DE102016221110B4 - Welding tool and friction stir welding method for connecting at least two workpieces by means of a welding tool - Google Patents
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Abstract
Schweißwerkzeug (1) aufweisend:eine Gehäuseeinrichtung (3) mit einer ersten Öffnung (6) zum Hindurchführen eines Werkzeugrührbolzens (5);ein Werkzeuggrundkörper (4) mit einer Werkzeugaufnahme (7) zum Aufnehmen eines Werkzeugrührbolzens (5), wobei der Werkzeuggrundkörper (4) in der Gehäuseeinrichtung (3) aufgenommen ist; undein Kontaktelement (16), welches eine zweite Öffnung (17) aufweist und außen derart an der Gehäuseeinrichtung (3) angeordnet ist, dass der Werkzeugrührbolzen (5) durch die erste Öffnung (6) der Gehäuseeinrichtung (3) und durch die zweite Öffnung (17) des Kontaktelements (16) nach außen hindurchführbar ist, wobei die zweite Öffnung (17) des Kontaktelements (16) kleiner als die erste Öffnung (6) der Gehäuseeinrichtung (3) ausgebildet ist und das Kontaktelement (16) derart ausgebildet ist, eine Kraft des Werkzeugrührbolzens (5) bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen (5) aufzunehmen.Welding tool (1) comprising: a housing device (3) having a first opening (6) for passing a tool stirring bolt (5); a tool base (4) having a tool holder (7) for receiving a tool stirring bolt (5), the tool base (4 ) is received in the housing device (3); anda contact element (16) which has a second opening (17) and is arranged externally on the housing device (3) such that the tool stir bolt (5) passes through the first opening (6) of the housing device (3) and through the second opening (3). 17) of the contact element (16) can be passed to the outside, wherein the second opening (17) of the contact element (16) is smaller than the first opening (6) of the housing device (3) and the contact element (16) is designed such Force the Werkzeugrührbolzens (5) on contact with the Werkzeugrührbolzen (5) record.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft ein Schweißwerkzeug zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen mittels Rührreibschweißens, sowie ein Rührreibschweißverfahren zum Verbinden wenigstens zweier Werkstücke mittels eines Schweißwerkzeugs. Als Bauteile können durch das Schweißwerkzeug insbesondere Flugzeugbauteile wie beispielsweise Stringer, Spanten, und/oder Flugzeughautteile miteinander durch Rührreibschweißen verbunden werden.The invention relates to a welding tool for connecting at least two components by means of friction stir welding, and a friction stir welding method for connecting at least two workpieces by means of a welding tool. As components, in particular aircraft components such as stringers, frames, and / or aircraft skin parts can be connected to one another by friction stir welding by means of the welding tool.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Bei dem Rührreibschweißen wird Reibenergie durch ein verschleißfestes rotierendes Werkzeug erzeugt. Ein derartiges Werkzeug weist einen Werkzeugrührbolzen auf, welcher aus einer Schulter und einem Stift besteht. Der Werkzeugrührbolzen wird rotierend im Fügebereich in den Werkstückstoff hineingedrückt, bis die Schulter in Kontakt mit der Werkstückoberfläche ist.In friction stir welding, friction energy is generated by a wear-resistant rotating tool. Such a tool has a Werkzeugrührbolzen, which consists of a shoulder and a pin. The tool stirring pin is pressed into the workpiece material in a rotating manner in the joining area until the shoulder is in contact with the workpiece surface.
Aus der
Des Weiteren ist aus der
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schweißwerkzeug bereitzustellen.Against this background, the object of the present invention is to provide an improved welding tool.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schweißwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a welding tool having the features of
Demgemäß ist ein Schweißwerkzeug vorgesehen, aufweisend:
- eine Gehäuseeinrichtung mit einer ersten Öffnung zum Hindurchführen eines Werkzeugrührbolzens;
- ein Werkzeuggrundkörper mit einer Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeugrührbolzens, wobei der Werkzeuggrundkörper in der Gehäuseeinrichtung aufgenommen ist; und
- ein Kontaktelement, welches eine zweite Öffnung oder Kontaktöffnung aufweist und außen derart an der Gehäuseeinrichtung angeordnet ist, dass der Werkzeugrührbolzen durch die erste Öffnung der Gehäuseeinrichtung und durch die zweite Öffnung des Kontaktelements nach außen hindurchführbar ist, wobei die zweite Öffnung des Kontaktelements kleiner als die erste Öffnung der Gehäuseeinrichtung ausgebildet ist und das Kontaktelement derart ausgebildet ist, eine Kraft des Werkzeugrührbolzens bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen aufzunehmen.
- a housing means having a first opening for passing a Werkzeugrührbolzens;
- a tool base with a tool holder for receiving a tool stirring bolt, wherein the tool base is received in the housing means; and
- a contact element which has a second opening or contact opening and is arranged externally on the housing device in such a way that the tool stir bolt can be guided outward through the first opening of the housing device and through the second opening of the contact element, wherein the second opening of the contact element is smaller than the first Opening of the housing device is formed and the contact element is designed to receive a force of the Werkzeugrührbolzens in contact with the Werkzeugrührbolzen.
Das Schweißwerkzeug hat den Vorteil, dass der Werkzeugrührbolzen, wenn dieser sich während des Schweißvorgangs verbiegt oder ausgelenkt wird, das Kontaktelement und nicht die Gehäuseeinrichtung berührt. Dadurch wird die Kraft des Werkzeugrührbolzens durch das Kontaktelement und nicht durch die Gehäuseeinrichtung aufgenommen. Dies hat den Vorteil, dass die Gehäuseeinrichtung sich weniger stark erwärmt und dadurch eine Beschädigung der Gehäuseeinrichtung verhindert werden kann.The welding tool has the advantage that the tool stir pin, when bent or deflected during the welding operation, contacts the contact element and not the housing device. Thereby, the force of the Werkzeugrührbolzens is received by the contact element and not by the housing device. This has the advantage that the housing device heats up less and thus damage to the housing device can be prevented.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis/Idee besteht darin, ein Schweißwerkzeug bereitzustellen, dass die Kraft auf die Gehäuseeinrichtung, die bei einem Kontakt des Werkzeugrührbolzens durch Verbiegen des Werkzeugrührbolzens auf die Gehäuseeinrichtung des Schweißwerkzeugs aufgebracht wird, aufzunehmen und eine zu starke Erwärmung und Beschädigung der Gehäuseeinrichtung zu verhindern.The knowledge / idea underlying the present invention is to provide a welding tool that the force on the housing device, which in a contact of the Tool stir pin is applied by bending the Werkzeugrührbolzens on the housing means of the welding tool to absorb and prevent excessive heating and damage to the housing device.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.Advantageous embodiments and further developments will become apparent from the other dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist ist das Kontaktelement derart dimensioniert und/oder aus einem Material hergestellt, dass das Kontaktelement sich bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen in dem Kontaktbereich zumindest verformt, abbricht, umbiegt oder einreißt, um die Kraft des Werkzeugrührbolzens bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen aufzunehmen und insbesondere zu reduzieren. Beispielsweise kann das Kontaktelement zumindest im Bereich seiner zweiten Öffnung oder Kontaktöffnung ausreichend dünn ausgebildet sein, so dass das Kontaktelement sich in dem Kontaktbereich mit dem Werkzeugrührbolzen nachgibt oder ein- oder abreißt. Dadurch kann die Kraft des Werkzeugrührbolzens aufgenommen und die Kraft auf das Schweißwerkzeug reduziert werden.In one embodiment of the invention, the contact element is dimensioned and / or made of a material such that the contact element at least deforms, breaks off, bends or tears in contact with the Werkzeugrührbolzen in the contact area, the force of the Werkzeugrührbolzens in contact with the Werkzeugrührbolzen to absorb and in particular reduce. For example, the contact element may be formed sufficiently thin at least in the region of its second opening or contact opening, so that the contact element yields or contracts or tears off in the contact area with the tool stirring bolt. Thereby, the power of the Werkzeugrührbolzens can be added and the power can be reduced to the welding tool.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Größe der zweiten Öffnung des Kontaktelements derart gewählt, dass einerseits kein oder so wenig Material wie möglich durch die zweite Öffnung in das Innere der Gehäuseeinrichtung eindringen kann und andererseits der Werkzeugrührbolzen mit der zweiten Öffnung des Kontaktelements erst in Kontakt kommt, wenn der Werkzeugrührbolzen sich verbiegt, beispielsweise wenn die Längsachse des Werkzeugrührbolzens sich um einen vorbestimmten Winkel oder Schwellenwinkel gegenüber der Längsachse des Werkzeuggrundkörpers und seiner Werkzeugaufnahme verbiegt. Die Größe der zweiten Öffnung oder Kontaktöffnung des Kontaktelements kann somit derart dimensioniert werden, dass der Werkzeugrührbolzen beispielsweise erst wenn er sich in einem bestimmten oder ausreichend starken Maße verformt hat oder gegenüber seiner Längsachse im Ausgangszustand ausgelenkt hat, die zweite Öffnung des Kontaktelements berührt. Auf diese Weise führt eine Verbiegung oder Auslenkung des Werkzeugrührbolzens nicht zu einem sofortigen Kontakt mit dem Kontaktelement, sondern erst wenn die Verbiegung oder Auslenkung des Werkzeugrührbolzens einen vorbestimmten Schwellenwert oder Schwellenwinkel überschreitet.In a further embodiment of the invention, the size of the second opening of the contact element is selected such that on the one hand no or as little material as possible can penetrate through the second opening into the interior of the housing means and on the other hand the Werkzeugrührbolzen with the second opening of the contact element only in contact comes when the Werkzeugrührbolzen bends, for example, when the longitudinal axis of the Werkzeugrührbolzens bends by a predetermined angle or threshold angle relative to the longitudinal axis of the tool body and its tool holder. The size of the second opening or contact opening of the contact element can thus be dimensioned such that the Werkzeugrührbolzen, for example, only if he has deformed in a certain or sufficiently strong extent or has deflected relative to its longitudinal axis in the initial state, the second opening of the contact element touches. In this way, a deflection or deflection of the Werkzeugrührbolzens does not lead to an immediate contact with the contact element, but only when the deflection or deflection of the Werkzeugrührbolzens exceeds a predetermined threshold or threshold angle.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist Größe der Öffnung des Kontaktelements hierbei derart gewählt, das kein oder so wenig Material von außen durch die Öffnung des Kontaktelements in das Innere der Gehäuseeinrichtung eindringen kann. Dadurch kann verhindert werden, dass das Innere der Gehäuseeinrichtung verschmutzt und das Schweißwerkzeug beschädigt wird.In another embodiment of the invention, the size of the opening of the contact element is selected such that no or so little material can penetrate from the outside through the opening of the contact element into the interior of the housing device. Thereby, it can be prevented that the inside of the housing device becomes dirty and the welding tool is damaged.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement fest oder lösbar an dem Schweißwerkzeug und insbesondere der Gehäuseeinrichtung angebracht. Beispielsweise kann das Kontaktelement durch Schrauben, Verstiften, Verbolzen, Verrasten und/oder Verclipsen usw. an der Gehäuseeinrichtung lösbar und damit auswechselbar befestigt sein. Des Weiteren kann das Kontaktelement durch Schweißen, Löten und/oder Kleben usw. an der Gehäuseeinrichtung unlösbar befestigt sein. Die Erfindung ist jedoch auf die genannten Beispiele für eine lösbar oder unlösbare Befestigung des Kontaktelements an dem Schweißwerkzeug nicht beschränkt.According to one embodiment of the invention, the contact element is fixedly or detachably attached to the welding tool and in particular the housing device. For example, the contact element by screws, pinning, bolting, latching and / or clipping, etc. on the housing device releasably secured and thus be replaceable. Furthermore, the contact element by welding, soldering and / or gluing, etc., be attached to the housing device insoluble. However, the invention is not limited to the examples mentioned for a detachable or non-detachable attachment of the contact element to the welding tool.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement in einer Aufnahme des Schweißwerkzeugs lösbar aufgenommen. Die Aufnahme besteht dabei beispielsweise aus zwei Aufnahmeteilen, die an ihrer Innenseite eine Nut oder Vertiefung aufweisen, zum Aufnehmen des Kontaktelements. Die Aufnahmeteile können dabei voneinander getrennt werden zum Aufnehmen des Kontaktelements und anschließend lösbar aneinander befestigt werden, beispielsweise können die Aufnahmeteile miteinander verrastet werden, so dass das Kontaktelement in der Aufnahme während des Rührreibschweißvorgangs sicher gehalten werden kann. Die Erfindung ist jedoch auf dieses Ausführungsbeispiel einer Aufnahme nicht beschränkt. Es kann jede andere Aufnahme vorgesehen werden, die geeignet ist das zugeordnete Kontaktelement, beispielsweise ein Ringelement oder ein mehreckiges und/oder ovales Kontaktelement lösbar und damit auswechselbar aufzunehmen und während des Rührreibschweißens zu halten und ein ungewolltes Entfernen aus der Aufnahme zu verhindern.In one embodiment of the invention, the contact element is detachably received in a receptacle of the welding tool. The receptacle consists for example of two receiving parts, which have on their inside a groove or depression, for receiving the contact element. The receiving parts can be separated from each other for receiving the contact element and then releasably secured to each other, for example, the receiving parts can be locked together so that the contact element can be securely held in the recording during the friction stir welding. However, the invention is not limited to this embodiment of a recording. Any other receptacle can be provided which is suitable for detachably and thus interchangeably receiving the associated contact element, for example a ring element or a polygonal and / or oval contact element, and holding it during friction stir welding and preventing unwanted removal from the receptacle.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Kontaktelement und der Gehäuseeinrichtung eine thermische Isolierung, beispielsweise eine thermisch isolierende Schicht, vorgesehen. Die thermische Isolierung hat den Vorteil, dass einer Erwärmung der Gehäuseeinrichtung entgegengewirkt werden kann.In a further embodiment of the invention, a thermal insulation, for example a thermally insulating layer, is provided between the contact element and the housing device. The thermal insulation has the advantage that heating of the housing device can be counteracted.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist das Kontaktelement eine zylindrische zweite Öffnung, eine abgestufte, beispielsweise zylindrisch abgestufte zweite Öffnung oder eine zweite Öffnung mit wenigstens einem konischen Abschnitt auf. Kontaktelemente mit derartigen zweiten Öffnungen oder Kontaktöffnungen sind besonders einfach und preisgünstig in der Herstellung.In another embodiment of the invention, the contact element has a cylindrical second opening, a stepped, for example cylindrically stepped second opening or a second opening with at least one conical section. Contact elements with such second openings or contact openings are particularly simple and inexpensive to manufacture.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung des Metallblechs aus mehreren Laschen gebildet, wobei eine jeweilige Lasche bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen umbiegbar ist und wenn sie wieder außer Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen wahlweise zusätzlich zurückfederbar ist, vorzugsweise wieder in ihre Ausgangsposition zurückfederbar. Ein derartiges Kontaktelement aus einem Metallblech, beispielsweise ein Metallblechring mit Laschen, ist ebenfalls besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung. Des Weiteren bleibt der Durchmesser der aus den Laschen gebildeten zweiten Öffnung oder Kontaktöffnung des Metallblechs bestehen, wenn die Laschen nach Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen wieder zurückfedern, insbesondere in ihre Ausgangsposition zurückfedert. Auf diese Weise kann besonders gut ein unerwünschtes Eindringen von Material von außen durch die zweite Öffnung oder Kontaktöffnung in das Innere der Gehäuseeinrichtung verhindert werden. According to one embodiment of the invention, the opening of the metal sheet is formed of a plurality of tabs, wherein a respective tab is bendable in contact with the Werkzeugrührbolzen and if it is again zurückfederbar again out of contact with the Werkzeugrührbolzen, preferably spring back to its original position. Such a contact element of a metal sheet, such as a sheet metal ring with tabs, is also particularly simple and inexpensive to manufacture. Furthermore, the diameter of the second opening or contact opening of the metal sheet formed from the tabs remains when the tabs spring back again after contact with the tool stirring bolt, in particular springing back to its starting position. In this way, undesired penetration of material from the outside through the second opening or contact opening into the interior of the housing device can be prevented particularly well.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement aus einem flexiblen und/oder elastischen Material, beispielsweise Hartgummi, aus einem spröden bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen abbrechenden Material, und/oder einem porösen Material, beispielsweise einem großporigen Metallsintermaterial.In one embodiment of the invention, the contact element is made of a flexible and / or elastic material, for example hard rubber, from a brittle material which breaks off on contact with the tool stirring bolt, and / or a porous material, for example a large-pored metal sintered material.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Längsachse der ersten Öffnung oder Durchgangsöffnung der Gehäuseeinrichtung, eine Längsachse der zweiten Öffnung des Kontaktelements, eine Längsachse des Werkzeuggrundkörpers und seiner Werkzeugaufnahme und/oder eine Längsachse des Werkzeugrührbolzens im Ausgangszustand koaxial oder zueinander versetzt, wobei der Werkzeugrührbolzen in dem Ausgangszustand dabei durch die beiden Öffnungen hindurchführbar ist. Beispielsweise können die Längsachse der ersten Öffnung der Gehäuseeinrichtung und die Längsachse der zweiten Öffnung des Kontaktelements derart zueinander versetzt angeordnet sein, so dass die Längsachse der zweiten Öffnung des Kontaktelements entgegen der Bewegungsrichtung des Werkzeugrührbolzens zu der ersten Öffnung der Gehäuseeinrichtung versetzt angeordnet ist, da der Werkzeugrührbolzen entgegen seiner Bewegungsrichtung verbogen oder ausgelenkt wird.In a further embodiment of the invention, a longitudinal axis of the first opening or passage opening of the housing device, a longitudinal axis of the second opening of the contact element, a longitudinal axis of the tool body and its tool holder and / or a longitudinal axis of the Werkzeugrührbolzens in the initial state coaxial or offset from each other, wherein the Werkzeugrührbolzen in the initial state can be passed through the two openings. For example, the longitudinal axis of the first opening of the housing device and the longitudinal axis of the second opening of the contact element may be arranged offset from one another such that the longitudinal axis of the second opening of the contact element is offset against the direction of movement of the Werkzeugrührbolzens to the first opening of the housing means, since the Werkzeugrührbolzen is bent or deflected contrary to its direction of movement.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement mehreckig, rund und/oder oval mit der zweiten Öffnung oder Kontaktöffnung zum Hindurchführen des Werkzeugrührbolzens ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch auf diese Beispiele für die Form der zweiten Öffnung oder Kontaktöffnung nicht beschränkt.In one embodiment of the invention, the contact element is polygonal, round and / or oval formed with the second opening or contact opening for passing the Werkzeugrührbolzens. However, the invention is not limited to these examples of the shape of the second opening or contact opening.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement als Ringelement ausgebildet, welches die zweite Öffnung oder Kontaktöffnung zum Hindurchführen des Werkzeugrührbolzens aufweist. Ein solches Ringelement ist besonders kostengünstig, da es bereits eine zweite Öffnung oder Kontaktöffnung aufweist und nicht mit einer zusätzlichen Öffnung versehen werden muss.According to another embodiment of the invention, the contact element is designed as a ring element, which has the second opening or contact opening for passing the Werkzeugrührbolzens. Such a ring element is particularly cost-effective, since it already has a second opening or contact opening and does not have to be provided with an additional opening.
Des Weiteren ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein Rührreibschweißverfahren zum Verbinden wenigstens zweier Werkstücke, insbesondere zweier Bauteile eines Luft- oder Raumfahrzeugs, mittels eines erfindungsgemäßen Schweißwerkzeug vorgesehen.Furthermore, in one embodiment of the invention, a friction stir welding method for connecting at least two workpieces, in particular two components of an aircraft or spacecraft, by means of a welding tool according to the invention is provided.
Figurenlistelist of figures
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines Schweißwerkzeugs zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken mittels Rührreibschweißens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ringelement zum Einsatz bei dem erfindungsgemäßen Schweißwerkzeug gemäß1 und eine Schnittansicht des Ringelements; -
3 eine schematische Schnittansicht eines Schweißwerkzeugs zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken mittels Rührreibschweißens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
4 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Schweißwerkzeugs gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung; und -
5 eine schematische Schnittansicht eines Schweißwerkzeugs zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken mittels Rührreibschweißens gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a schematic sectional view of a welding tool for connecting at least two workpieces by friction stir welding according to a first embodiment of the invention; -
2 a plan view of a further embodiment of a ring element for use in the welding tool according to the invention according to1 and a sectional view of the ring member; -
3 a schematic sectional view of a welding tool for connecting at least two workpieces by friction stir welding according to a second embodiment of the invention; -
4 a schematic sectional view of another embodiment of the welding tool according to the second embodiment of the invention; and -
5 a schematic sectional view of a welding tool for connecting at least two workpieces by friction stir welding according to a third embodiment of the invention.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are intended to provide further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to each other.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing are identical, functionally identical and equivalent elements, Features and components - unless otherwise stated - each provided with the same reference numerals.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
In
Der Prozessablauf beim Rührreibschweißen kann dabei im Wesentlichen in folgende Schritte untergliedert werden. In einem ersten Schritt wird das rotierende Werkzeug mit seinem Werkzeugrührbolzen mit hoher Kraft solange in einen Fügestoß gedrückt, bis die Schulter des Werkzeugrührbolzens auf der Bauteiloberfläche zur Anlage kommt. Während des zweiten Schritts verweilt der sich drehende Werkzeugrührbolzen an der Eintauchstelle. Durch die Reibung zwischen der Schulter des Werkzeugrührbolzens und den Fügepartnern erwärmt sich der Werkstoff unter der Schulter des Werkzeugrührbolzens bis kurz unter den Schmelzpunkt. Dieser Temperaturanstieg hat einen Festigkeitsabfall zur Folge, wodurch der Werkstoff plastifiziert und eine Vermischung der Fügezone möglich wird. Mit dem Einsetzen der Vorschubbewegung beginnt der dritte Schritt, bei dem der rotierende Werkzeugrührbolzen mit hoher Anpresskraft entlang der Fügelinie bewegt wird. Der durch die Vorschubbewegung entstehende Druckgradient zwischen Vorder- und Rückseite des Werkzeugrührbolzens und dessen Rotationsbewegung bewirken den Transport von plastifiziertem Werkstoff um den Werkzeugrührbolzen herum, der sich dort vermischt und die Naht bildet. Im vierten Schritt wird die Verfahrbewegung am Ende der Naht gestoppt und in dem darauffolgenden fünften Schritt kann das sich drehende Werkzeug wieder aus der Fügezone herausgezogen oder alternativ das Werkzeug mit seinem Werkzeugrührbolzen mit derselben oder der entgegengesetzten Drehrichtung entlang dem Fügespalt zurückbewegt werden.The process sequence in friction stir welding can be subdivided essentially into the following steps. In a first step, the rotating tool is pressed with its Werkzeugrührbolzen with high force in a joint until the shoulder of the Werkzeugrührbolzens on the component surface comes to rest. During the second step, the rotating tool stir bar dwells at the dip site. Due to the friction between the shoulder of the Werkzeugrührbolzens and the joining partners, the material heats under the shoulder of the Werkzeugrührbolzens until just below the melting point. This increase in temperature results in a decrease in strength, whereby the material plasticized and a mixing of the joining zone is possible. With the onset of the feed movement, the third step begins, in which the rotating tool stirring bolt is moved with high contact force along the joint line. The pressure gradient between the front and the rear sides of the tool stirring pin and its rotational movement caused by the advancing movement causes the transport of plasticized material around the tool stirring pin, which mixes there and forms the seam. In the fourth step, the movement is stopped at the end of the seam and in the subsequent fifth step, the rotating tool can be pulled out of the joining zone or alternatively the tool with its Werkzeugrührbolzen with the same or the opposite direction of rotation along the joint gap moved back.
Das Schweißwerkzeug
Die Befestigung des Werkzeugrührbolzens
Der Werkzeugrührbolzen
Durch die Reibung zwischen dem Werkstückstoff und der Schulter
Beim Bewegen des rotierenden Werkzeugrührbolzens
Das kann dazu führen, dass der Werkzeugrührbolzen
Die Längsachse
Das Schweißwerkzeug
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ringelements
Das Ringelement
Die erste Öffnung
Die durch das Ringelement
Das Ringelement
Das Ringelement
Die Längsachse
Das Ringelement
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann des Weiteren wahlweise zusätzlich eine thermische Isolierung, z.B. eine thermisch isolierende Schicht usw., zwischen der Gehäuseeinrichtung
Die zuvor genannte Aufnahme
Wie zuvor beschrieben und in
Ebenso kann das Ringelement
In
In den
Das Schweißwerkzeug
Insbesondere weist das Schweißwerkzeug
Das in den
Die konische Gestaltung der zweiten Öffnung
Die konische zweite Öffnung
In dem in
In den Ausführungsbeispielen zuvor in den
In
Das Schweißwerkzeug
Insbesondere weist das Schweißwerkzeug
Das in
Der erste, hier innere zylindrische Abschnitt
Der erste zylindrische Abschnitt
Des Weiteren kann das Ringelement
Als Material für das Ringelement
Des Weiteren kann das Ringelement
Darüber hinaus kann eine zusätzliche thermische Isolierung zwischen dem Ringelement
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schweißwerkzeugwelding tool
- 22
- Werkstückworkpiece
- 33
- Gehäuseeinrichtunghousing means
- 44
- WerkzeuggrundkörperTool body
- 55
- WerkzeugrührbolzenWerkzeugrührbolzen
- 66
- Erste Öffnung (Gehäuseeinrichtung)First opening (housing device)
- 77
- Werkzeugaufnahmetool holder
- 88th
- Schultershoulder
- 99
- Stiftpen
- 1010
- Längsachse (Werkzeuggrundkörper und seine Werkzeugaufnahme) Longitudinal axis (tool body and its tool holder)
- 1414
- Längsachse (der Öffnung der Gehäuseeinrichtung)Longitudinal axis (the opening of the housing device)
- 1616
- Ringelementring element
- 1717
- Zweite Öffnung (Ringelement)Second opening (ring element)
- 1818
- Längsachse (Ringelement)Longitudinal axis (ring element)
- 1919
- Lasche flap
- 2121
- Längsachse (des Werkzeugrührbolzens)Longitudinal axis (of the tool stirring pin)
- 2222
- Aufnahmeadmission
- 2323
- Aufnahmeteilreceiving part
- 2424
- Nutgroove
- 2525
- Eintrittsöffnunginlet opening
- 2626
- Erster zylindrischer AbschnittFirst cylindrical section
- 2727
- Zweiter zylindrischer AbschnittSecond cylindrical section
Claims (14)
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DE102016221110.2A DE102016221110B4 (en) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | Welding tool and friction stir welding method for connecting at least two workpieces by means of a welding tool |
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DE102016221110.2A DE102016221110B4 (en) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | Welding tool and friction stir welding method for connecting at least two workpieces by means of a welding tool |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE69805089T2 (en) | 1997-05-16 | 2002-12-05 | Esab Ab, Goeteborg/Gothenburg | TURNING FRICTION WELDING SYSTEM |
US20040079787A1 (en) | 2002-10-23 | 2004-04-29 | Kazutaka Okamoto | Friction stir welding method and friction stir welding apparatus |
WO2006073720A1 (en) | 2004-12-14 | 2006-07-13 | The Boeing Company | Pressure foot clamping device for friction stir welding apparatus and methods of friction stir welding for retain flashing occuring during welding |
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-
2016
- 2016-10-26 DE DE102016221110.2A patent/DE102016221110B4/en active Active
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Norm DIN 1835-1 1999-01-00. Zylinderschäfte für Fräser - Teil 1: Maße * |
Norm DIN 1835-2 2000-11-00. Zylinderschäfte für Fräser - Teil 2: Anschlussmaße für Spannfutter, Zubehör * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102016221110A1 (en) | 2018-04-26 |
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