielsweise bei einer Unterbrechung der Schweißnaht die Rührreibschweißvorrichtung vom Werkstück abgehoben werden. In diesem Fall kann das Rührreibschweißwerkzeug vollständig in den Schmiedekopf bewegt werden und dabei weiter rotieren, ohne dass von dem rotierenden Rührreibschweißwerkzeug eine Gefahr für die Umwelt ausgeht. Dies ermöglicht den Einsatz der Rührreibschweißvorrichtung in unmittelbarer Zusammenarbeit mit Menschen, mit reduzierten Sicherheits- und Überwachungsvorrichtungen. Insbesondere kann mit der Rührreibschweißvorrichtung MRK-Fähigkeit (Mensch-Roboter-Kollaboration) erreicht werden.
Insbesondere kann der Schmiedekopf relativ zum Rührreibschweißwerkzeug translatorisch und/oder rotatorisch festlegbar sein. Ist der Schmiedekopf relativ zum Rührreibschweißwerkzeug translatorisch und/oder rotatorisch festlegbar, so kann die Rührreibschweißvorrichtung, anwendungsabhängig, wie ein herkömmliches Rührreibschweißwerkzeug verwendet werden. Dies kann bei bestimmten Anwendungen notwendig sein und ermöglicht das Schweißen dieser Anwendungen ohne einen Werkzeugwechsel vornehmen zu müssen.
Eine translatorische Festlegung ermöglicht eine feste Schweißtiefe, wohingegen eine rotatorische Festlegung des Schmiedekopfs sicherstellt, dass der Schmiedekopf mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Rührreibschweißwerkzeug rotiert. Die Festlegung des Schmiedekopfs relativ zum Rührreibschweißwerkzeug kann durch Formschluss, Kraftschluss und/oder dergleichen erfolgen. Insbesondere können Verriegelungselemente, wie Bolzen oder ähnliches genutzt werden, um die Festlegung zu erzielen. Weitere bekannte Welle-Nabe-Verbindungen wie Passfedern, Pressverbindungen und dergleichen sind ebenfalls möglich.
Weiterhin kann der Schmiedekopf eine rotationssymmetrische Außenkontur aufweisen, wobei die Außenkontur zumindest teilweise an eine Schweißnahtform angepasst ist. Durch die teilweise Anpassung der Außenkontur an eine Schweißnahtform, ist es möglich, unterschiedliche Schweißnahtgeometrien zu erzeugen. Beispielsweise kann so eine I-Naht, eine Bördelnaht, eine V-Naht, eine X-Naht, eine U-Naht, eine Ecknaht, eine Überlappnaht und/oder Kehlnaht geschweißt werden. Weitere Nahtformen können durch entsprechende Anpassung des Schmiedekopfes erzeugt werden. Insbesondere kann durch die Anpassung des Schmiedekopfs eine Glättung der erzeugten Schweißnaht erzielt werden, so dass eine hohe Schweißnahtgüte erreicht werden kann.
Überdies kann der Schmiedekopf ein Hohlzylinderteil aufweisen, welches der Schmiedefläche benachbart ist, und das Rührreibschweißwerkzeug kann einen Zylinderteil aufweisen, welches innerhalb des Hohlzylinderteils angeordnet ist, wobei ein radialer Spalt zwischen dem Hohlzylinderteil des Schmiedekopfs und dem Zylinderteil des Rührreibschweißwerkzeugs vorgesehen ist. Dieser Spalt ist dabei vorzugsweise kleiner als 0,5 mm, noch bevorzugter kleiner als 0,25 mm und am bevorzugtesten kleiner als 0,1 mm.
Beim Rührreibschweißen steigt plastifiziertes Material am Rührreibschweißwerkzeug empor und wird durch die Schmiedefläche des Schmiedekopfes geglättet. Um zu verhindern, dass das aufsteigende plastifizierte Material in signifikanter Menge zwischen Rührreibschweißwerkzeug und Schmiedekopf gelangt, wird der Spalt zwischen Rührreibschweißwerkzeug und Schmiedekopf möglichst klein gewählt. Somit kann verhindert werden, dass, beispielsweise bei einer Unterbrechung des Schweißvorgangs, plastifiziertes Material im Spalt zwischen Schmiedekopf und Rührreibschweißwerkzeug aushärtet und zu einem Verschweißen und/oder Festsetzen der Teile der Rührreibschweißvorrichtung, insbesondere des Rührreibschweißwerkzeugs und des Schmiedekopfs führt.
Weiterhin ermöglicht ein kleiner Spalt eine gute Führung des Schmiedekopfs, welcher translatorisch und/oder rotatorisch frei gelagert ist. Somit kann die Schwingungsanregung des Schmiedekopfs signifikant reduziert werden, wodurch die Schweißnahtgüte und die Glättung der erzeugten Schweißnaht verbessert wird.
Zudem kann das Hohlzylinderteil des Schmiedekopfs zumindest einen Kanal aufweisen, welcher die Innenfläche des Hohlzylinderteils mit einer Außenfläche des Schmiedekopfs verbindet. Die Bereitstellung eines Kanals zwischen der Innenfläche des Hohlzylinderteils und der Außenfläche des Schmiedekopfes ermöglicht die Abführung des aufsteigenden plastifizierten Materials, so dass das plastifizierte Material aus dem Spalt zwischen Hohlzylinderteil und Zylinderteil entfernt wird. Somit kann ein ungewolltes Festsetzen zwischen Schmiedekopf und Rührreibschweißwerkzeug vermieden werden. Das abgeführte plastifizierte Material wird über die Kanäle an die Außenfläche des Schmiedekopfs geleitet und kann dort abgenommen werden.
Insbesondere kann das Hohlzylinderteil eine Höhe h im Bereich von 1 mm bis 25 mm, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 20 mm und am bevorzugtesten im Bereich von 8 bis 14 mm aufweisen. Die genannten Höhen h des Hohlzylinderteils haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um zum Einen eine stabile, schwingungsfreie Führung des Schmiedekopfes zu gewährleisten und zum Anderen ein Aufsteigen des plastifizierten Materials in das Innere des Schmiedekopfes, über das Hohlzylinderteil hinaus, zu verhindern.
Insbesondere kann sich an den Hohlzylinderteil ein sich weitender Teil anschließen. Wird das Rührreibschweißwerkzeug relativ zum Schmiedekopf derart bewegt, dass sich das Zylinderteil des Rührreibschweißwerkzeugs nicht mehr im Hohlzylinderteil des Schmiedekopfs befindet, so kann ein ungewolltes Festsetzen sicher ausgeschlossen werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Schweißen unterbrochen wird, sodass das Rührreibschweißwerkzeug und/oder der Schmiedekopf abkühlen. In diesem Fall würde plastifiziertes Material, welches sich im Spalt zwischen Schmiedekopf und Rührreibschweißwerkzeug befindet ein ungewolltes Festsetzen hervorrufen. Dies kann durch die gewählte Höhe des Hohlzylinderteils und geeignetes Verschieben von Schmiedekopf und Rührreibschweißwerkzeug verhindert werden.
Weiterhin kann der Schmiedekopf entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs mittels eines elastischen Elements derart vorgespannt sein, um einer Druckkraft auf die Schmiedefläche entgegenzuwirken (der Schmiedekopf ist also in Richtung des zu bearbeitenden Werkstücks vorgespannt), wobei das elastische Element vorzugsweise eine Feder ist. Die Vorspannung des Schmiedekopfs entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs ermöglicht es, den Schmiedekopf mit seiner Schmiedefläche mit einer konstanten Anpresskraft F auf die Werkstückoberfläche zu pressen. Dies führt zu einer gleichmäßigen Glättung der Schweißnaht. Weiterhin kann durch die konstante Anpresskraft und das Vorhandensein eines elastischen Elements das Schwingungsverhalten der Rührreibschweißvorrichtung verbessert werden. Das elastische Element kann dabei eine Feder sein, wie beispielsweise eine Spiralfeder oder eine Tellerfeder. Andere elastische Elemente sind ebenso möglich.
Die Vorspannkraft mit welcher der Schmiedekopf vorgespannt ist, kann einstellbar sein, um beim Rührreibschweißen eine bestimmte Anpresskraft des Schmiedekopfs auf ein Werkstück bereitstellen zu können. Ist die Vorspannkraft einstellbar, so können unterschiedliche Anpresskräfte des Schmiedekopfs realisiert werden. Somit können beim Schweißen Werkstückparameter, wie die Werkstückgeometrie und der Werkstoff des Werkstücks berücksichtigt werden, um eine optimale Schweißnaht, insbesondere eine optimale Glättung der Schweißnaht, zu erzielen.
Überdies kann die Rührreibschweißvorrichtung dazu eingerichtet sein, um an einen Manipulatorflansch angebracht zu werden. Ist die Rührreibschweißvorrichtung zur Anbringung an einem Manipulatorflansch eingerichtet, so kann die Rührreibschweißvorrichtung variabel beispielsweise an einem Industrieroboter eingesetzt werden. Dies ermöglicht die Schweißung komplexer Schweißnahtkonturen, da ein Manipulator bzw. ein Industrieroboter typischerweise dazu eingerichtet ist, abhängig von seinen Freiheitsgraden beliebige Schweißnahtkonturen, wie 3D-Konturen abfahren zu können.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Manipulatorsystem, welches einen Manipulator und eine Manipulatorsteuerungseinrichtung umfasst. Der Manipulator umfasst weiterhin eine erfindungsgemäße Rührreibschweißvorrichtung, wobei die Manipulatorsteuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Manipulator beim Rührreibschweißen zu steuern.
Das Manipulatorsystem ermöglicht die Schweißung einer Rührreibschweißnaht auf komplexen Bauteilen entlang nahezu beliebiger 3D-Geometrien. Dazu wird die beschriebene Rührreibschweißvorrichtung mittels des Manipulators geführt. Die Steuerung des Manipulators und insbesondere der Rührreibschweißvorrichtung kann dabei von einer Manipulatorsteuerungseinrichtung ausgeführt werden. Somit können mit dem Manipulatorsystem variable Werkstücke geschweißt werden. Insbesondere ist durch die Anpassung der Steuerung des Manipulatorsystems ein schneller, universeller Wechsel von Werkstücken möglich.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Rührreibschweißen mittels einer erfindungsgemäßen Rührreibschweißvorrichtung oder eines Manipulatorsystems, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

• Aufsetzen des Schmiedekopfs auf zumindest ein Werkstück;
• Eintauchen des rotierenden Rührreibschweißwerkzeugs in oder auf einen Fügespalt des zumindest einen Werkstücks;
• Bewegen der Rührreibschweißvorrichtung entlang des Fügespalts, um mittels des Rührreibschweißwerkzeugs eine Schweißnaht zu erzeugen;
• Glätten der vom Rührreibschweißwerkzeug erzeugten Schweißnaht mittels des Schmiedekopfs.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht die Erzeugung von Rührreibschweißnähten mit hoher Güte mit einer verbesserten Glättung, wie oben beschrieben.
Das Verfahren zum Rührreibschweißen kann weiterhin die folgenden Verfahrensschritte umfassen:

• Zurückziehen des rotierenden Rührreibschweißwerkzeugs aus dem Fügespalt, und
• Abheben der Rührreibschweißvorrichtung von dem zumindest einen Werkstück.

Nach dem Zurückziehen des Rührreibschweißwerkzeugs und dem Abheben der Rührreibschweißvorrichtung, ist die Schweißung einer Schweißnaht abgeschlossen. Das Zurückziehen des rotierenden Rührreibschweißwerkzeugs aus dem Fügespalt kann entlang der Rotationsachse des Rührreibschweißwerkzeugs erfolgen. Ebenso ist es möglich, das Rührreibschweißwerkzeug unter einem anderen Winkel aus dem Fügespalt zurückzuziehen. Beispielsweise kann das Rührreibschweißwerkzeug entlang des Fügespalts aus dem Fügespalt hinausbewegt werden. Ebenso ist eine Überlagerung von Vorschubbewegung und einer zum Fügespalt senkrechten Rückzugsbewegung möglich, um das rotierende Schweißwerkzeug aus den Fügespalt zurückzuziehen.
Weiterhin kann der Schmiedekopf nach dem Zurückziehen des Rührreibschweißwerkzeugs noch über die letzte Eintauchstelle des Rührreibschweißwerkzeugs geführt werden, um eine vollständige Glättung der erzeugten Schweißnaht zu erzielen.
Überdies können die Rührreibschweißvorrichtung und/oder der Manipulator kraftgeregelt geführt werden. Eine kraftgeregelte Führung ist insbesondere vorteilhaft, um der Werkstückkontur mit konstanter Kraft folgen zu können. Dies führt zu einer hohen Schweißnahtgüte. Weiterhin ist die Kraftregelung in MRK-fähigen Systemen vorteilhaft, da das Manipulatorsystem und/oder die Rührreibschweißvorrichtung genutzt werden können, um beispielsweise einen Werkstückkontakt von dem Kontakt mit einem in der Umgebung befindlichen Menschen zu unterscheiden.
Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Manipulatorsystems, welches zum Rührreibschweißen eingerichtet ist;
2 eine schematische Schnittansicht eines Rührreibschweiß-Werkzeugs,
3A eine schematische Darstellung einer Rührreibschweißvorrichtung beim Schweißen einer I-Naht;
3B eine schematische Darstellung einer Rührreibschweißvorrichtung beim Schweißen einer Kehlnaht, und
4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Rührreibschweiß-Verfahrens.
Insbesondere zeigt 1 ein Manipulatorsystem 1, welches zur Führung eines Rührreibschweißwerkzeugs 100 eingerichtet ist. Das Manipulatorsystem 1 umfasst einen Manipulator 10, welcher beispielsweise ein Industrieroboter ist. Weiterhin umfasst das Manipulatorsystem 1 eine Manipulatorsteuerungseinrichtung 20, welche dazu eingerichtet ist, den Manipulator 10 beim Rührreibschweißen zu steuern. Der Manipulator 10 umfasst weiterhin einen Manipulatorflansch 12, an welchem das Rührreibschweißwerkzeug 100 angebracht werden kann. Das Manipulatorsystem 1 ist dazu eingerichtet Werkstücke 30, 32 durch Rührreibschweißen miteinander zu verbinden. Dazu wird entlang eines Fügespalts 34 mittels der Rührreibschweißvorrichtung 100 eine Schweißnaht erzeugt. Der Manipulator 10 führt das Rührreibschweißwerkzeug der Rührreibschweißvorrichtung 100 entlang des Fügespalts 34, um eine Schweißnaht zu erzeugen.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Rührreibschweißvorrichtung 100, welche beispielsweise an einem Manipulatorflansch angebracht werden kann. Dazu verfügt die Rührreibschweißvorrichtung 100 über einen Hauptkörper 110, ein Kupplungselement 130, einen Schmiedekopf 140, sowie über ein rotierbares Rührreibschweißwerkzeug 150. Zum Rührreibschweißen wird die Rührreibschweißvorrichtung 100 mittels des Schmiedekopfs 140 bzw. der Schmiedefläche A2 auf zumindest ein Werkstück 30, 32 aufgesetzt. Die Werkstücke 30, 32 bilden einen Fügespalt 34, entlang welchem die Schweißnaht geschweißt werden soll. Zum Schweißen wird das Rührreibschweißwerkzeug 150 in Rotation versetzt und in den Fügespalt 34 eingetaucht. Vorzugsweise ist das Rührreibschweißwerkzeug 150 zumindest teilweise innerhalb des Schmiedekopfs 140 eingerichtet.
In der Darstellung der 2 ist das Rührreibschweißwerkzeug 150 vollständig in den Schmiedekopf 140 hineinbewegt worden. Zwischen der Stirnfläche A3 des Rührreibschweißwerkzeugs und der Schmiedefläche A2 ist ein Abstand b eingestellt. Somit ist das rotierende Rührreibschweißwerkzeug von der Umgebung abgeschirmt. Zum Rührreibschweißen wird das Rührreibschweißwerkzeug 150 relativ zum Schmiedekopf 140 axial entlang der Rotationsachse 156 des Rührreibschweißwerkzeugs verschoben, um mit einer Tiefe t in den Fügespalt 34 einzutauchen.
Der in 2 dargestellte Schmiedekopf 140 ist zudem relativ zum Rührreibschweißwerkzeug 150 drehbar gelagert. Dies wird durch das Kupplungselement 130 erzielt. Insbesondere läuft der Schmiedekopf 140 auf der Kupplungsfläche A1 des Kupplungselements 130. Somit kann sich der Schmiedekopf 140 mit einer von der Rotationsgeschwindigkeit des Rührreibschweißwerkzeugs 150 abweichenden Rotationsgeschwindigkeit (Schlupf) drehen. Der Unterschied der Rotationsgeschwindigkeiten ist abhängig von einer Anpresskraft F des Schmiedekopfs auf das Werkstück 30, 32, sowie der Größe der Flächen A1 und A2 und deren Reibwerten. Weiterhin ist die Rotationsgeschwindigkeit des Schmiedekopfs abhängig von dem Mitnehmereffekt, durch welchen Rotationsenergie vom Rührreibschweißwerkzeug 150 auf dem Schmiedekopf 140 übertragen wird. Dies geschieht insbesondere durch aufsteigendes plastifiziertes Material, welches in den Spalt zwischen dem Zylinderteil 154 des rotierenden Rührreibschweißwerkzeugs 150 und dem Hohlzylinderteil 146 des Schmiedekopfs 140 aufsteigt.
Dieser Spalt zwischen Hohlzylinderteil 146 und Zylinderteil 154 ist vorzugsweise klein und beispielsweise 0,1 mm. Das aufsteigende plastifizierte Material kann durch die Kanäle 142, 144 von einer Innenfläche des Hohlzylinderteils 146 zu einer Außenfläche des Schmiedekopfs 140 abgeführt werden. Das Hohlzylinderteil 146 ist vorzugsweise von einer Kante 148 begrenzt, ab welcher sich die Innenkontur des Schmiedekopfs 140 weitet. Das Hohlzylinderteil 146 weist dabei vorzugsweise eine Höhe h auf, welche im Bereich von 1–25 mm liegt. Hierdurch wird verhindert, dass aufsteigendes plastifiziertes Material durch den Spalt zwischen Hohlzylinderteil und Zylinderteil weiter aufsteigt. Somit kann ein ungewolltes Festsetzen zwischen Rührreibschweißwerkzeug und Schmiedekopf verhindert werden.
Weiterhin ist der Schmiedekopf 140 relativ zum Rührreibschweißwerkzeug 150 axial verschiebbar eingerichtet. Dies ist wie in 2 zu sehen durch eine axiale federnde Lagerung des Kupplungselements 130 realisiert. Beispielsweise kann der Hauptkörper 110 eine Aufnahme aufweisen, welche durch die Wand 112 begrenzt ist. Innerhalb der Aufnahme ist ein Federelement 120 angeordnet, welches die axial federnde Lagerung des Kupplungselements 130 ermöglicht. Somit kann durch eine Anpresskraft F der Rührreibschweißvorrichtung 100 auf ein Werkstück 30, 32 eine konstante Anpresskraft F des Schmiedekopfs 140 erzielt werden.
Beim Rührreibschweißen wird zunächst der Schmiedekopf 140 auf das Werkstück 30, 32 aufgesetzt. Wird die Rührreibschweißvorrichtung 100 weiter in Richtung des Werkstücks 30, 32 gedrängt, so taucht die Stirnfläche A3 des rotierenden Rührreibschweißwerkzeugs 150 durch eine Öffnung in der Schmiedefläche A2 hindurch, bis eine gewünschte Schweißtiefe t erreicht ist. Wird anschließend die Rührreibschweißvorrichtung 100 entlang des Fügespalts 34 bewegt, so kann eine konstante Anpresskraft F des Schmiedekopfs 140 auf das Werkstück 30, 32 erreicht werden und eine gute Glättung der Schweißnaht erzielt werden.
3A zeigt eine schematische Darstellung einer Rührreibschweißvorrichtung 100, wobei die Außenkontur des Schmiedekopfs 140 zur Schweißung einer I-Naht angepasst ist. Dazu sind die Werkstücke 30, 32 zur I-Nahtschweißung parallel zueinander ausgerichtet. Das Rührreibschweißwerkzeug 150 taucht bis zu einer Schweißnahttiefe t in die Werkstücke 30, 32 ein, um eine Schweißnaht entlang des Fügespalts 34 zu bilden. 3B zeigt eine Rührreibschweißvorrichtung 100‘, wobei die Außenkontur des Schmiedekopfs 140‘ zur Schweißung einer Kehlnaht angepasst ist. Die Werkstücke 30‘, 32‘ sind senkrecht zueinander angeordnet. Das Rührreibschweißwerkzeug 150‘ erzeugt eine Kehlnaht, wobei der Schmiedekopf 140‘ die erzeugte Kehlnaht glättet.
4 zeigt einen schematischen Ablauf eines Schweißverfahrens mittels der Rührreibschweißvorrichtung. In Schritt S1 wird der Schmiedekopf 140 auf zumindest ein Werkstück 30, 32 aufgesetzt. Anschließend wird in Schritt S2 das rotierende Rührreibschweißwerkzeug 150 in einen Fügespalt 34 des Werkstücks 30, 32 eingetaucht. In Schritt S3 wird die Rührreibschweißvorrichtung entlang des Fügespalts 34 bewegt, um mittels des Rührreibschweißwerkzeugs eine Schweißnaht zu erzeugen. In Schritt S4 wird die vom Rührreibschweißwerkzeug erzeugte Schweißnaht mittels des Schmiedekopfs, insbesondere mittels der Schmiedefläche, geglättet. In Schritt S5 wird das rotierende Rührreibschweißwerkzeug aus dem Fügespalt zurückgezogen und in Schritt S6 kann die Rührreibschweißvorrichtung von dem zumindest einen Werkstück abgehoben werden. Dabei die Rührreibschweißvorrichtung, und/oder der das Rührreibschweißwerkzeug führende Manipulator kraftgeregelt.
Bezugszeichenliste

1: Manipulatorsystem
10: Manipulator
12: Manipulatorflansch
20: Manipulatorsteuerungsvorrichtung
30, 32: Werkstück
30‘, 32‘: Werkstück
34, 34‘: Fügespalt
100, 100‘: Rührreibschweißvorrichtung
110: Hauptkörper
112: Wand
120: elastisches Element
130: Kupplungselement
140, 140‘: Schmiedekopf
142, 144: Kanal
146: Hohlzylinderteil
148: Kante
150, 150‘: Rührreibschweißwerkzeug
154: Zylinderteil
156: Rotationsachse
A1: Kupplungsfläche
A2: Schmiedefläche
A3: Stirnfläche
b: Abstand
h: Höhe des Hohlzylinderteils
t: Schweißtiefe
F: Anpresskraft
S1–S6: Verfahrensschritte

Claims

Rührreibschweißvorrichtung (100) zum Rührreibschweißen von Werkstücken (30, 32), wobei die Rührreibschweißvorrichtung (100) umfasst: ein Rührreibschweißwerkzeug (150), welches eine Rotationsachse (156) aufweist und zum Rührreibschweißen eingerichtet ist; und einen Schmiedekopf (140), wobei das Rührreibschweißwerkzeug (150) zumindest teilweise innerhalb des Schmiedekopfs eingerichtet ist, welcher Schmiedekopf (140) eine Schmiedefläche (A2) aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie beim Rührreibschweißen die vom Rührreibschweißwerkzeug (150) erzeugte Schweißnaht glättet, und wobei der Schmiedekopf (140) und das Rührreibschweißwerkzeug (150) relativ zueinander entlang der Rotationsachse (156) des Rührreibschweißwerkzeugs (150) verschiebbar eingerichtet sind.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Schmiedekopf (140) relativ zum Rührreibschweißwerkzeug (150) drehbar um die Rotationsachse (156) des Rührreibschweißwerkzeugs (150) gelagert ist.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rührreibschweißvorrichtung (100) weiterhin ein Kupplungselement (130) aufweist, wobei der Schmiedekopf (140) derart mit dem Kupplungselement (130) gekuppelt ist, dass der Schmiedekopf (140) relativ zum Rührreibschweißwerkzeug (150) drehbar um die Rotationsachse (156) des Rührreibschweißwerkzeugs (150) gelagert ist.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der Schmiedekopf (140) derart mit dem Kupplungselement (130) gekuppelt ist, dass der Schmiedekopf (140) und das Rührreibschweißwerkzeug (150) beim Rührreibschweißen eines Werkstücks (30, 32) unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen können, wobei der Unterschied der Rotationsgeschwindigkeiten des Schmiedekopfs (140) und des Rührreibschweißwerkzeugs (150) vorzugsweise von einer Anpresskraft (F) des Schmiedekopfs (140) auf das Werkstück (30, 32) abhängig ist.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Rührreibschweißvorrichtung (100) weiterhin einen Hauptkörper (110) aufweist, an welchem das Kupplungselement (130) verdrehsicher und translatorisch verschiebbar gelagert ist, um den Schmiedekopf (140) und das Rührreibschweißwerkzeug (150) relativ zueinander entlang der Rotationsachse (156) des Rührreibschweißwerkzeugs (150) verschieben zu können.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmiedefläche (A2) des Schmiedekopfs (140) eine Öffnung (146) aufweist, durch die das Rührreibschweißwerkzeug (150) hindurchtreten kann, und das Rührreibschweißwerkzeug (150) eine Stirnfläche (A3) aufweist, wobei der Schmiedekopf (140) und das Rührreibschweißwerkzeug (150) derart relativ verschiebbar zueinander entlang der Rotationsachse (156) des Rührreibschweißwerkzeugs (150) eingerichtet sind, dass die Stirnfläche (A3) des Rührreibschweißwerkzeugs (150) außerhalb des Schmiedekopfs (140) angeordnet werden kann, und der Abstand zwischen der Stirnfläche (A3) des Rührreibschweißwerkzeug (150) und der Schmiedefläche (A2) vorzugsweise im Bereich von 0 mm bis 40 mm, bevorzugt im Bereich von 3 bis 30 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 4 bis 15 mm einstellbar ist.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schmiedekopf (140) und das Rührreibschweißwerkzeug (150) derart relativ zueinander entlang der Rotationsachse (156) des Rührreibschweißwerkzeugs (150) verschiebbar eingerichtet sind, dass das Rührreibschweißwerkzeug (150) vollständig in den Schmiedekopf (140) bewegt werden kann.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schmiedekopf (140) relativ zum Rührreibschweißwerkzeug (150) translatorisch und/oder rotatorisch festlegbar ist.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schmiedekopf (140) eine rotationssymmetrische Außenkontur aufweist, und wobei die Außenkontur zumindest teilweise an eine Schweißnahtform angepasst ist.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schmiedekopf (140) ein Hohlzylinderteil (146) aufweist, welcher der Schmiedefläche (A2) benachbart ist, und wobei das Rührreibschweißwerkzeug (150) einen Zylinderteil (154) aufweist, welcher innerhalb des Hohlzylinderteils (146) angeordnet ist, wobei ein radialer Spalt zwischen dem Hohlzylinderteil (146) des Schmiedekopfs (140) und dem Zylinderteil (154) des Rührreibschweißwerkzeugs (150) vorgesehen ist, der vorzugsweise kleiner als 0,5 mm, noch bevorzugter kleiner als 0,25 mm und am bevorzugtesten kleiner als 0,1 mm ist.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei das Hohlzylinderteil (146) des Schmiedekopfs (140) zumindest einen Kanal (142, 144) aufweist, welcher die Innenfläche des Hohlzylinderteils (146) mit einer Außenfläche des Schmiedekopfs (140) verbindet.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Hohlzylinderteil (146) eine Höhe (h) im Bereich von 1 mm bis 25 mm, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 20 mm und am bevorzugtesten im Bereich von 8 bis 14 mm aufweist.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schmiedekopf (140) entlang der Rotationsachse (156) des Rührreibschweißwerkzeugs (150) mittels eines elastischen Elements (120) derart vorgespannt ist, um einer Druckkraft auf die Schmiedefläche (A2) entgegenzuwirken, wobei das elastische Element (120) vorzugsweise eine Feder ist.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach Anspruch 13, wobei eine Vorspannkraft mit welcher der Schmiedekopf (140) vorgespannt ist, einstellbar ist, um beim Rührreibschweißen eine bestimmte Anpresskraft des Schmiedekopfs (140) auf ein Werkstück (30, 32) bereitstellen zu können.
Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rührreibschweißvorrichtung (100) eingerichtet ist, um an einen Manipulatorflansch (12) angebracht zu werden.
Manipulatorsystem (1), umfassend: einen Manipulator (10), welcher Manipulator (10) eine Rührreibschweißvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15 umfasst; und eine Manipulatorsteuerungseinrichtung (20), wobei die Manipulatorsteuerungseinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, den Manipulator (10) beim Rührreibschweißen zu steuern.
Verfahren zum Rührreibschweißen mittels einer Rührreibschweißvorrichtung (100) oder eines Manipulatorsystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Aufsetzen (S1) des Schmiedekopfs (140) auf zumindest ein Werkstück (30, 32); Eintauchen (S2) des rotierenden Rührreibschweißwerkzeugs (150) in oder auf einen Fügespalt (34) des zumindest einen Werkstücks (30, 32); Bewegen (S3) der Rührreibschweißvorrichtung (100) entlang des Fügespalts, um mittels des Rührreibschweißwerkzeugs (150) eine Schweißnaht zu erzeugen; Glätten (S4) der vom Rührreibschweißwerkzeug (150) erzeugten Schweißnaht mittels des Schmiedekopfs (140).
Verfahren zum Rührreibschweißen nach Anspruch 17, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Zurückziehen (S5) des rotierenden Rührreibschweißwerkzeugs (150) aus dem Fügespalt (34), und Abheben (S6) der Rührreibschweißvorrichtung (100) von dem zumindest einen Werkstück (30, 32).
Verfahren zum Rührreibschweißen nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei die Rührreibschweißvorrichtung (100) und/oder der Manipulator (10) kraftgeregelt geführt werden.