DE102018103988A1 - Friction welding device for Reibschweißverbinden two components by a friction element - Google Patents

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Harms Wende & Co KG GmbH
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Harms Wende & Co KG GmbH
Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reibschweißvorrichtung zum Reibschweißverbinden eines ersten Bauteils (1) mit einem zweiten Bauteil (2) an einer Reibschweißstelle durch ein Reibelement (3), welches einen Kopfabschnitt und einen Schaftabschnitt aufweist, die entlang einer Rotationsachse (R) des Reibelements (3) aneinander angrenzend ausgebildet sind, wobei die Reibschweißvorrichtung einen Gegenhalter (4) und ein Reibschweißwerkzeug (11) mit einer Halteeinrichtung (12) aufweist, die Halteeinrichtung (12) das Reibelement (3) beim Reibschweißverbinden aufnimmt und hält und das Reibschweißwerkzeug (11) die Halteeinrichtung (12) mit dem Reibelement (3) entlang der Rotationsachse (R) in Richtung des Gegenhalters (4) bewegt und das zweite Bauteil (2) bei dem Reibschweißverbinden zwischen der Halteeinrichtung (12) und dem Gegenhalter (4) angeordnet ist und an dem Gegenhalter (4) anliegt, wobei die Reibschweißvorrichtung eine Temperierungseinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, den Gegenhalter (4) oder die Halteeinrichtung (12) auf einen vorbestimmten Temperaturwert zu temperieren.

Figure DE102018103988A1_0000
The invention relates to a friction welding device for the friction-welding connection of a first component (1) to a second component (2) at a friction welding point by a friction element (3), which has a head portion and a shaft portion along an axis of rotation (R) of the friction element (3). formed adjacent to each other, wherein the friction welding device comprises a counter-holder (4) and a Reibschweißwerkzeug (11) with a holding device (12), the holding means (12) receives the friction element (3) during Reibschweißverbinden and holds and the Reibschweißwerkzeug (11) the holding device (12) with the friction element (3) along the rotation axis (R) in the direction of the counter-holder (4) moves and the second component (2) in the Reibschweißverbinden between the holding device (12) and the counter-holder (4) is arranged and on the Rests counter-holder (4), wherein the friction-welding device comprises a tempering device, which is designed, the counter holder (4) or the holding device (12) to temper to a predetermined temperature value.
Figure DE102018103988A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibschweißvorrichtung zum Reibschweißverbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil an einer Reibschweißstelle durch ein Reibelement.The invention relates to a friction welding device for Reibschweißverbinden a first component with a second component at a Reibschweißstelle by a friction element.

Beim Reibschweißen handelt es sich um ein Schweißverfahren, bei dem zwei Fügeteile sich relativ zueinander bewegend und unter Druck aufeinander gepresst werden. Durch die Bewegung der Fügeteile und den Druck entsteht zwischen den Fügeteilen Hitze, welche zu einem Aufschmelzen der Fügeteile führt. Das aufgeschmolzene Material der Fügeteile vermischt sich, sodass nach einer Abkühlphase zwischen den Fügeteilen eine stoffschlüssige Verbindung bzw. Reibschweißverbindung entsteht.Friction welding is a welding process in which two parts are pressed relative to each other and pressed together under pressure. Due to the movement of the parts to be joined and the pressure, heat is generated between the parts to be joined, which leads to a melting of the parts to be joined. The molten material of the parts to be joined mixes, so that after a cooling phase between the parts to be joined, a cohesive connection or friction-welded connection is produced.

Eine Variante des Reibschweißens sieht dabei vor, zwei Bauteile mittels eines Reibelements zu fügen. Dabei wird ein erstes Bauteil an ein zweites Bauteil angeheftet, indem das Reibelement in Rotation versetzt und durch Druck durch das erste Bauteil hindurch gerieben wird, bis es an dem zweiten Bauteil zur Anlage kommt, mit dem es dann nach dem oben beschriebenen Prinzip eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Dabei dienen das Reibelement und das zweite Bauteil als Fügeteile. Das Reibelement weist hierfür einen Schaftabschnitt auf, mit dem es das erste Bauteil durchdringt und mit dem es mit dem zweiten Bauteil die stoffschlüssige Verbindung eingeht. Ferner weist das Reibelement einen Kopfabschnitt auf, der an dem ersten Bauteil anliegt und dieses gegen das zweite Bauteil presst.A variant of the friction welding provides to add two components by means of a friction element. In this case, a first component is attached to a second component by the friction element is set in rotation and rubbed by pressure through the first component until it comes to rest on the second component, with which it then according to the principle described above, a material connection received. The friction element and the second component serve as joining parts. For this purpose, the friction element has a shank portion with which it penetrates the first component and with which it forms the integral connection with the second component. Furthermore, the friction element has a head portion, which rests against the first component and this presses against the second component.

Das Reibelement und das zweite Bauteil müssen als Fügeteile aus einem für das Reibschweißen geeigneten Material, beispielsweise Stahl, bestehen, wohingegen dass erste Bauteil geeignet sein muss, von dem Schaftabschnitt des Reibelements durchrieben zu werden, ohne mit diesem eine stoffschlüssige Verbindung einzugehen. Das erste Bauteil ist folglich so weich, dass das Reibelement nicht bereits beim Durchreiben des ersten Bauteils aufgeschmolzen wird und in seine Dickenrichtung so dünn, dass der Schaftabschnitt des Reibelements das erste Bauteil durchdringen kann. Für das erste Bauteil eignen sich daher beispielsweise Kunststoffe oder Aluminium.The friction element and the second component must be as joining parts of a suitable material for friction welding, for example steel, whereas that first component must be suitable to be durchriebened by the shaft portion of the friction element, without entering into a cohesive connection. Consequently, the first component is so soft that the friction element is not already melted when rubbing through the first component and is so thin in its thickness direction that the shaft portion of the friction element can penetrate the first component. For the first component, therefore, for example, plastics or aluminum are suitable.

Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Ausführungsformen von Reibschweißvorrichtungen für ein solches Reibschweißverfahren, also zum Reibschweißverbinden bekannt. Werden an einer Reibschweißvorrichtung jedoch mehrere Reibschweißverbindungen unmittelbar nacheinander hergestellt, überträgt sich zumindest ein Teil der bei dem Reibschweißverbinden erzeugten Wärme auf die Reibschweißvorrichtung. Mit zunehmender Dauer bzw. einer zunehmenden Zahl von durchgeführten Reibschweißverfahren wird die Reibschweißvorrichtung immer weiter auf höhere Temperaturen erwärmt. Durch die sich verändernde Temperatur der Reibschweißvorrichtung schwanken die Qualität und die Prozessparameter bei der Herstellung einer Reibschweißverbindung.Various embodiments of friction welding devices for such a friction welding process, ie for friction welding, are already known from the prior art. If, however, a plurality of friction-welded joints are produced immediately after one another on a friction-welding device, at least some of the heat generated in the friction-welding connection is transferred to the friction-welding device. With increasing duration or an increasing number of performed friction welding process, the friction welding is always heated to higher temperatures. Due to the changing temperature of the friction-welding device, the quality and the process parameters vary in the production of a friction-welded joint.

Die im Stand der Technik bekannten Reibschweißvorrichtungen bestehen zumeist aus einem Reibschweißwerkzeug mit einer Halteeinrichtung, an der das Reibelement für das Reibschweißverfahren bzw. bei dem Reibschweißverfahren aufgenommen ist. Die Halteeinrichtung ist rotierbar in dem Reibschweißwerkzeug gelagert und ist entlang einer Achse beweglich ausgebildet. Die Reibschweißvorrichtung umfasst ferner einen Gegenhalter, auf dem bei dem Reibschweißverfahren das erste und zweite Bauteil aufgelegt werden, wobei das zweite Bauteil an dem Gegenhalter und das erste Bauteil an dem zweiten Bauteil anliegt. Der Gegenhalter ist entlang der Achse, entlang der die Halteeinrichtung bewegt wird, angeordnet, sodass das Reibelement entlang der Achse auf den Gegenhalter zu bewegt werden kann, wobei das erste und zweite Bauteil zwischen dem Reibelement und dem Gegenhalter angeordnet sind. Bei dem Reibschweißverfahren wird durch die Rotation und den Druck der Halteeinrichtung mit dem daran aufgenommenen und gehaltenen Reibelement auf das erste Bauteil, das zweite Bauteil und den Gegenhalter Hitze erzeugt, welche sich unter anderem auf den Gegenhalter überträgt. Bei nachfolgenden Reibschweißverfahren unterscheidet sich die Temperatur des Gegenhalters zu der Temperatur des Gegenhalters bei vorangegangenen Verfahren. Wird bei einem Reibschweißverfahren ein neues zweites Bauteil auf den Gegenhalter aufgelegt wird dieses durch die Temperatur des Gegenhalters erwärmt, sodass sich auch die Temperatur des zweiten und ersten Bauteils ändert. Dadurch verändern sich die zum Durchreiben oder Aufschmelzen der Bauteile notwendigen Prozessparameter, wie beispielsweise Drücke und Rotationsgeschwindigkeiten. Durch eine Wärmeausdehnung verändern sich zudem meist weitere Prozessparameter, wie die genauen Abmaße der Reibschweißvorrichtung und des ersten und zweiten Bauteils. Von den Prozessparametern ist jedoch die Qualität der jeweiligen Reibschweißverbindung abhängig. Dadurch kommt es bei den im Stand der Technik bekannten Reibschweißvorrichtungen zu einer sich ändernden Qualität der Reibschweißverbindungen über mehrere Reibschweißverfahren hinweg.The friction welding devices known in the prior art usually consist of a friction welding tool with a holding device on which the friction element is received for the friction welding process or in the friction welding process. The holding device is rotatably mounted in the Reibschweißwerkzeug and is designed to be movable along an axis. The friction welding device further comprises a counter-holder, on which in the friction welding process, the first and second components are placed, wherein the second component bears against the counter-holder and the first component on the second component. The anvil is arranged along the axis along which the holding device is moved, so that the friction element can be moved along the axis to the counter-holder, wherein the first and second component between the friction element and the anvil are arranged. In the friction welding method, heat is generated by the rotation and the pressure of the holding device with the friction element received and held on the first component, the second component and the counter holder, which transfers inter alia to the anvil. In subsequent friction welding processes, the temperature of the backing differs from the temperature of the backing in previous processes. If a new second component is placed on the counter holder during a friction welding process, this is heated by the temperature of the counter holder, so that the temperature of the second and first component also changes. As a result, the process parameters necessary for rubbing through or melting the components, such as, for example, pressures and rotational speeds, change. In addition, thermal expansion usually changes further process parameters, such as the exact dimensions of the friction welding device and of the first and second components. However, the quality of the respective friction-welded connection depends on the process parameters. As a result, in the case of the friction welding devices known in the prior art, the quality of the friction welding connections changes over several friction welding processes.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Reibschweißvorrichtung bereitzustellen, mit der Reibschweißverbindungen kostengünstig und mit hoher und gleichbleibender Qualität hergestellt werden können.The invention is therefore based on the object to overcome the aforementioned disadvantages and to provide a Reibschweißvorrichtung, can be produced with the Reibschweißverbindungen cost and with high and consistent quality.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 gelöst. This object is achieved by the feature combination according to claims 1 and 10.

Erfindungsgemäß wird hierzu eine Reibschweißvorrichtung zum Reibschweißverbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil vorgeschlagen. Das erste Bauteil wird mit dem zweiten Bauteil an einer Reibschweißstelle durch ein Reibelement verbunden. Das Reibelement weist dazu einen Kopfabschnitt und einen Schaftabschnitt mit einem geringeren Durchmesser als der Kopfabschnitt auf, die entlang einer Rotationsachse des Reibelements als aneinander angrenzende Rotationskörper ausgebildet sind. Die Reibschweißvorrichtung weist einen Gegenhalter und ein Reibschweißwerkzeug mit einer Halteeinrichtung auf, wobei die Halteeinrichtung das Reibelement beim Reibschweißverbinden aufnimmt und hält und das Reibschweißwerkzeug die Halteeinrichtung mit dem Reibelement entlang der Rotationsachse in Richtung des Gegenhalters bewegt. Das zweite Bauteil ist bei dem Reibschweißverbinden zwischen der Halteeinrichtung und dem Gegenhalter angeordnet und liegt an dem Gegenhalter an, wobei das erste Bauteil zwischen der Halteeinrichtung und dem zweiten Bauteil angeordnet ist und auf dem zweiten Bauteil auf bzw. anliegt. Die Reibschweißvorrichtung umfasst eine Temperierungseinrichtung, die ausgebildet ist, den Gegenhalter und/oder die Halteeinrichtung auf einen vorbestimmten Temperaturwert bzw. auf eine vorbestimmte Temperatur zu temperieren. Durch das Temperieren, also durch Erhitzen oder Kühlen, kann der Gegenhalter und/oder die Halteeinrichtung über mehrere Reibschweißverfahren hinweg auf einem gleichbleibendem Temperaturwert gehalten werden. Beispielsweise ist es möglich, den Gegenhalter bei den ersten Reibschweißverfahren auf eine vorbestimmte Prozesstemperatur zu erhitzen, welche durch die bei den nachfolgenden Reibschweißverfahren eingebrachte Temperatur gehalten wird, wodurch sowohl die ersten Reibschweißverfahren als auch die nachfolgenden Reibschweißverfahren mit der gleichen Temperatur des Gegenhalters durchgeführt werden und die Prozessparameter dadurch nicht variieren sondern konstant bleiben, sodass die Reibschweißverbindungen durch ein Reibschweißverfahren mit der erfindungsgemäßen Reibschweißvorrichtung eine gleichbleibende Qualität aufweisen.According to the invention, a friction welding device for friction welding of a first component with a second component is proposed for this purpose. The first component is connected to the second component at a Reibschweißstelle by a friction element. For this purpose, the friction element has a head section and a shaft section with a smaller diameter than the head section, which are formed along an axis of rotation of the friction element as adjacent rotational bodies. The friction welding device has a counter-holder and a friction-welding tool with a holding device, wherein the holding device receives and holds the friction element in the friction-welding connection and the friction-welding tool moves the holding device with the friction element along the axis of rotation in the direction of the counter-holder. The second component is arranged in the Reibschweißverbinden between the holding device and the counter-holder and abuts against the counter-holder, wherein the first component is arranged between the holding device and the second component and rests on the second component or. The friction welding device comprises a tempering device, which is designed to temper the counter holder and / or the holding device to a predetermined temperature value or to a predetermined temperature. By tempering, ie by heating or cooling, the counter-holder and / or the holding device can be kept at a constant temperature value over a plurality of friction-welding processes. For example, in the first friction welding process it is possible to heat the counter-holder to a predetermined process temperature, which is maintained by the temperature introduced in the subsequent friction-welding processes, whereby both the first friction-welding processes and the subsequent friction-welding processes are carried out with the same temperature of the counter-holder and Process parameters thereby do not vary but remain constant, so that the Reibschweißverbindungen by a Reibschweißverfahren with the friction welding device according to the invention have a consistent quality.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Temperierungseinrichtung ausgebildet, den Gegenhalter oder die Halteeinrichtung einer vorbestimmten Temperaturkurve folgend abzukühlen oder zu erhitzen. Beispielsweise kann durch ein gezieltes Kühlen Einfluss auf das zweite Bauteil beim Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung genommen werden, sodass das zweite Bauteil mit dem Reibelement gezielt abkühlt und die stoffschlüssige Verbindung in einer vorbestimmten Zeit und Weise ausgebildet wird.In an advantageous embodiment, the tempering device is designed to cool or heat the counterholder or the holding device following a predetermined temperature curve. For example, influence can be exerted on the second component during production of the integral connection by selective cooling, so that the second component selectively cools with the friction element and the cohesive connection is formed in a predetermined time and manner.

Die Temperierungseinrichtung ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung an oder in dem Gegenhalter angeordnet oder ausgebildet und temperiert bei dem Reibschweißverbinden bzw. dem Reibschweißverfahren den Gegenhalter.The tempering device is arranged or formed in an advantageous development of or in the counter-holder and tempered in the Reibschweißverbinden or Reibschweißverfahren the counter-holder.

Die Temperierungseinrichtung ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zumindest durch einen Strömungskanal gebildet, der bei dem Reibschweißverbinden von einem temperierten Fluid durchströmbar ist. Vorzugsweise ist der zumindest eine Strömungskanal strömungswirksam mit einem Durchlaufkühler oder einem Durchlauferhitzer verbunden, wobei das Fluid von diesem temperiert wird und von einer Pumpe durch den zumindest einen Strömungskanal gepumpt wird. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um Öl, Wasser, oder ein Wassergemisch handeln.The tempering device is formed in a further advantageous embodiment, at least by a flow channel, which is flowed through in the Reibschweißverbinden of a tempered fluid. Preferably, the at least one flow channel is fluidly connected to a flow cooler or a flow heater, wherein the fluid is tempered by this and is pumped by a pump through the at least one flow channel. The fluid may be, for example, oil, water, or a water mixture.

Der Gegenhalter weist eine bei dem Reibschweißen dem zweiten Bauteil zugewandte Stirnfläche, auf der das zweite Bauteil aufliegt, und einen unmittelbar an die Stirnfläche angrenzenden Temperierungsabschnitt auf. Der zumindest eine Strömungskanal durchläuft den Gegenhalter in dem Temperierungsabschnitt zumindest abschnittsweise parallel zu der Stirnfläche, sodass die Stirnfläche, auf welcher das zweite Bauteil bei dem Reibschweißverfahren aufliegt, gekühlt wird. Der Temperierungsabschnitt des Gegenhalters erstreckt sich vorzugsweise über 5 bis 90% der Gesamtlänge des Gegenhalters.The counter-holder has an end face facing the second component in the friction welding, on which the second component rests, and a tempering section adjoining directly to the end face. The at least one flow channel passes through the counter-holder in the tempering section at least in sections parallel to the end face, so that the end face on which the second component rests in the friction-welding process is cooled. The temperature control section of the counter-holder preferably extends over 5 to 90% of the total length of the counter-holder.

Bei einer weiteren alternativen aber ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist die Temperierungseinrichtung zumindest durch ein elektrisches Heiz- oder Kühlelement gebildet. Die Temperierungseinrichtung ist in diesem Fall unmittelbar an oder zumindest zum Teil in dem Gegenhalter oder der Halteeinrichtung angeordnet, wobei eine entstehende und nicht gewünschte Temperatur durch geeignete Mittel abgeführt wird.In a further alternative but also advantageous embodiment variant, the tempering device is formed at least by an electrical heating or cooling element. In this case, the tempering device is arranged directly on or at least partially in the counter holder or the holding device, with a resulting and undesirable temperature being removed by suitable means.

Dafür ist bei einer vorteilhaften Ausbildungsform in dem Gegenhalter ein Hohlraum ausgebildet und das elektrische Heiz- oder Kühlelement zumindest zum Teil in dem Hohlraum angeordnet. Der Hohlraum ist in seiner geometrischen Form zumindest Abschnittsweise korrespondierend zu einer geometrischen Form des Heiz- oder Kühlelements geformt, sodass eine Heiz- oder Kühlfläche des Heiz- oder Kühlelements unmittelbar an dem Gegenhalter bzw. an dem korrespondierenden Abschnitt des Hohlraums anliegen kann. Zusätzlich können Führungskanäle für Zuleitungen zu oder Ableitungen von dem Heiz- oder Kühlelement in dem Gegenhalter ausgebildet sein.For an advantageous embodiment, a cavity is formed in the counter-holder and the electrical heating or cooling element is arranged at least partially in the cavity. The cavity is formed in its geometric shape at least in sections corresponding to a geometric shape of the heating or cooling element, so that a heating or cooling surface of the heating or cooling element can abut directly on the counter-holder or on the corresponding portion of the cavity. In addition, guide channels for supply lines to or discharges from the heating or cooling element may be formed in the anvil.

Alternativ oder zusätzlich zu dem Gegenhalter ist die Temperierungseinrichtung bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante an oder in der Halteeinrichtung des Reibschweißwerkzeugs angeordnet oder ausgebildet. Die Halteeinrichtung wird bei dem Reibschweißverbinden temperiert. Dadurch ist es möglich, über die Halteeinrichtung das Reibelement zu temperieren und die Temperatur der Halteeinrichtung konstant auf einem vorbestimmten Temperaturwert zu halten.Alternatively or in addition to the counter-holder, the tempering device is in an advantageous embodiment variant on or in the Holding means of Reibschweißwerkzeugs arranged or formed. The holding device is tempered in the Reibschweißverbinden. This makes it possible to temper the friction element via the holding device and to keep the temperature of the holding device constant at a predetermined temperature value.

Zur Erfassung der aktuellen Temperatur (Ist-Temperatur) und sodass der Gegenhalter oder die Halteeinrichtung basierend auf der jeweiligen aktuellen Ist-Temperatur temperiert werden können, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass die Reibschweißvorrichtung eine Temperaturmessvorrichtung umfasst, welche eine Ist-Temperatur des Gegenhalters oder der Halteeinrichtung erfasst bzw. misst. Die Temperaturmessvorrichtung oder zumindest ein Temperaturfühler der Temperaturmessvorrichtung kann an dem Gegenhalter oder der Halteeinrichtung für die Messung der Ist-Temperatur angeordnet sein. Alternativ kann die Ist-Temperatur des Gegenhalters, der Halteeinrichtung oder die Ist-Temperatur des ersten oder zweiten Bauteils sowie des Reibelements mittels einer berührungslosen Temperaturmessvorrichtung, beispielsweise über eine Infrarot-Temperaturmessvorrichtung, erfasst werden.For detecting the current temperature (actual temperature) and so that the counter holder or the holding device can be tempered based on the current actual temperature, an advantageous embodiment provides that the friction welding device comprises a temperature measuring device which an actual temperature of the counter-holder or the holding device detects or measures. The temperature measuring device or at least one temperature sensor of the temperature measuring device can be arranged on the counter holder or the holding device for measuring the actual temperature. Alternatively, the actual temperature of the counter-holder, the holding device or the actual temperature of the first or second component and of the friction element can be detected by means of a non-contact temperature measuring device, for example via an infrared temperature measuring device.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Reibschweißverfahren mit einer erfindungsgemäßen Reibschweißvorrichtung zum Reibschweißverbinden vorgeschlagen. Der Gegenhalter oder die Halteeinrichtung wird dabei vor, nach oder bei dem Reibschweißverbinden durch die Temperierungseinrichtung auf den vorbestimmten Temperaturwert temperiert.According to the invention, a friction welding method is also proposed with a friction welding device according to the invention for Reibschweißverbinden. The counter holder or the holding device is tempered before, after or during the Reibschweißverbinden by the temperature control to the predetermined temperature value.

Eine vorteilhafte Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass bei dem Reibschweißverbinden die Ist-Temperatur des Gegenhalters oder der Halteeinrichtung mittels der Temperaturmessvorrichtung gemessen wird und danach der Gegenhalter oder die Halteeinrichtung, dessen oder deren Ist-Temperatur gemessen wurde, auf den vorbestimmten Temperaturwert temperiert wird.An advantageous variant of the method provides that in the Reibschweißverbinden the actual temperature of the counter-holder or the holding device is measured by means of the temperature measuring device and then the counter-holder or the holding device whose or whose actual temperature was measured, is heated to the predetermined temperature value.

Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.The features disclosed above can be combined as desired, as far as this is technically possible and they do not contradict each other.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Reibschweißvorrichtung;
  • 2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Gegenhalters mit einem Strömungskanal;
  • 3a eine perspektivische Schnittdarstellung eines Gegenhalters mit einem Hohlraum für ein Heizelement;
  • 3b eine schematische Schnittdarstellung eines Gegenhalters mit Heizelement.
Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIGS. Show it:
  • 1 a schematic representation of a friction welding device;
  • 2 a perspective sectional view of a counter-holder with a flow channel;
  • 3a a perspective sectional view of a counter-holder having a cavity for a heating element;
  • 3b a schematic sectional view of a counter-holder with heating element.

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.The figures are exemplary schematic. Like reference numerals in the figures indicate like functional and / or structural features.

1 zeigt eine Reibschweißvorrichtung mit einem Reibschweißwerkzeug 11, das eine Halteeinrichtung 12 aufweist, in der ein Reibelement 3 aufgenommen ist. Das Reibschweißwerkzeug 11 rotiert die Halteeinrichtung 12 um die Rotationsachse R welche sich mit der Rotationsachse des Reibelements deckt. Das Reibschweißwerkzeug 11 bewegt das Rotationselement 3 entlang der Rotationsachse R von einer ersten, gestrichelt dargestellten Position in Richtung des Gegenhalters 4. Auf dem Gegenhalter 4 liegt das zweite Bauteil 2 auf und auf dem zweiten Bauteil 2 das erste Bauteil 1. Der in 1 dargestellte Gegenhalter 4 entspricht bezüglich seiner Temperierungsvorrichtung den in 3a und 3b gezeigten Gegenhaltern 4. 1 shows a friction welding device with a Reibschweißwerkzeug 11 which is a holding device 12 in which a friction element 3 is included. The friction welding tool 11 rotates the holding device 12 about the axis of rotation R which coincides with the axis of rotation of the friction element. The friction welding tool 11 moves the rotation element 3 along the axis of rotation R from a first, dashed position in the direction of the counter-holder 4 , On the counter-holder 4 lies the second component 2 on and on the second component 2 the first component 1 , The in 1 illustrated counter-holder 4 corresponds with respect to its tempering the in 3a and 3b shown counterholds 4 ,

Durch den in 2 im Schnitt gezeigten Gegenhalter 4 erstreckt sich ein Strömungskanal 48. Der Strömungskanal 48 ist zumindest in seinen radial außen liegenden Abschnitten parallel zu der Stirnfläche 41 des Gegenhalters 4 ausgebildet, sodass zumindest die Außenrandabschnitte der Stirnfläche 41 durch ein den Strömungskanal 48 durchströmendes Fluid temperiert werden. Der Strömungskanal 48 wird durch zumindest fünf Bohrungen ausgebildet, wobei nicht benötigte Abschnitte der Bohrungen durch ein Dichtmittel verschlossen werden. Der Strömungskanal 48 erstreckt sich durch den Temperierungsabschnitt 42 des Gegenhalters 4, welcher sich bei dem gezeigten Gegenhalter über ca. 70% der Länge des Gegenhalters erstreckt, welche entlang der Rotationsachse des Gegenhalters gemessen wird. Der Strömungskanal 48 ist sich mäanderförmig durch den Gegenhalter erstreckend ausgebildet, um die Länge des Strömungskanals 48 in dem Gegenhalter 4 zu verlängern und eine Temperaturaufnahme oder Temperaturabgabe von dem Gegenhalter 4 bzw. dem Temperierungsabschnitt 42 auf das den Strömungskanal 48 durchströmende Fluid zu verbessern.By the in 2 in the section shown counter holder 4 extends a flow channel 48 , The flow channel 48 is at least in its radially outer portions parallel to the end face 41 of the counterpart 4 formed so that at least the outer edge portions of the end face 41 through a flow channel 48 flowing fluid to be tempered. The flow channel 48 is formed by at least five holes, with unneeded sections of the holes are closed by a sealant. The flow channel 48 extends through the Temperierungsabschnitt 42 of the counterpart 4 which extends in the shown counter-holder over approximately 70% of the length of the counter-holder, which is measured along the axis of rotation of the counter-holder. The flow channel 48 is formed meandering through the counter-holder extending to the length of the flow channel 48 in the backstop 4 to extend and a temperature pickup or temperature output from the anvil 4 or the temperature control section 42 on the the flow channel 48 to improve fluid flowing through.

Die 3a und 3b zeigen jeweils einen Gegenhalter 4 in einer Gegenhalteraufnahme 5. In dem Gegenhalter 4 ist ein Hohlraum 43 ausgebildet, der bezüglich seiner geometrischen Form zu der geometrischen Form eines Endabschnitts des nur in 3b dargestellten Heiz- oder Kühlelements 49 entspricht, sodass der Endabschnitt des Heiz- oder Kühlelements 49 an der den Hohlraum 43 in dem Gegenhalter 4 bestimmenden Fläche anliegt und eine Temperatur des Endabschnitts des Heiz- oder Kühlelements 49 unmittelbar auf den Gegenhalter 4 übertragen wird. Der Gegenhalter 4 ist zumindest Abschnittsweise in der Gegenhalteraufname 5 aufgenommen, wobei die Gegenhalteraufnahme 5 einen Aufnahmeabschnitt 51 aufweist, in dem das Heiz- oder Kühlelement 49 zumindest teilweise aufgenommen wird. Hierzu ist das Heiz- oder Kühlelement 49 von einem Adapter 52 umgeben, welcher es zudem ermöglicht, elektrische Zu- oder Ableitungen von dem Heiz- oder Kühlelement 49 durch dafür vorgesehene Öffnungen des Aufnahmeabschnitts 51 aus bzw. in den Aufnahmeabschnitt 51 zu führen.The 3a and 3b each show a counterholder 4 in a counterholder shot 5 , In the backstop 4 is a cavity 43 formed with respect to its geometric shape to the geometric shape of an end portion of only in 3b illustrated heating or cooling element 49 corresponds to, so that the end portion of the heating or cooling element 49 at the the cavity 43 in the backstop 4 determining surface and a temperature of the end portion of the heating or cooling element 49 immediately on the counter-holder 4 is transmitted. The counterpart 4 is at least sectionwise in the counterholder view 5 taken, with the counterholder recording 5 a receiving section 51 in which the heating or cooling element 49 at least partially recorded. For this purpose, the heating or cooling element 49 from an adapter 52 surrounded, which also allows electrical supply or discharge from the heating or cooling element 49 through provided openings of the receiving portion 51 from or into the receiving section 51 respectively.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise könnte die Temperierungseinrichtung ein Laser sein, um den Gegenhalter, die Halteeinrichtung oder eines der Bauteile berührungslos zu erhitzen.The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use. For example, the tempering device could be a laser in order to heat the counterholder, the holding device or one of the components without contact.

Claims (11)

Reibschweißvorrichtung zum Reibschweißverbinden eines ersten Bauteils (1) mit einem zweiten Bauteil (2) an einer Reibschweißstelle durch ein Reibelement (3), welches einen Kopfabschnitt und einen Schaftabschnitt aufweist, die entlang einer Rotationsachse (R) des Reibelements (3) aneinander angrenzend ausgebildet sind, wobei die Reibschweißvorrichtung einen Gegenhalter (4) und ein Reibschweißwerkzeug (11) mit einer Halteeinrichtung (12) aufweist, die Halteeinrichtung (12) das Reibelement (3) beim Reibschweißverbinden aufnimmt und hält und das Reibschweißwerkzeug (11) die Halteeinrichtung (12) mit dem Reibelement (3) entlang der Rotationsachse (R) in Richtung des Gegenhalters (4) bewegt und das zweite Bauteil (2) bei dem Reibschweißverbinden zwischen der Halteeinrichtung (12) und dem Gegenhalter (4) angeordnet ist und an dem Gegenhalter (4) anliegt, wobei die Reibschweißvorrichtung eine Temperierungseinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, den Gegenhalter (4) oder die Halteeinrichtung (12) auf einen vorbestimmten Temperaturwert zu temperieren.A friction welding apparatus for friction welding bonding a first member (1) to a second member (2) at a friction weld by a friction member (3) having a head portion and a shaft portion formed adjacent to each other along an axis of rotation (R) of the friction member (3) , in which the friction welding device has a counter-holder (4) and a friction-welding tool (11) with a holding device (12), the holding device (12) receives and holds the friction element (3) during friction welding and the friction welding tool (11) moves the holding device (12) with the friction element (3) along the axis of rotation (R) in the direction of the counter holder (4) and the second component (2) is arranged in the friction welding connection between the holding device (12) and the counter-holder (4) and abuts against the counter-holder (4), wherein the friction welding device comprises a tempering device, which is designed to temper the counter holder (4) or the holding device (12) to a predetermined temperature value. Reibschweißvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Temperierungseinrichtung ausgebildet ist, den Gegenhalter (4) oder die Halteeinrichtung (12) einer vorbestimmten Temperaturkurve folgend abzukühlen oder zu erhitzen.Friction welding device according to the preceding claim, wherein the tempering device is designed to cool or heat the counterholder (4) or the holding device (12) following a predetermined temperature curve. Reibschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperierungseinrichtung an oder in dem Gegenhalter (4) angeordnet oder ausgebildet ist und den Gegenhalter (4) bei dem Reibschweißverbinden temperiert.Friction welding device according to one of the preceding claims, wherein the tempering device is arranged or formed on or in the counter holder (4) and tempered the counter-holder (4) in the Reibschweißverbinden. Reibschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperierungseinrichtung zumindest durch einen Strömungskanal (48) gebildet ist, der bei dem Reibschweißverbinden von einem temperierten Fluid durchströmbar ist.Friction welding device according to one of the preceding claims, wherein the tempering device is formed at least by a flow channel (48), which can be flowed through by a tempered fluid in the Reibschweißverbinden. Reibschweißvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen 3 und 4, wobei der Gegenhalter eine bei dem Reibschweißen dem zweiten Bauteil (2) zugewandte Stirnfläche (41) und einen unmittelbar an die Stirnfläche angrenzenden Temperierungsabschnitt (42) aufweist und der Strömungskanal (48) den Gegenhalter (4) in dem Temperierungsabschnitt (42) zumindest abschnittsweise parallel zu der Stirnfläche (41) durchläuft.Friction welding device according to the preceding Claims 3 and 4 , wherein the counter-holder has an end face (41) facing the second component (2) and a tempering section (42) directly adjoining the end face, and the flow channel (48) at least sections the counter-holder (4) in the tempering section (42) passes parallel to the end face (41). Reibschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperierungseinrichtung zumindest durch ein elektrisches Heiz- oder Kühlelement (49) gebildet ist.Friction welding device according to one of the preceding claims, wherein the temperature control device is formed at least by an electrical heating or cooling element (49). Reibschweißvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen 3 und 6, wobei in dem Gegenhalter ein Hohlraum (43) ausgebildet ist und das elektrische Heiz- oder Kühlelement in dem Hohlraum angeordnet ist, wobei der Hohlraum in seiner geometrischen Form korrespondierend zu einer geometrischen Form des Heiz- oder Kühlelements (49) geformt ist.Friction welding device according to the preceding Claims 3 and 6 wherein in the counter-holder a cavity (43) is formed and the electrical heating or cooling element is arranged in the cavity, wherein the cavity is formed in its geometric shape corresponding to a geometric shape of the heating or cooling element (49). Reibschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperierungseinrichtung an oder in der Halteeinrichtung (12) des Reibschweißwerkzeugs (11) angeordnet oder ausgebildet ist und die Halteeinrichtung (12) bei dem Reibschweißverbinden temperiert. Friction welding device according to one of the preceding claims, wherein the tempering device is arranged or formed on or in the holding device (12) of the friction-welding tool (11) and the holding device (12) is tempered in the friction-welding connection. Reibschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reibschweißvorrichtung eine Temperaturmessvorrichtung umfasst, welche eine Ist-Temperatur des Gegenhalters (4) oder der Halteeinrichtung (12) misst.Friction welding device according to one of the preceding claims, wherein the friction welding device comprises a temperature measuring device which measures an actual temperature of the counter-holder (4) or the holding device (12). Reibschweißverfahren mit einer Reibschweißvorrichtung zum Reibschweißverbinden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gegenhalter (4) oder die Halteeinrichtung (12) vor, nach oder bei dem Reibschweißverbinden durch die Temperierungseinrichtung auf den vorbestimmten Temperaturwert temperiert wird.Friction welding method comprising a friction welding device for friction welding according to any one of the preceding claims, wherein the counter-holder (4) or the holding device (12) before, after or during the friction-welding connection is tempered by the tempering device to the predetermined temperature value. Reibschweißverfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen 9 und 10, wobei bei dem Reibschweißverbinden die Ist-Temperatur des Gegenhalters (4) oder der Halteeinrichtung (12) gemessen wird und danach der Gegenhalter (4) oder die Halteeinrichtung (12), dessen oder deren Ist-Temperatur gemessen wurde, auf den vorbestimmten Temperaturwert temperiert wird.Friction welding method according to the preceding Claims 9 and 10 wherein in the Reibschweißverbinden the actual temperature of the counter-holder (4) or the holding device (12) is measured and thereafter the counter-holder (4) or the holding device (12) whose or whose actual temperature was measured, tempered to the predetermined temperature value becomes.
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US20100243714A1 (en) * 2009-03-26 2010-09-30 Eurocopter Method of assembling metal parts by friction welding, with the welding temperature being controlled using thermally conductive elements

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