DE102018119990A1 - Heating element, system and method for resistance welding thermoplastic components, in particular for the manufacture of aircraft - Google Patents

Heating element, system and method for resistance welding thermoplastic components, in particular for the manufacture of aircraft Download PDF

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Memis Tiryaki
Wolfgang Eilken
Amine Bahrani
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Abstract

Ein Heizelement (30) zum Widerstandsschweißen thermoplastischer Bauteile, insbesondere für die Herstellung von Luftfahrzeugen, umfasst ein oder mehrere elektrisch leitfähige Elemente (30a) vorzugsweise aus Kohlefasern, die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das Heizelement (30) erhitzen, um ein erstes Bauteil (11), das thermoplastisches Material umfasst, mit einem zweiten Bauteil (12), das thermoplastisches Material umfasst, in einem durch das Heizelement (30) elektrisch beheizten Bereich zu verschweißen. Das Heizelement (30) ist so ausgestaltet, dass es nach dem Schweißvorgang zwischen den verschweißten Bauteilen (11, 12) verbleibt und eine Verstärkung zur Erhöhung der Festigkeit der Schweißverbindung bildet. Das Heizelement (30) ist Teil eines Systems und eines Verfahrens zum Widerstandsschweißen von Bauteilen, insbesondere bei der Herstellung eines Rumpfs.

Figure DE102018119990A1_0000
A heating element (30) for resistance welding thermoplastic components, in particular for the manufacture of aircraft, comprises one or more electrically conductive elements (30a), preferably made of carbon fibers, which heat up when a voltage is applied to the heating element (30) around a first component (11), which comprises thermoplastic material, to be welded to a second component (12), which comprises thermoplastic material, in a region which is electrically heated by the heating element (30). The heating element (30) is designed such that it remains between the welded components (11, 12) after the welding process and forms a reinforcement to increase the strength of the welded connection. The heating element (30) is part of a system and a method for resistance welding components, in particular in the manufacture of a fuselage.
Figure DE102018119990A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement und ein System zum Widerstandsschweißen thermoplastischer Bauteile, insbesondere für die Herstellung von Luftfahrzeugen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Widerstandsschweißen thermoplastischer Bauteile, sowie ein Luftfahrzeug.The invention relates to a heating element and a system for resistance welding thermoplastic components, in particular for the manufacture of aircraft. Furthermore, the invention relates to a method for resistance welding thermoplastic components, and an aircraft.

Zum Bau moderner Flugzeuge bzw. Luftfahrzeuge werden vermehrt Bauteile oder Komponenten aus Verbundwerkstoffen bzw. Faserverbundwerkstoffen eingesetzt. Die einzelnen Komponenten werden beispielsweise durch Nieten, Kleben, Verschrauben oder Schweißen miteinander verbunden.Components or components made of composite materials or fiber composite materials are increasingly being used to build modern aircraft or aircraft. The individual components are connected to one another, for example, by riveting, gluing, screwing or welding.

Der Rumpf eines Luftfahrzeugs besteht meist aus einem festen Rahmen aus Verstärkungselementen, die eine Haut aus einem Komposit- bzw. Verbundwerkstoff tragen. Als Verstärkungselemente dienen Stringer und Spanten, wobei die Stringer in Längsrichtung des Rumpfes und die Spanten in Umfangsrichtung des Rumpfes verlaufen. Bei der Herstellung eines Flugzeugrumpfes werden meist einzelne Rumpfsegmente getrennt voneinander gefertigt und anschließend zusammengefügt, um den gesamten Rumpf zu bilden.The fuselage of an aircraft usually consists of a solid frame made of reinforcing elements that support a skin made of a composite or composite material. Stringer and ribs serve as reinforcing elements, the stringers running in the longitudinal direction of the fuselage and the ribs running in the circumferential direction of the fuselage. When manufacturing an aircraft fuselage, individual fuselage segments are usually manufactured separately from one another and then joined together to form the entire fuselage.

Häufig werden die überlappenden Hautabschnitte der verschiedenen Segmente mit Nieten verbunden. Die Nietverbindungen sind jedoch punktuell und können daher Spannungskonzentrationen verursachen. Nietverbindungen sind aufwändig herzustellen.The overlapping skin sections of the different segments are often connected with rivets. However, the rivet connections are selective and can therefore cause stress concentrations. Rivet connections are complex to produce.

Beim Kleben müssen die Klebeflächen aufwendig vorbereitet werden und es ist ein hoher Zeitaufwand für die Aushärtung des verwendeten Klebstoffs erforderlich. Beim Verbinden der Komponenten durch Verschrauben sind Bohrungen erforderlich, wodurch sich Nachteile in der Struktur des jeweiligen Bauteils ergeben können.When gluing, the adhesive surfaces have to be prepared in a complex manner and it takes a lot of time to cure the adhesive used. When connecting the components by screwing holes are required, which can result in disadvantages in the structure of the respective component.

Die Druckschrift DE 10 2015 110 193 A1 beschreibt ein Verfahren zum Schweißverbinden zweier Komponenten aus thermoplastischem Verbundwerkstoff mit mehreren Schichten.The publication DE 10 2015 110 193 A1 describes a process for welding two components made of thermoplastic composite material with multiple layers.

Die Druckschrift DE 10 2007 003 357 A1 beschreibt das Verbinden eines thermoplastischen Materials mit einem Faserverbundmaterial durch Bewegungsschweißen oder Induktionsschweißen. Zum Induktionsschweißen ist ein elektrisch leitfähiges Material in einem Verbindungsbereich zwischen dem thermoplastischen Material und dem Faserverbundmaterial angeordnet.The publication DE 10 2007 003 357 A1 describes the connection of a thermoplastic material with a fiber composite material by motion welding or induction welding. For induction welding, an electrically conductive material is arranged in a connection area between the thermoplastic material and the fiber composite material.

Die Druckschrift EP 3 040 265 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden zweier Rumpfabschnitte oder -sektionen. Dabei wird ein Verbindungsrahmen verwendet.The publication EP 3 040 265 A1 describes a method of connecting two fuselage sections or sections. A connection frame is used.

2 zeigt ein bekanntes Verfahren zum Verbinden von Bauteilen durch Widerstandsschweißen. Dabei werden ein erstes Bauteil 110 und ein zweites Bauteil 120 miteinander verbunden. Hierzu ist zwischen den Bauteilen 110, 120 entlang der Schweißstrecke ein Heizelement 130 angeordnet, das elektrisch leitfähig ist, um Hitze in dem Verbindungsbereich zu erzeugen. Das Heizelement 130 ist hierzu auf beiden Seiten an elektrische Verbindungsklammern 131, 132 angeschlossen, die mit einer Spannungsquelle verbunden sind, um einen Stromfluss durch das Heizelement 130 zu erzeugen. Die am Heizelement 130 anliegende Spannung und der Strom werden gemessen. 2 shows a known method for connecting components by resistance welding. This will be a first component 110 and a second component 120 connected with each other. This is between the components 110 . 120 a heating element along the welding path 130 arranged, which is electrically conductive to generate heat in the connection area. The heating element 130 is for this purpose on both sides on electrical connection clamps 131 . 132 connected, which are connected to a voltage source, to allow current to flow through the heating element 130 to create. The one on the heating element 130 applied voltage and current are measured.

Beim Verbinden einzelner Rumpfsegmente müssen die Schweißverbindungen sehr großen Belastungen standhalten. Insbesondere Im Fall von Rumpflängen, die z.B. im Bereich von 24 Metern liegen können, muss eine entsprechend lange und sehr starke Verbindung der Rumpfsegmente erfolgen.When connecting individual fuselage segments, the welded connections have to withstand very high loads. Especially in the case of hull lengths, e.g. can be in the range of 24 meters, there must be a correspondingly long and very strong connection of the fuselage segments.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, bei der Herstellung von Luftfahrzeugen thermoplastische Bauteile über große Längen mit erhöhter Festigkeit zu verbinden. Insbesondere sollen Rumpfsegmente verschweißt werden können, wobei eine hohe Qualität und Festigkeit der Verbindung gewährleistet ist.The object of the invention is to combine thermoplastic components over great lengths with increased strength in the manufacture of aircraft. In particular, fuselage segments should be able to be welded, with a high quality and strength of the connection being guaranteed.

Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Heizelement zum Widerstandsschweißen thermoplastischer Bauteile, insbesondere für die Herstellung von Luftfahrzeugen, umfassend ein oder mehrere elektrisch leitfähige Elemente, die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das Heizelementerhitzen, um ein erstes Bauteil, das thermoplastisches Material umfasst, mit einem zweiten Bauteil, das thermoplastisches Material umfasst, in einem durch das Heizelement elektrisch beheizten Bereich zu verschweißen, wobei das Heizelement so ausgestaltet ist, dass es nach dem Schweißvorgang zwischen den verschweißten Bauteilen verbleibt und dort eine Verstärkung bzw. ein Verstärkungselement zur Erhöhung der Festigkeit der Schweißverbindung bildet.To achieve this object, the invention provides a heating element for resistance welding thermoplastic components, in particular for the manufacture of aircraft, comprising one or more electrically conductive elements which heat up when a voltage is applied to the heating element, around a first component comprising thermoplastic material, to be welded to a second component, which comprises thermoplastic material, in a region which is electrically heated by the heating element, the heating element being designed such that it remains between the welded components after the welding process and there is a reinforcement or a reinforcing element for increasing the strength the welded connection.

Durch das multifunktionale Heizelement zum Widerstandsschweißen wird erreicht, dass auch große Bauteile mit hoher Festigkeit bei geringem Zeitaufwand verbunden werden können. Insbesondere können bei der Herstellung von Luftfahrzeugen auch große Rumpfsegmente miteinander verbunden werden um einen Rumpf herzustellen, der an den Verbindungsnähten eine erhöhte Festigkeit aufweist.The multifunctional heating element for resistance welding means that even large components with high strength can be connected in a short amount of time. In particular, in the manufacture of aircraft, large fuselage segments can also be connected to one another in order to produce a fuselage which has increased strength at the connecting seams.

Bevorzugt sind die elektrisch leitfähigen Elemente im Heizelement in Richtung der Hauptlast ausgerichtet, die auf die miteinander verschweißten Bauteile wirkt, insbesondere im verbauten Zustand der verschweißten Bauteile. The electrically conductive elements in the heating element are preferably oriented in the direction of the main load which acts on the components which are welded to one another, in particular when the welded components are installed.

Vorteilhaft sind die elektrisch leitfähigen Elemente als Fasern ausgebildet, insbesondere als Karbonfasern.The electrically conductive elements are advantageously designed as fibers, in particular as carbon fibers.

Bevorzugt ist die Orientierung der leitfähigen Elemente senkrecht zur Richtung X der herzustellenden Schweißnaht gerichtet.The orientation of the conductive elements is preferably perpendicular to the direction X the weld seam to be produced.

Insbesondere kann die Hauptlast eine Zugkraft sein, die die verschweißten Bauteile im verbauten Zustand auseinanderzieht.In particular, the main load can be a tensile force that pulls the welded components apart when installed.

Vorteilhaft erstrecken sich die elektrisch leitenden Elemente über das Heizelement hinaus und bilden dort ein Kontaktelement für die Stromversorgung.The electrically conductive elements advantageously extend beyond the heating element and form a contact element there for the power supply.

Insbesondere sind die Bauteile Elemente eines Rumpfes eines Luftfahrzeugs, die entlang einer Schweißnaht zu verbinden sind, wobei die Hauptlast beispielsweise senkrecht zur Richtung X der Schweißnaht gerichtet ist. Dies kann zum Beispiel bei einer Flugzeugrumpf-Längstnaht der Fall sein.In particular, the components are elements of a fuselage of an aircraft which are to be connected along a weld seam, the main load being perpendicular to the direction, for example X the weld is directed. This can be the case with an aircraft fuselage longitudinal seam, for example.

Bevorzugt ist ein begrenzter Teilbereich des Heizelements durch Stromfluss heizbar, dessen Position im Heizelement beim Schweißvorgang veränderbar ist. Insbesondere heizen sich dabei außerhalb des begrenzten Teilbereichs gelegene Bereiche des Heizelements nicht durch Stromfluss in den dort angeordneten leitfähigen Elementen auf.A limited portion of the heating element can preferably be heated by current flow, the position of which in the heating element can be changed during the welding process. In particular, regions of the heating element located outside the limited partial region do not heat up due to current flow in the conductive elements arranged there.

Vorteilhaft umfasst das Heizelement mindestens eine Kontaktfläche zur Kontaktierung einer relativ zum Heizelement bewegbaren Elektrode.The heating element advantageously comprises at least one contact surface for contacting an electrode that is movable relative to the heating element.

Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung ein System zum Verbinden thermoplastischer Bauteile durch Widerstandsschweißen, insbesondere für die Herstellung von Luftfahrzeugen, das ein erfindungsgemäßes Heizelement umfasst.In one aspect, the invention provides a system for connecting thermoplastic components by resistance welding, in particular for the manufacture of aircraft, which comprises a heating element according to the invention.

Bevorzugt weist das System zum Widerstandsschweißen thermoplastischer Bauteile eine Andruckeinheit auf, um die thermoplastischen Bauteile beim Verschweißen aneinander zu drücken.The system for resistance welding of thermoplastic components preferably has a pressure unit in order to press the thermoplastic components against one another during welding.

Vorteilhaft umfasst das System mindestens eine bewegbare Elektrode auf, die sich beim Schweißvorgang über die Kontaktfläche des Heizelements bewegt, um nacheinander verschiedene Teilbereiche des Heizelements kontinuierlich mit Strom zu versorgen. Insbesondere ist dabei die bewegbare Elektrode als Rolle ausgebildet, die beim Schweißvorgang auf einer Kontaktfläche des Heizelements abrollt.The system advantageously comprises at least one movable electrode, which moves over the contact surface of the heating element during the welding process in order to continuously supply different partial regions of the heating element with current. In particular, the movable electrode is designed as a roller that rolls on a contact surface of the heating element during the welding process.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden thermoplastischer Bauteile durch Widerstandsschweißen, insbesondere für die Herstellung von Luftfahrzeugen, bei dem ein erstes Bauteil, das thermoplastisches Material umfasst, mit einem zweiten Bauteil, das thermoplastisches Material umfasst, an einem elektrisch beheizten Bereich der Bauteile verschweißt wird, wobei das Heizelement nach dem Schweißvorgang zwischen den verschweißten Bauteilen verbleibt und dort eine Verstärkung bzw. ein Verstärkungselement zur Erhöhung der Festigkeit der Schweißverbindung der miteinander verschweißten Bauteile bildet.According to a further aspect, the invention provides a method for connecting thermoplastic components by resistance welding, in particular for the manufacture of aircraft, in which a first component, which comprises thermoplastic material, with a second component, which comprises thermoplastic material, on an electrically heated area of the Components are welded, the heating element remaining between the welded components after the welding process and forming a reinforcement or a reinforcing element there to increase the strength of the welded connection of the components welded together.

Vorzugsweise wird dabei ein erfindungsgemäßes Heizelement und/oder ein erfindungsgemäßes System nach einem der Ansprüche verwendet.A heating element according to the invention and / or a system according to the invention according to one of the claims is preferably used.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Luftfahrzeug, das Bauteile aufweist, die mit einem erfindungsgemäßen Heizelement und/oder mit einem erfindungsgemäßen System verschweißt sind.According to a further aspect, the invention provides an aircraft which has components which are welded to a heating element according to the invention and / or to a system according to the invention.

Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Heizelement beschrieben sind, gelten auch für das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren, ebenso wie Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System oder Verfahren beschrieben sind, auch für das erfindungsgemäße Heizelement gelten.Advantages and details that are described in connection with the heating element according to the invention also apply to the system and the method according to the invention, as well as advantages and details that are described in connection with the system or method according to the invention also apply to the heating element according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

  • 1 schematisch eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems mit dem erfindungsgemäßen Heizelement, beim Herstellen einer Überlappungsverbindung im Rumpfbereich eines Flugzeugs;
  • 2 eine schematische Ansicht einer bekannten Vorrichtung zum Widerstandsschweißen;
  • 3 schematisch eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bei der Herstellung einer Schweißverbindung zweier überlappender Bauteile;
  • 4 einen Querschnitt durch ein multifunktionales Heizelement gemäß der Erfindung;
  • 5 eine Seitenansicht einer hinteren Rumpfsektion eines Verkehrsflugzeugs mit erfindungsgemäß verschweißten Längsnähten;
  • 6 eine Schnittansicht der in 5 gezeigten Rumpfsektion mit erfindungsgemäß verschweißten Längsnähten;
  • 7 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäß geschweißten Längsnaht eines Verkehrsflugzeugs.
An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
  • 1 schematically shows a sectional view of a preferred embodiment of the system according to the invention with the heating element according to the invention, when establishing an overlap connection in the fuselage area of an aircraft;
  • 2 a schematic view of a known device for resistance welding;
  • 3 schematically a top view of the in 1 shown preferred embodiment of the invention in the production of a welded connection of two overlapping components;
  • 4 a cross section through a multifunctional heating element according to the invention;
  • 5 a side view of a rear fuselage section of a commercial aircraft with longitudinal seams welded according to the invention;
  • 6 a sectional view of the in 5 shown fuselage section with longitudinal seams welded according to the invention;
  • 7 a sectional view of a longitudinal seam welded according to the invention of a commercial aircraft.

1 zeigt eine Schnittansicht ein System zum Verbinden thermoplastischer Bauteile von Luftfahrzeugen mittels Widerstandsschweißen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das System bzw. Widerstandsschweißsystem umfasst ein Heizelement 30, das dazu dient, ein erstes Bauteil 11 mit einem zweiten Bauteil 12 in einem elektrisch beheizten Bereich der Bauteile zu verschweißen. Das Heizelement 30 umfasst elektrisch leitende Elemente 30a zum Erhitzen der Bauteile 11,12 beim Anlegen einer elektrischen Spannung. Das Heizelement 30 ist so gestaltet, dass es nach dem Schweißvorgang in der Schweißverbindung verbleibt und dort dauerhaft als Verstärkungselement der miteinander verschweißten Bauteile 11, 12 dient. 1 shows a sectional view of a system for connecting thermoplastic components of aircraft by means of resistance welding according to a preferred embodiment of the invention. The system or resistance welding system comprises a heating element 30 , which serves a first component 11 with a second component 12 to be welded in an electrically heated area of the components. The heating element 30 includes electrically conductive elements 30a for heating the components 11 . 12 when applying an electrical voltage. The heating element 30 is designed so that it remains in the welded joint after the welding process and there permanently as a reinforcing element of the components welded together 11 . 12 serves.

Das Heizelement 30 erfüllt somit zwei Funktionen. Zum einen dient es als Heizelement zum Widerstandsschweißen, zum anderen dient es mit seinen elektrisch leitenden Elementen 30a, die als Fasern ausgebildet sind, zur strukturellen bzw. strukturmechanischen Verstärkung des durch Verschweißen hergestellten Bauteils. Beim Widerstandsschweißen wird das thermoplastische Material geschmolzen, wobei an der Verbindungsstelle das thermoplastische Material der Bauteile 11, 12 die Fasern 30a des Heizelement 30 als Matrix umgibt, so dass eine faserverstärkte Verbindung entsteht.The heating element 30 fulfills two functions. On the one hand it serves as a heating element for resistance welding, on the other hand it serves with its electrically conductive elements 30a , which are designed as fibers, for structural or structural mechanical reinforcement of the component produced by welding. In resistance welding, the thermoplastic material is melted, with the thermoplastic material of the components at the connection point 11 . 12 the fibers 30a of the heating element 30 surrounds as a matrix, so that a fiber-reinforced connection is formed.

Die elektrisch leitenden Fasern 30a des Heizelements 30 sind in der Hauptlastrichtung der herzustellenden Schweißverbindung ausgerichtet. Sie sind als Karbonfasern ausgestaltet bzw. aus Karbonmaterial gefertigt.The electrically conductive fibers 30a of the heating element 30 are aligned in the main load direction of the welded connection. They are designed as carbon fibers or made of carbon material.

Das Heizelement 30 befindet sich beim Schweißvorgang zwischen den beiden Bauteilen 11, 12, um sie durch Stromfluss in seinen elektrisch leitenden Elementen bzw. Fasern 30a lokal zu erhitzen. Die zu verbindenden Bauteile 11, 12 sind in diesem Beispiel jeweils ein Hautabschnitt eines Rumpfsegments und enthalten thermoplastisches Material. Zum Verschweißen sind sie nebeneinander angeordnet, wobei sie in einem Überlappungsbereich übereinander liegen.The heating element 30 is between the two components during the welding process 11 . 12 to them by current flow in its electrically conductive elements or fibers 30a to heat locally. The components to be connected 11 . 12 are each a skin section of a trunk segment in this example and contain thermoplastic material. For welding, they are arranged next to one another, with them lying one above the other in an overlap area.

Das Heizelement 30 ist flächig ausgebildet und erstreckt sich zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen 11, 12 in einer Längsrichtung X, die in der 1 senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Die elektrisch leitenden Elemente oder Fasern 30a erhitzen sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung aufgrund des darin erzeugten Stromflusses. (siehe 3).The heating element 30 is flat and extends between the two components to be connected 11 . 12 in a longitudinal direction X that in the 1 runs perpendicular to the plane of the drawing. The electrically conductive elements or fibers 30a heat up when an electrical voltage is applied due to the current flow generated therein. (please refer 3 ).

Zwei Kontaktelemente in Form von Elektroden 31, 32 sind mit einer Spannungsquelle 50 verbunden und dienen zum Anlegen der elektrischen Spannung an das Heizelement 30. Die Elektroden 31, 32 sind relativ zum Heizelement 30 bewegbar ausgestaltet. Die Elektroden 31, 32 kontaktieren das flächig ausgebildete Heizelement 30 jeweils an einem Kontaktbereich 35 bzw. 36, um den Stromfluss zwischen den beiden Elektroden 31, 32 durch das Heizelement 30 hindurch zu erzeugen. Die Kontaktbereiche 35, 36 befinden sich an einem linken Randbereich und einem rechten Randbereich des Heizelements 30. Der Heizstrom verläuft zwischen den sich gegenüber liegenden Elektroden 31, 32 in Richtung der Breite des Heizelements 30, d.h. in 1 von links nach rechts oder von rechts nach links.Two contact elements in the form of electrodes 31 . 32 are with a voltage source 50 connected and serve to apply the electrical voltage to the heating element 30 , The electrodes 31 . 32 are relative to the heating element 30 designed to be movable. The electrodes 31 . 32 contact the flat heating element 30 each at a contact area 35 respectively. 36 to the current flow between the two electrodes 31 . 32 through the heating element 30 to generate through. The contact areas 35 . 36 are located on a left edge area and a right edge area of the heating element 30 , The heating current runs between the opposite electrodes 31 . 32 in the direction of the width of the heating element 30 , ie in 1 from left to right or from right to left.

Die beiden als bewegbare Elektroden 31, 32 ausgebildeten Kontaktelemente bilden auf diese Weise eine Einrichtung, die dazu dient, einen lokal begrenzten Teilbereich des Heizelements 30 während des Schweißvorgangs zu erhitzen und entlang der Bauteile 11, 12 zu kontinuierlich bewegen bzw. zu verschieben, während das Heizelement 30 ortsfest zwischen den zu verschweißenden Bauteilen 11, 12 liegt. Die außerhalb des lokal begrenzten, verschiebbaren Teilbereichs gelegenen Bereiche des Heizelements 30 werden dabei nicht mit Strom versorgt.The two as movable electrodes 31 . 32 In this way, trained contact elements form a device which serves to locally delimit a partial area of the heating element 30 heat during the welding process and along the components 11 . 12 to move or move continuously while the heating element 30 stationary between the components to be welded 11 . 12 lies. The areas of the heating element located outside the locally limited, displaceable partial area 30 are not supplied with electricity.

Der durch Stromfluss in den elektrisch leitenden Fasern 30a erhitzte Teilbereich bildet eine Schweißzone, in der die beiden Bauteile 11, 12 durch Schmelzen des thermoplastischen Materials und anschließendes Erstarren unter Ausübung von Druck miteinander verschweißt werden.The current flow in the electrically conductive fibers 30a heated portion forms a welding zone in which the two components 11 . 12 are welded together by melting the thermoplastic material and subsequent solidification with the application of pressure.

Die bewegbaren Elektroden 31, 32 sind als Rollen ausgestaltet. Die Rollen bzw. Rollenelektroden 31, 32 liegen beim Schweißvorgang an dem Heizelement 30 an, so dass jeweils ein Teil ihrer Umfangsfläche den Kontakt zum Heizelement 30 bildet, während sie auf der jeweiligen Kontaktfläche des Heizelements 30 abrollen.The movable electrodes 31 . 32 are designed as roles. The rollers or roller electrodes 31 . 32 lie on the heating element during the welding process 30 on, so that in each case part of their peripheral surface makes contact with the heating element 30 forms while on the respective contact surface of the heating element 30 roll.

Auf der ersten, bzw. in der 1 oben gelegenen Seite des Heizelements 30 wird dieses durch die erste Elektrode 31 in dem in der Figur rechts gelegenen Kontaktbereich 35 kontaktiert, der sich am rechten Rand des Heizelements 30 auf dessen Oberseite in Längsrichtung des Heizelements 30 (X-Richtung) erstreckt, das heißt senkrecht zur Zeichenebene in 1 (siehe auch 3).On the first or in the 1 top of the heating element 30 this is through the first electrode 31 in the contact area on the right in the figure 35 contacted who is on the right edge of the heating element 30 on its top in the longitudinal direction of the heating element 30 (X direction) extends, i.e. perpendicular to the plane of the drawing in 1 (see also 3 ).

Auf der zweiten, bzw. in der 1 unten gelegenen Seite des Heizelements 30 wird dieses durch die zweite Elektrode 32 in einem in der Figur links gelegenen Kontaktbereich 36 kontaktiert, der sich am linken Rand des Heizelements 30 an dessen Unterseite in Längsrichtung des Heizelements 30 erstreckt.On the second or in the 1 bottom of the heating element 30 this is through the second electrode 32 in a contact area on the left in the figure 36 contacted who is on left edge of the heating element 30 on its underside in the longitudinal direction of the heating element 30 extends.

Die Kontaktstellen innerhalb der Kontaktbereiche 35, 36 werden durch die jeweilige Umfangsfläche der an dem Heizelement 30 anliegenden rollenförmigen Elektroden 31, 32 gebildet.The contact points within the contact areas 35 . 36 are determined by the respective peripheral surface of the heating element 30 adjacent roller-shaped electrodes 31 . 32 educated.

Durch das Abrollen der rollenförmig ausgestalteten Elektroden 31, 32 auf dem Heizelement 30 an den Kontaktbereichen 35 bzw. 36 wird der stromdurchflossene Teilbereich des Heizelements 30 zwischen den beiden Elektroden 31, 32 in Längsrichtung des Heizelements 30 bewegt, die sich senkrecht zur Zeichenebene der 1 erstreckt. Dadurch schreitet die elektrisch beheizte Schweißzone, die durch den jeweils stromdurchflossenen, lokal begrenzten Teilbereich des Heizelements 30 erhitzt wird, in Längsrichtung (X-Richtung) kontinuierlich fort. Diese Bewegung entspricht der Schweißbewegung.By rolling off the roll-shaped electrodes 31 . 32 on the heating element 30 at the contact areas 35 respectively. 36 becomes the current-carrying section of the heating element 30 between the two electrodes 31 . 32 in the longitudinal direction of the heating element 30 moves perpendicular to the plane of the drawing 1 extends. As a result, the electrically heated welding zone passes through the locally restricted partial area of the heating element through which current flows 30 is heated continuously in the longitudinal direction (X direction). This movement corresponds to the welding movement.

Die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile 11, 12 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Heizelements 30, das heißt an dessen Oberseite bzw. Unterseite angeordnet. Die beiden Bauteile 11, 12 werden durch Hautabschnitte eines Rumpfsegments oder verschiedener Rumpfsegmente gebildet. Im vorliegenden Beispiel bildet ein oberes Hautelement das Bauteil 11, während ein unteres Hautelement das Bauteil 12 bildet.The two components to be connected 11 . 12 are on opposite sides of the heating element 30 , that is arranged on the top or bottom. The two components 11 . 12 are formed by skin sections of a trunk segment or different trunk segments. In the present example, an upper skin element forms the component 11 while a lower skin element the component 12 forms.

Die beiden Hautabschnitte bzw. Bauteile 11, 12 werden mit Hilfe von zwei gegenüberliegenden Andruckelementen in Form von Andruckrollen 41, 42 beim Schweißvorgang im Bereich einer Andruckzone aneinandergedrückt. In dem hier gezeigten Beispiel übt das oberhalb des ersten Bauteils 11 angeordnete Andruckelement 41 eine nach unten in Richtung der Schweißzone gerichtete Kraft auf das erste bzw. obere Bauteil 11 aus, während das unterhalb des zweiten Bauteils 12 angeordnete Andruckelement 42 eine entgegengesetzte, nach oben in Richtung der Schweißzone gerichtete Kraft auf das zweite bzw. untere Bauteil 12 ausübt.The two skin sections or components 11 . 12 are made using two opposing pressure elements in the form of pressure rollers 41 . 42 pressed together in the area of a pressure zone during the welding process. In the example shown here, this is practiced above the first component 11 arranged pressure element 41 a downward force in the direction of the welding zone on the first or upper component 11 off, while that below the second component 12 arranged pressure element 42 an opposite force directed upwards towards the welding zone on the second or lower component 12 exercises.

Im Betrieb werden die beiden Andruckelemente bzw. Andruckrollen 41, 42 synchron mit der fortschreitenden Schweißzone bewegt, so dass in dem jeweils beheizten, stromdurchflossenen Teilbereich des Heizelements 30 die beiden miteinander zu verschweißenden Bauteile 11, 12 aneinandergedrückt werden. The two pressure elements or pressure rollers are in operation 41 . 42 moved synchronously with the progressing welding zone, so that in the respectively heated, current-carrying section of the heating element 30 the two components to be welded together 11 . 12 be pressed together.

Die 3 zeigt das Widerstandsschweißsystem mit dem erfindungsgemäßen Heizelement 30 während des Schweißvorgangs in einer Ansicht von oben. Die gestrichelte Linie A kennzeichnet die in 1 dargestellte Schnittansicht.The 3 shows the resistance welding system with the heating element according to the invention 30 during the welding process in a view from above. The dashed line A denotes the in 1 shown sectional view.

Der obere Hautabschnitt 11 bzw. das obere Bauteil überlappt den unteren Hautabschnitt 12 bzw. das unten gelegene Bauteil in einem Überlappungsbereich. Zwischen den beiden Hautabschnitten 11, 12 befindet sich das Heizelement 30.The upper section of the skin 11 or the upper component overlaps the lower skin section 12 or the component below in an overlap area. Between the two skin sections 11 . 12 is the heating element 30 ,

Auf der rechten Seite, neben der oberen bzw. ersten Andruckrolle 41, befindet sich die erste bzw. obere rollenförmige Elektrode 31. Diese steht in elektrischem Kontakt mit dem darunter gelegenen Kontaktbereich 35 des Heizelements 30 an dessen Oberseite.On the right, next to the top or first pinch roller 41 , the first or upper roller-shaped electrode is located 31 , This is in electrical contact with the contact area underneath 35 of the heating element 30 at the top.

Auf der linken Seite neben der unteren bzw. zweiten Andruckrolle 42, die in 3 nicht sichtbar ist, befindet sich die untere bzw. zweite Elektrode 32. Sie steht in elektrischem Kontakt mit dem darüber gelegenen Kontaktbereich 36 des Heizelements 30 an dessen Unterseite. Somit kontaktieren die beiden Elektroden 31, 32 das Heizelement 30 an dessen Oberseite bzw. Unterseite, jeweils an einem seitlich der Andruckzone gelegenen Oberflächenbereich des Heizelements 30.On the left next to the lower or second pressure roller 42 , in the 3 the lower or second electrode is not visible 32 , It is in electrical contact with the contact area above it 36 of the heating element 30 at the bottom. Thus, the two electrodes make contact 31 . 32 the heating element 30 on the top or bottom, in each case on a surface area of the heating element located to the side of the pressure zone 30 ,

Die beiden Elektroden 31, 32 kontaktieren das Heizelement 30 an den beiden gegenüberliegenden Kontaktbereichen 35 bzw. 36 am jeweiligen Rand des Heizelements 30. Die Kontaktbereiche 35, 36 des Heizelements 30 befinden sich seitlich neben dem Überlappungsbereich der Bauteile 11, 12. Die Breite des jeweiligen Rand- bzw. Kontaktbereichs 35, 36 entspricht im Wesentlichen der Breite der Umfangsfläche der jeweiligen Rollenelektrode 31 bzw. 32.The two electrodes 31 . 32 contact the heating element 30 at the two opposite contact areas 35 respectively. 36 on the respective edge of the heating element 30 , The contact areas 35 . 36 of the heating element 30 are located on the side next to the overlap area of the components 11 . 12 , The width of the respective border or contact area 35 . 36 corresponds essentially to the width of the circumferential surface of the respective roller electrode 31 respectively. 32 ,

Das Heizelement 30 hat eine Breite, die größer ist als die Breite des Überlappungsbereichs der Hautabschnitte bzw. Bauteile 11, 12. Dadurch sind an beiden Seiten des Heizelements 30 die Kontaktbereiche 35, 36 zur Kontaktierung durch die Elektroden 31, 32 ausgebildet.The heating element 30 has a width that is greater than the width of the overlap area of the skin sections or components 11 . 12 , As a result, are on both sides of the heating element 30 the contact areas 35 . 36 for contacting through the electrodes 31 . 32 educated.

Um die beheizte Schweißzone in der Längsrichtung X, d.h. in Richtung der Schweißbewegung lokal einzugrenzen, verlaufen die elektrisch leitfähigen Fasern 30a des Heizelements 30 parallel zueinander und voneinander elektrisch isoliert zwischen den Kontaktbereichen 35, 36 des Heizelements 30. Der Stromfluss zwischen den beiden rollenförmigen Elektroden 31, 32 durch das Heizelement 30 verläuft im Wesentlichen parallel zur jeweiligen Drehachse 31a, 32a der Rollenelektroden 31, 32 und auch parallel zu den Drehachsen 41a, 41b der rollenförmigen Andruckelemente 41, 42.Around the heated welding zone in the longitudinal direction X , ie to localize in the direction of the welding movement, the electrically conductive fibers run 30a of the heating element 30 parallel to each other and electrically isolated from each other between the contact areas 35 . 36 of the heating element 30 , The current flow between the two roller-shaped electrodes 31 . 32 through the heating element 30 runs essentially parallel to the respective axis of rotation 31a . 32a the roller electrodes 31 . 32 and also parallel to the axes of rotation 41a . 41b the roll-shaped pressure elements 41 . 42 ,

Die in 3 gezeigte überlappende Rumpfverbindung der beiden Hautabschnitte 11, 12 erstreckt sich in X-Richtung, die bei einer Längsnaht des Rumpfes der Längsrichtung des Flugzeugrumpfes entspricht. Die senkrecht dazu gerichtete Y-Richtung entspricht der Umfangsrichtung des Rumpfes und ist in diesem Fall die Richtung der Hauptlast oder Hauptlastrichtung, in der die größte Beanspruchung an der Naht zwischen den Rumpfsegmenten erfolgt.In the 3 shown overlapping trunk connection of the two skin sections 11 . 12 extends in the X direction, which corresponds to the longitudinal direction of the aircraft fuselage with a longitudinal seam of the fuselage. The Y direction perpendicular to it corresponds to the circumferential direction of the fuselage and in this case is the direction of the main load or direction of the main load in which the greatest stress occurs at the seam between the fuselage segments.

Die Richtungen der im Heizelement 30 angeordneten Fasern 30a, die aus elektrisch leitendem Material gefertigt sind und als Karbonfasern vorliegen, können entsprechend den jeweiligen Lastverteilung ausgewählt werden.The directions of the in the heating element 30 arranged fibers 30a made of electrically conductive material and available as carbon fibers can be selected according to the respective load distribution.

4 zeigt eine Schnittansicht des multifunktionales Heizelement 30 der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Systems zum Widerstandsschweißen. Auf seiner Oberseite und Unterseite, sowie zwischen den elektrisch leitenden Fasern 30, sind Isolatoren 34 angeordnet. Hierbei wird ein Klebstoff verwendet, der als Isolator wirkt. Die elektrisch leitenden Fasern 30a erstrecken sich im Heizelement 30 in verschiedene Richtungen. 4 shows a sectional view of the multifunctional heating element 30 the device according to the invention or the system according to the invention for resistance welding. On its top and bottom, as well as between the electrically conductive fibers 30 , are insulators 34 arranged. Here, an adhesive is used that acts as an insulator. The electrically conductive fibers 30a extend in the heating element 30 in different directions.

An den beiden in der Figur rechts und links gelegenen Enden des Heizelements 30 befindet sich jeweils ein elektrisch leitendes Klemmelement 37, 38, in das sich die elektrisch leitenden Elemente oder Fasern 30a an ihren jeweiligen Enden hinein erstrecken. Sie erstrecken sich somit über die Heizfläche des Heizelements 30 hinaus, sodass ihre beiden Enden in das Klemmelement 37 bzw. 38 eingefügt und dort festgehalten sind. Die Klemmelemente 37, 38 sind beispielsweise aus Metall gefertigt bzw. Metallteile. Beim Schweißvorgang bilden sie die Kontaktflächen 35, 36, auf denen sich die Elektroden 31, 32 bewegen bzw. auf denen die als Rollen geformten Elektroden 31, 32 abrollen.At the two ends of the heating element on the right and left in the figure 30 there is an electrically conductive clamping element 37 . 38 , in which the electrically conductive elements or fibers 30a extend in at their respective ends. They therefore extend over the heating surface of the heating element 30 out so that both of its ends fit into the clamping element 37 respectively. 38 inserted and held there. The clamping elements 37 . 38 are for example made of metal or metal parts. They form the contact surfaces during the welding process 35 . 36 on which the electrodes are 31 . 32 move or on which the electrodes shaped as rollers 31 . 32 roll.

Nachfolgend wird anhand der 1 und 3 beispielhaft das Verbinden von zwei Bauteilen 11, 12, die Hautabschnitte von Rumpfsegmenten eines Luftfahrzeugs sind, gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.The following is based on the 1 and 3 exemplary the connection of two components 11 . 12 , which are skin portions of fuselage segments of an aircraft, according to the present invention.

Der erste Hautabschnitt 11 wird so an dem zweiten Hautabschnitt 12 angeordnet, dass sich die beiden Hautabschnitte in einem Teilbereich überlappen. Zwischen den beiden überlappenden Hautabschnitten 11, 12 wird das flächig ausgebildete Heizelement 30 angeordnet. Es umfasst elektrisch leitende Fasern 30a, die beim Schweißvorgang erhitzt werden, um das thermoplastische Material der Bauteile 11, 12 in einer Schweißzone zu schmelzen, und es dient darüber hinaus nach dem Schweißvorgang als Verstärkungselement der miteinander verschweißten Bauteile 11, 12.The first section of skin 11 so on the second section of skin 12 arranged that the two skin sections overlap in a partial area. Between the two overlapping skin sections 11 . 12 becomes the flat heating element 30 arranged. It includes electrically conductive fibers 30a which are heated during the welding process to the thermoplastic material of the components 11 . 12 melt in a welding zone, and it also serves as a reinforcing element of the welded components after the welding process 11 . 12 ,

Nach dem Zusammenschweißen verbleibt das Heizelement 30 in der Schweißnaht. Die Fasern 30a des Heizelements 30 sind aus Karbon gefertigt bzw. als Karbonfasern gestaltet. Sie werden zum Verschweißen der Bauteile 11, 12 so angeordnet sind, dass sie in Lastrichtung der herzustellenden Schweißverbindung ausgerichtet sind, um nach dem Schweißvorgang als Verstärkungselement der verschweißten Bauteile 11, 12 zu dienen.After welding, the heating element remains 30 in the weld. The fibers 30a of the heating element 30 are made of carbon or designed as carbon fibers. They are used to weld the components 11 . 12 are arranged so that they are aligned in the load direction of the welded connection to be made, in order to act as a reinforcing element of the welded components after the welding process 11 . 12 to serve.

Das Heizelement 30 umfasst Fasern 30a bzw. Karbonfasern, die zum Verschweißen der Bauteile 11, 12 in Richtung der Hauptlast M ausgerichtet sind, welche auf die Schweißverbindung der miteinander verschweißten Bauteile 11, 12 im verbauten Zustand wirkt.The heating element 30 includes fibers 30a or carbon fibers used to weld the components 11 . 12 towards the brunt M are aligned, which on the welded connection of the welded components 11 . 12 works when installed.

Zum Ausbilden einer in Schweißrichtung lokal begrenzten Schweißzone wird das Heizelement 30 über bewegbare Elektroden 31, 32 mit Strom versorgt. Dies erfolgt nur in einem in Längsrichtung lokal begrenzten Teilbereich des Heizelements 30. Während des Schweißvorgangs wird die Schweißzone in Schweißrichtung bzw. in Richtung der Schweißbewegung X bewegt, die der Längsrichtung des flächigen Heizelements 30 bzw. der Schweißnaht entspricht. The heating element is used to form a locally defined welding zone in the welding direction 30 via movable electrodes 31 . 32 powered. This takes place only in a region of the heating element that is locally limited in the longitudinal direction 30 , During the welding process, the welding zone is in the welding direction or in the direction of the welding movement X moves the longitudinal direction of the flat heating element 30 or the weld seam corresponds.

Dabei werden unterschiedliche Teilbereiche des Heizelements 30 nacheinander mit Strom versorgt, um auf diese Weise die lokal begrenzte Schweißzone in Schweißrichtung X in dem Heizelement 30 zu bewegen oder fortschreiten zu lassen.Different parts of the heating element 30 successively supplied with electricity in order to move the locally limited welding zone in the welding direction X in the heating element 30 to move or let progress.

Hierzu werden bewegbare Elektroden 31, 32 mit elektrischem Strom versorgt, so dass das Heizelement 30 im Verbindungsbereich bzw. in der lokal in Längsrichtung X begrenzten Schweißzone von Strom durchflossen wird, während die übrigen Bereiche des Heizelements 30 nicht mit Strom versorgt werden. Die Elektroden 31, 32 bewegen sich beim Schweißvorgang in Längsrichtung der Verbindung, d.h. in Schweißrichtung, und stehen dabei in kontinuierlichem elektrischen Kontakt mit dem Heizelement 30.For this purpose, movable electrodes 31 . 32 supplied with electrical current so that the heating element 30 in the connection area or in the local longitudinal direction X limited welding zone is traversed by electricity, while the remaining areas of the heating element 30 cannot be powered. The electrodes 31 . 32 move during the welding process in the longitudinal direction of the connection, ie in the welding direction, and are in continuous electrical contact with the heating element 30 ,

Andruckrollen 41, 42, die die beiden Hautabschnitte 11, 12 beim Verschweißen gegeneinanderdrücken, werden synchron mit den bewegten Elektroden 31, 32 bewegt.pressure rollers 41 . 42 that the two skin sections 11 . 12 pressing against each other during welding are synchronized with the moving electrodes 31 . 32 emotional.

Bei dem Verfahren werden die jeweils für den Schweißvorgang benötigten Parameter berücksichtigt. Zum Beispiel liegt die Schweißgeschwindigkeit bevorzugt bei 100 bis 350 mm/min. Als Andruckelement 41, 42 wird bevorzugt ein keramischer Isolator verwendet, wodurch der Wärmeverlust verringert wird. Die Druckkraft kann beispielsweise im Bereich von ca. 6 bar liegen. Die Verbindung weist eine Scherfestigkeit auf, die zum Beispiel im Bereich von ca. 58 N/mm2 liegen kann. Die Hautstärken der zu verschweißenden Bauteile oder Rumpfsegmente liegen in vielen Fällen im Bereich von 2 bis 3 mm. Sie können aber auch wesentlich größer sein und zum Beispiel in der Nähe von Türausschnitten beispielsweise 6 mm und mehr betragen.The method takes into account the parameters required for the welding process. For example, the welding speed is preferably 100 to 350 mm / min. As a pressure element 41 . 42 a ceramic insulator is preferably used, whereby the heat loss is reduced. The pressure force can be in the range of approximately 6 bar, for example. The connection has a shear strength that can be, for example, in the range of approximately 58 N / mm 2 . The skin thickness of the components or fuselage segments to be welded are in many cases in the range of 2 to 3 mm. However, they can also be significantly larger and, for example in the vicinity of door cutouts, can be 6 mm and more.

In 5 ist eine Seitenansicht einer hinteren Rumpfsektion 80 eines Verkehrsflugzeugs mit erfindungsgemäß verschweißten Längsnähten 81 gezeigt. In 5 is a side view of a rear fuselage section 80 of a commercial aircraft with longitudinal seams welded according to the invention 81 shown.

In 6 ist ein Querschnitt der in 5 gezeigten Rumpfsektion 80 mit den Positionen der erfindungsgemäß geschweißten Längsnähten 81 dargestellt.In 6 is a cross section of the in 5 shown fuselage section 80 with the positions of the longitudinal seams welded according to the invention 81 shown.

7 zeigt eine erfindungsgemäß geschweißten Längsnaht 81 eines Verkehrsflugzeugs mit überlappenden Hautabschnitten als Schnittansicht. Ein erster, oben angeordneter Hautabschnitt 80 eines Rumpfsegments überlappt einen Bereich eines zweiten, unten angeordneten Hautabschnitts 12. Zwischen beiden Hautabschnitten befindet sich das Heizelement 30. 7 shows a longitudinal seam welded according to the invention 81 of a commercial aircraft with overlapping skin sections as a sectional view. A first skin section arranged at the top 80 of a fuselage segment overlaps an area of a second skin section arranged below 12 , The heating element is located between the two skin sections 30 ,

Durch die Erfindung wird ein multifunktionales Heizelement geschaffen, das einerseits zum Erhitzen der Schweißzone beim Widerstandsschweißen dient, und andererseits eine strukturmechanische Verstärkung der miteinander verschweißten Bauteile bildet. Insbesondere die Orientierung der Fasern des Heizelements in Richtung der Hauptbeanspruchung oder Hauptlast ermöglicht eine erhöhte Lastübertragungsfähigkeit.The invention creates a multifunctional heating element which serves on the one hand to heat the welding zone during resistance welding and on the other hand forms a structural mechanical reinforcement of the components welded together. In particular, the orientation of the fibers of the heating element in the direction of the main stress or main load enables increased load transmission capability.

Die Erfindung führt zu einer erhöhten Festigkeit im Bereich der Schweißverbindung gegenüber herkömmlichen Verbindungen durch thermoplastisches Schweißen, bei denen nur die thermoplastische Matrix zum Verbinden der Bauteile dient. Insbesondere können hierdurch sehr lange Bauteile, insbesondere Rumpfsegmente, mittels Widerstandsschweißen miteinander verbunden werden.The invention leads to increased strength in the area of the welded connection compared to conventional connections by thermoplastic welding, in which only the thermoplastic matrix serves to connect the components. In particular, very long components, in particular fuselage segments, can be connected to one another by means of resistance welding.

Durch eine kontinuierlich fortschreitende Beheizung nur lokal am Ort der momentan beheizten Schweißzone werden darüber hinaus Energieverluste beim Widerstandsschweißen, insbesondere von relativ langen Bauteilen, minimiert. Darüber hinaus wird durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung des multifunktionalen Heizelements der Zeitaufwand bei der Produktion insbesondere von Rümpfen von Luftfahrzeugen reduziert.Continuous heating only locally at the location of the currently heated welding zone also minimizes energy losses during resistance welding, in particular of relatively long components. In addition, the method according to the invention using the multifunctional heating element reduces the time required for the production of fuselages, in particular of aircraft.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1111
erstes Bauteil / erster Hautabschnittfirst component / first skin section
1212
zweites Bauteil / zweiter Hautabschnittsecond component / second skin section
3030
Heizelementheating element
30a30a
elektrisch leitende Elemente oder Fasernelectrically conductive elements or fibers
31, 3231, 32
Kontaktelement / ElektrodeContact element / electrode
31a, 32a31a, 32a
Drehachsenrotational axes
3434
Isolatoreninsulators
35, 3635, 36
Kontaktbereichecontact areas
37, 3837, 38
Klemmelementeclamping elements
41, 4241, 42
Andruckelement bzw. AndruckrollePressure element or pressure roller
41a,42a41a, 42a
Drehachsenrotational axes
5050
Spannungsquellevoltage source
8080
Rumpfsektionfuselage section
8181
Längsnahtlongitudinal seam
MM
Hauptlast bzw. HauptlastrichtungMain load or main load direction
XX
Längsrichtunglongitudinal direction
YY
Quer- oder Umfangsrichtung Transverse or circumferential direction
110, 120110, 120
Bauteilecomponents
130130
Heizelementheating element
131, 132131, 132
Verbindungsklammernconnecting clips
133133
Spannungsquellevoltage source

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102015110193 A1 [0006]DE 102015110193 A1 [0006]
  • DE 102007003357 A1 [0007]DE 102007003357 A1 [0007]
  • EP 3040265 A1 [0008]EP 3040265 A1 [0008]

Claims (15)

Heizelement zum Widerstandsschweißen thermoplastischer Bauteile, insbesondere für die Herstellung von Luftfahrzeugen, umfassend ein oder mehrere elektrisch leitfähige Elemente (30a), die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das Heizelement (30) erhitzen, um ein erstes Bauteil (11), das thermoplastisches Material umfasst, mit einem zweiten Bauteil (12), das thermoplastisches Material umfasst, in einem durch das Heizelement (30) elektrisch beheizten Bereich zu verschweißen, wobei das Heizelement (30) so ausgestaltet ist, dass es nach dem Schweißvorgang zwischen den verschweißten Bauteilen (11, 12) verbleibt und dort eine Verstärkung zur Erhöhung der Festigkeit der Schweißverbindung bildet.Heating element for resistance welding thermoplastic components, in particular for the manufacture of aircraft, comprising one or more electrically conductive elements (30a) which heat up when an electrical voltage is applied to the heating element (30), around a first component (11), the thermoplastic material comprising welding with a second component (12) comprising thermoplastic material in a region which is electrically heated by the heating element (30), the heating element (30) being designed in such a way that after the welding process it is between the welded components (11 , 12) remains and forms a reinforcement there to increase the strength of the welded connection. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Elemente (30a) im Heizelement (30) in Richtung der Hauptlast ausgerichtet sind, die auf die miteinander verschweißten Bauteile (11, 12) wirkt.Heating element after Claim 1 , characterized in that the electrically conductive elements (30a) in the heating element (30) are oriented in the direction of the main load which acts on the components (11, 12) welded together. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Elemente (30a) als Fasern und/oder Karbonfasern ausgestaltet sindHeating element after Claim 1 or 2 , characterized in that the electrically conductive elements (30a) are designed as fibers and / or carbon fibers Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der leitfähigen Elemente (30a) senkrecht zur Richtung X der herzustellenden Schweißnaht gerichtet ist.Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the orientation of the conductive elements (30a) is directed perpendicular to the direction X of the weld seam to be produced. Heizelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptlast eine Zugkraft ist, die die verschweißten Bauteile (11, 12) im verbauten Zustand auseinanderzieht.Heating element according to one of claims 2 to 4, characterized in that the main load is a tensile force that pulls the welded components (11, 12) apart in the installed state. Heizelement einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrisch leitenden Elemente (30a) über das Heizelement (30) hinaus erstrecken und dort ein Kontaktelement für die Stromversorgung bilden.Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive elements (30a) extend beyond the heating element (30) and form a contact element for the power supply there. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (11, 12) Elemente eines Rumpfes eines Luftfahrzeugs sind, die entlang einer Schweißnaht zu verbinden sind, wobei Hauptlast senkrecht zur Richtung X der Schweißnaht gerichtet ist.Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the components (11, 12) are elements of a fuselage of an aircraft which are to be connected along a weld seam, the main load being directed perpendicular to the direction X of the weld seam. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein begrenzter Teilbereich des Heizelements (30) beheizbar ist, dessen Position im Heizelement (30) beim Schweißvorgang veränderbar ist.Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that a limited portion of the heating element (30) can be heated, the position of which in the heating element (30) can be changed during the welding process. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Kontaktfläche (35, 36) zur Kontaktierung einer relativ zum Heizelement (30) bewegbaren Elektrode (31, 32).Heating element according to one of the preceding claims, characterized by at least one contact surface (35, 36) for contacting an electrode (31, 32) movable relative to the heating element (30). System zum Verbinden thermoplastischer Bauteile durch Widerstandsschweißen, insbesondere für die Herstellung von Luftfahrzeugen, umfassend ein Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.System for connecting thermoplastic components by resistance welding, in particular for the manufacture of aircraft, comprising a heating element according to one of the preceding claims. System nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Andruckeinheit (41, 42), um die thermoplastischen Bauteile (11, 12) beim Verschweißen aneinander zu drücken.System according to Claim 10 , characterized by a pressure unit (41, 42) in order to press the thermoplastic components (11, 12) together during welding. System nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine oder mehrere als Rolle ausgebildete bewegbare Elektrode (31, 32), die beim Schweißvorgang auf einer Kontaktfläche (35, 36) des Heizelements (30) abrollt um nacheinander verschiedene Teilbereiche des Heizelements (30) kontinuierlich mit Strom zu versorgen.System according to Claim 10 or 11 , characterized by one or more movable electrodes (31, 32) designed as a roller, which rolls during the welding process on a contact surface (35, 36) of the heating element (30) in order to continuously supply different partial areas of the heating element (30) with current. Verfahren zum Verbinden thermoplastischer Bauteile durch Widerstandsschweißen, insbesondere für die Herstellung von Luftfahrzeugen, bei dem ein erstes Bauteil (11), das thermoplastisches Material umfasst, mit einem zweiten Bauteil (12), das thermoplastisches Material umfasst, an einem elektrisch beheizten Bereich der Bauteile (11, 12) verschweißt wird, wobei das Heizelement (30) nach dem Schweißvorgang zwischen den verschweißten Bauteilen (11, 12) verbleibt und dort eine Verstärkung zur Erhöhung der Festigkeit der Schweißverbindung bildet.Method for connecting thermoplastic components by resistance welding, in particular for the manufacture of aircraft, in which a first component (11) comprising thermoplastic material is welded to a second component (12) comprising thermoplastic material on an electrically heated area of the components (11, 12), wherein the heating element (30) remains between the welded components (11, 12) after the welding process and forms a reinforcement there to increase the strength of the welded connection. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder ein System nach einem der Ansprüche 10 bis 12 verwendet wird.Procedure according to Claim 13 , characterized in that a heating element according to one of claims 1 to 9 and / or a system according to one of claims 10 to 12 is used. Luftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es Bauteile umfasst, die mit einem Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder mit einem System nach einem der Ansprüche 10 bis 12 verschweißt sind.Aircraft, characterized in that it comprises components which are welded to a heating element according to one of claims 1 to 9 and / or to a system according to one of claims 10 to 12.
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