DE102018200049A1 - Composite of different metal sheets produced by welding - Google Patents
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Abstract
Ein Materialverbund umfassend mindestens ein erstes Materialvolumen (11) aus mindestens einem ersten Material mit einer ersten Materialoberfläche (12), mindestens ein zweites Materialvolumen (14) aus mindestens einem zweiten Material mit einer zweiten Materialoberfläche (15), wobei das erste und zweite Materialvolumen (11, 14) so angeordnet sind, dass die erste und zweite Materialoberfläche (12, 15) zumindest teilweise zueinander angeordnet sind, wobei die zueinander angeordnete erste und zweite Materialoberfläche (12, 15) eine Trennschicht (16) bilden, die eine Mittelebene (M) aufweist, wobei der Materialverbund mindestens einen ersten Bereich mit einem dritten Materialvolumen (17) aus einem dritten Material und einer dritten Materialoberfläche (18) aufweist, wobei das dritte Materialvolumen (17) die Mittelebene (M) der Trennschicht (16) schneidet und innerhalb des ersten Materialvolumens (11) und innerhalb des zweiten Materialvolumens (14) angeordnet ist.A composite material comprising at least a first material volume (11) of at least one first material having a first material surface (12), at least one second material volume (14) of at least one second material having a second material surface (15), wherein the first and second material volumes (11) 11, 14) are arranged so that the first and second material surfaces (12, 15) are at least partially arranged with each other, wherein the mutually arranged first and second material surfaces (12, 15) form a separating layer (16) having a median plane (M ), wherein the composite material has at least a first region with a third material volume (17) of a third material and a third material surface (18), wherein the third material volume (17) intersects the median plane (M) of the separation layer (16) and within of the first material volume (11) and within the second material volume (14) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil aus einem Materialverbund aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien. Zwischen den beiden Materialien wird eine zusätzliche Phase erzeugt, die zur Verbindung beider Materialien geeignet ist.The invention relates to a component made of a composite material of at least two different materials. Between the two materials, an additional phase is created, which is suitable for the connection of both materials.
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Nachteilig ist, dass eine Lötverbindung bei schwingenden Bauteilen auf Dauer nicht so stark belastbar ist wie eine Schweißverbindung. Bei höherer Belastung kann ein Bruch der Lötverbindung erfolgen, was nicht akzeptabel ist.The disadvantage is that a solder joint with vibrating components in the long run is not as strong as a welded joint. At higher load, a breakage of the solder joint can take place, which is unacceptable.
Weiterhin sind die Materialien nur in einer festgelegten Reihenfolge verwendbar, da zuerst das Material mit dem tieferen Schmelzpunkt aufgeschmolzen werden muss, ohne das Material mit dem höheren Schmelzpunkt aufzuschmelzen.Furthermore, the materials can only be used in a fixed order, since first the material with the lower melting point must be melted without melting the material with the higher melting point.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Probleme des Standes der Technik zu überwinden und einen vorteilhaften Materialverbund aus unterschiedlichen Metallblechen hergestellt mittels Schweißverfahren zu schaffen.The object of the invention is to overcome the problems of the prior art and to produce an advantageous material composite made of different metal sheets by means of welding processes.
Hierbei wird eine für schwingende Bauteile fest haftende Verbindung zwischen Aluminium und Stahl gesucht, die die Nachteile von spröden intermetallischen Phasen überwindet.Here, a connection between aluminum and steel firmly adhering to vibrating components is sought, which overcomes the disadvantages of brittle intermetallic phases.
Die Aufgabe wird durch einen Materialverbund mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei weitere Merkmale in den Unteransprüchen aufgeführt sind.The object is achieved by a composite material with the features of claim 1, wherein further features are listed in the subclaims.
Eine Ausführung betrifft einen Materialverbund umfassend
- a) mindestens ein erstes Materialvolumen aus mindestens einem ersten Material mit einer ersten Materialoberfläche
- b) mindestens ein zweites Materialvolumen aus mindestens einem zweiten Material mit einer zweiten Materialoberfläche
- c) wobei das erste und zweite Materialvolumen so angeordnet sind, dass die erste und zweite Materialoberfläche zumindest teilweise zueinander angeordnet sind,
- d) wobei die zueinander angeordnete erste und zweite Materialoberfläche eine Trennschicht bilden, die eine Mittelebene aufweist,
- e) wobei der Materialverbund mindestens einen ersten Bereich mit einem dritten Materialvolumen aus einem dritten Material und einer dritten Materialoberfläche aufweist,
- f) wobei das dritte Materialvolumen die Mittelebene der Trennschicht schneidet und innerhalb des ersten Materialvolumens und innerhalb des zweiten Materialvolumens angeordnet ist, wobei
- g) die dritte Materialoberfläche innerhalb des zweiten Materialvolumens zur Mittelebene der Trennschicht in mindestens einem Bereich einen Winkel zwischen 100° und 170° aufweist, oder
- h) das dritte Materialvolumen innerhalb des zweiten Materialvolumens eine Rotationsachse aufweist, wobei diese Rotationsachse zur Mittelebene der Trennschicht in mindestens einem Bereich einen Winkel zwischen 100° und 170° aufweist, oder
- i) das dritte Materialvolumen innerhalb des zweiten Materialvolumens eine Mittelebene aufweist, wobei diese Mittelebene des zweiten Materialvolumens zur Mittelebene der Trennschicht in mindestens einem Bereich einen Winkel zwischen 100° und 170° aufweist, oder
- j) das dritte Materialvolumen innerhalb des zweiten Materialvolumens einen Kegelstumpf aufweist, wobei die Neigung der Kegelwand zur Mittelebene der Trennschicht in mindestens einem Bereich einen Winkel zwischen 10° und 80° aufweist.
- a) at least a first material volume of at least a first material having a first material surface
- b) at least a second material volume of at least one second material having a second material surface
- c) wherein the first and second material volumes are arranged such that the first and second material surfaces are arranged at least partially relative to one another,
- d) wherein the mutually arranged first and second material surfaces form a separating layer which has a median plane,
- e) wherein the composite material has at least a first region with a third material volume of a third material and a third material surface,
- f) wherein the third material volume intersects the median plane of the separation layer and is disposed within the first material volume and within the second material volume, wherein
- g) the third material surface within the second material volume to the center plane of the separation layer in at least one Range has an angle between 100 ° and 170 °, or
- h) the third material volume has an axis of rotation within the second material volume, this axis of rotation having an angle between 100 ° and 170 ° to the center plane of the separating layer in at least one region, or
- i) the third material volume has a center plane within the second material volume, wherein this center plane of the second material volume has an angle between 100 ° and 170 ° to the center plane of the separation layer in at least one area, or
- j) the third material volume within the second material volume has a truncated cone, wherein the inclination of the conical wall to the center plane of the separating layer in at least one region has an angle between 10 ° and 80 °.
Hierdurch entsteht vorteilhafterweise ein Materialverbund, der mindestens einen ersten Bereich mit einem dritten Materialvolumen und einer dritten Materialoberfläche aufweist, wobei das dritte Materialvolumen die Mittelebene der Trennschicht schneidet und innerhalb des ersten Materialvolumens und innerhalb des zweiten Materialvolumens angeordnet ist, wobei das zweite Materialvolumen in einem zweiten Bereich, der unterhalb der Trennschicht liegt, eine Schichtfolge ausgehend von der Trennschicht: zweites Material, anschließend drittes Material, anschließend zweites Material aufweist.This advantageously produces a composite material which has at least one first region with a third material volume and a third material surface, wherein the third material volume intersects the median plane of the separation layer and is disposed within the first material volume and within the second material volume, the second material volume in a second material volume Area, which lies below the separating layer, a layer sequence starting from the separating layer: second material, then third material, then second material.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft einen Materialverbund, der mindestens einen zusätzlichen Bereich mit dem dritten Materialvolumen mit der dritten Materialoberfläche innerhalb des zweiten Materialvolumens aufweist, wobei in dem zusätzlichen Bereich die dritte Materialoberfläche innerhalb des zweiten Materialvolumens zur Mittelebene der Trennschicht in mindestens einem Bereich einen Winkel zwischen 80° und 170° aufweist.A further advantageous embodiment relates to a material composite which has at least one additional region with the third material volume with the third material surface within the second material volume, wherein in the additional region, the third material surface within the second material volume to the center plane of the separation layer in at least one area an angle between 80 ° and 170 °.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft einen Materialverbund, bei dem die mindestens zwei Bereiche mit dem dritten Materialvolumen zueinander einen Abstand in der Mittelebene der Trennschicht aufweisen, wobei der Abstand einen konstanten, variablen oder eine Kombination von abwechselnd konstantem und variablem Wert aufweist.A further advantageous embodiment relates to a composite material in which the at least two regions with the third volume of material have a distance to one another in the center plane of the separating layer, wherein the distance has a constant, variable or a combination of alternately constant and variable value.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft einen Materialverbund, wobei das erste Material Stahl, Stahllegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, das zweite Material Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl oder Stahllegierungen und das dritte Material eine Phase mit variablen Anteilen aus Stahl oder Stahllegierungen mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen umfasst.A further advantageous embodiment relates to a composite material, wherein the first material comprises steel, steel alloys, aluminum or aluminum alloys, the second material aluminum, aluminum alloys, steel or steel alloys and the third material comprises a phase with variable proportions of steel or steel alloys with aluminum or aluminum alloys.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft einen Materialverbund, wobei das erste und zweite Materialvolumen ein Prisma, Quader, Blech, Streifen oder Kombinationen der vorherigen umfassen.A further advantageous embodiment relates to a composite material, wherein the first and second material volumes include a prism, cuboid, sheet metal, strips or combinations of the previous.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft einen Materialverbund, wobei das dritte Materialvolumen eine unregelmäßige Form, einen Kegelstumpf, ein Prisma, ein Zylinder oder Kombinationen der vorherigen umfasst.A further advantageous embodiment relates to a composite material, wherein the third material volume comprises an irregular shape, a truncated cone, a prism, a cylinder or combinations of the previous ones.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft den obigen Materialverbund, wobei das zweite Materialvolumen in einem Bereich eine Schichtfolge mit unterschiedlichen Materialien aufweist, wobei dieser Bereich neben dem dritten Materialvolumen der Trennschicht liegt, wobei der Bereich ausgehend von der Trennschicht in Richtung zweites Material eine Schichtfolge: zweites Material, drittes Material, zweites Material aufweist.A further advantageous embodiment relates to the above composite material, wherein the second material volume in one area has a layer sequence with different materials, this area being adjacent to the third volume of material of the separation layer, the area starting from the separation layer in the direction of the second material a layer sequence: second material , third material, second material.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft den obigen Materialverbund, wobei der Punkt des dritten Materials im zweiten Material bestimmt wird, der den größten Abstand zur Mittelebene der Trennschicht aufweist, dieser Punkt einen ersten Extrapolationspunkt bildet, der Bereich des dritten Materials, das die Mittelebene der Trennschicht schneidet zwei, Schnittpunkte bildet, der halbe Abstand dieser Schnittpunkte einen zweiten Extrapolationspunkt bildet, wobei der Winkel einer Geraden die durch den ersten und zweiten Extrapolationspunkt verläuft, und der Geraden, die durch die beiden Schnittpunkte und damit entlang der Mittelebene der Trennschicht verläuft, in einem Bereich zwischen 100° und 170°, bevorzugt 115° bis 155°, besonders bevorzugt von 130° bis 150° liegt.A further advantageous embodiment relates to the above composite material, wherein the point of the third material is determined in the second material having the greatest distance from the center plane of the separation layer, this point forms a first extrapolation point, the region of the third material which intersects the median plane of the separation layer two, points of intersection forms, half the distance of these intersections forms a second extrapolation point, wherein the angle of a straight line passing through the first and second extrapolation point, and the straight line passing through the two intersections and thus along the median plane of the separating layer, in a range between 100 ° and 170 °, preferably 115 ° to 155 °, particularly preferably from 130 ° to 150 °.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Materialverbund mindestens einen zusätzlichen Bereich mit dem dritten Materialvolumen aus einem dritten Material mit der dritten Materialoberfläche innerhalb des zweiten Materialvolumens aufweist, wobei der zusätzliche Bereich die dritte Materialoberfläche innerhalb des zweiten Materialvolumens zur Mittelebene der Trennschicht in mindestens einem Bereich einen Winkel zwischen 80° und 170° aufweist.According to a further advantageous embodiment, it is provided that the material composite has at least one additional region with the third material volume of a third material with the third material surface within the second material volume, wherein the additional region the third material surface within the second material volume to the center plane of the separation layer in at least a range between 80 ° and 170 °.
Dabei ist es möglich, dass gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die mindestens zwei Bereiche mit dem dritten Materialvolumen zueinander einen Abstand in der Mittelebene der Trennschicht aufweisen, wobei der Abstand einen konstanten, variablen oder eine Kombination von abwechselnd konstantem und variablem Wert aufweist.It is possible that, according to an advantageous development, the at least two regions with the third volume of material have a distance to one another in the center plane of the separating layer, the distance having a constant, variable or a combination of alternately constant and variable values.
Nach einer besonderen Ausgestaltung des Materialverbundes besteht die Möglichkeit, dass das erste Material Stahl, Stahllegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, das zweite Material Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl oder Stahllegierungen und das dritte Material eine Phase mit variablen Anteilen aus Stahl oder Stahllegierungen mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen umfasst.According to a particular embodiment of the composite material, it is possible that the first material steel, steel alloys, aluminum or aluminum alloys, the second material aluminum, aluminum alloys, steel or steel alloys and the third material comprises a phase with variable proportions of steel or steel alloys with aluminum or aluminum alloys ,
Hierdurch bietet sich die Möglichkeit, besonders interessante Gestaltungen des Materialverbundes zu konzipieren. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es dabei auch möglich, das erste Materialvolumen aus zwei Materialien zu bilden, wobei es sich hier bevorzugter Weise um unterschiedliche Stähle, beispielsweise eine Schicht aus Ferrit und eine Schicht aus Austenit handelt. Ebenso ist es möglich, das zweite Materialvolumen aus unterschiedlichen Materialien zu bilden, beispielsweise aus einer Schicht Aluminium und einer Schicht Aluminiumlegierung. This offers the possibility to design particularly interesting designs of the composite material. According to a particularly preferred embodiment, it is also possible to form the first volume of material from two materials, which are preferably different steels, for example a layer of ferrite and a layer of austenite. It is also possible to form the second material volume from different materials, for example from a layer of aluminum and a layer of aluminum alloy.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Materialverbunds, wobei mindestens eine elektromagnetische Strahlung so angeordnet ist, dass diese in einem Winkel von 10° bis 80° auf die entgegengesetzte Materialoberfläche zur ersten Materialoberfläche des ersten Materialvolumens einwirkt.A further advantageous embodiment relates to an apparatus for producing a composite material, wherein at least one electromagnetic radiation is arranged so that it acts at an angle of 10 ° to 80 ° on the opposite material surface to the first material surface of the first material volume.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Materialverbunds, wobei die elektromagnetische Strahlung mit einem Spiegel reflektiert wird, so dass die elektromagnetische Strahlung in einem Winkel von 10° bis 80° auf die entgegengesetzte Materialoberfläche zur ersten Materialoberfläche des ersten Materialvolumens einwirkt.A further advantageous embodiment relates to a device for producing a composite material, wherein the electromagnetic radiation is reflected by a mirror, so that the electromagnetic radiation acts at an angle of 10 ° to 80 ° on the opposite material surface to the first material surface of the first material volume.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Materialverbunds, wobei die elektromagnetische Strahlung mit einem rotierenden Spiegel reflektiert wird, so dass die elektromagnetische Strahlung in einem Winkel von 10° bis 80° auf die entgegengesetzte Materialoberfläche zur ersten Materialoberfläche des ersten Materialvolumens einwirkt.A further advantageous embodiment relates to a device for producing a composite material, wherein the electromagnetic radiation is reflected with a rotating mirror, so that the electromagnetic radiation acts at an angle of 10 ° to 80 ° on the opposite material surface to the first material surface of the first material volume.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Materialverbunds, wobei eine zusätzliche elektromagnetische Strahlung so angeordnet ist, dass diese in einem Winkel von 10° bis 100° auf die entgegengesetzte Materialoberfläche zur ersten Materialoberfläche des ersten Materialvolumens einwirkt.A further advantageous embodiment relates to a device for producing a composite material, wherein an additional electromagnetic radiation is arranged so that it acts at an angle of 10 ° to 100 ° on the opposite material surface to the first material surface of the first volume of material.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Materialverbunds, wobei die elektromagnetische Strahlung einen Wellenbereich von infrarotem Licht, visuellem Licht, ultraviolettem Licht, Röntgenstrahlung und Teilchenstrahlung, sowie einen Elektronenstrahl oder lonenstrahl umfasst.A further advantageous embodiment relates to an apparatus for producing a composite material, wherein the electromagnetic radiation comprises a wave range of infrared light, visual light, ultraviolet light, X-ray radiation and particle radiation, as well as an electron beam or ion beam.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Materialverbunds oder zur Benutzung der oben genannten Vorrichtung, wobei dieses folgende Schritte aufweist:
- Bereitstellung eines ersten Materialvolumens aus einem ersten Material mit einer ersten Materialoberfläche,
- Bereitstellung eines zweiten Materialvolumens aus einem zweiten Material mit einer zweiten Materialoberfläche, wobei die zweite Materialoberfläche zur ersten Materialoberfläche zueinander positioniert wird
- Bereitstellung einer Trennschicht mit einer Mittelebene, gebildet durch die erste Materialoberfläche und die zweite Materialoberfläche,
- Beaufschlagen des ersten Materialvolumens mit elektromagnetischer Strahlung, wobei die elektromagnetische Strahlung in einem
Winkel von 10° bis 80° auf die entgegengesetzte Materialoberfläche zur ersten Materialoberfläche des ersten Materialvolumens einwirkt, Erzeugung eines dritten Materialvolumens mittels der einwirkenden elektromagnetischen Strahlung.
- Providing a first material volume of a first material having a first material surface,
- Providing a second material volume of a second material having a second material surface, wherein the second material surface is positioned to the first material surface to each other
- Providing a release layer having a median plane formed by the first material surface and the second material surface,
- Applying the first volume of material to electromagnetic radiation, wherein the electromagnetic radiation acts at an angle of 10 ° to 80 ° on the opposite material surface to the first material surface of the first volume of material, generating a third volume of material by means of the applied electromagnetic radiation.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft einen Materialverbund hergestellt mit dem oben aufgeführten Verfahren.A further advantageous embodiment relates to a composite material produced by the method listed above.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft ein Bauteil aus einem Materialverbund, der mit dem oben aufgeführten Verfahren hergestellt wird.A further advantageous embodiment relates to a component made of a composite material, which is produced by the method mentioned above.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft eine Verwendung des Materialverbunds im Fahrzeugbau.A further advantageous embodiment relates to a use of the composite material in vehicle construction.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung betrifft eine Verwendung der oben genannten Vorrichtung zur Herstellung des Materialverbunds im Fahrzeugbau.A further advantageous embodiment relates to a use of the above-mentioned device for producing the composite material in vehicle construction.
Ein Materialverbund wird hergestellt, indem ein erstes Material über ein zweites Material gelegt und mittels eines schräggestellten Lasers verschweißt wird.A composite material is made by placing a first material over a second material and welding it by means of a tilted laser.
Das erste Material umfasst Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl oder Stahllegierungen.The first material includes aluminum, aluminum alloys, steel or steel alloys.
Das zweite Material umfasst Stahl, Stahllegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen.The second material includes steel, steel alloys, aluminum or aluminum alloys.
Bevorzugt wird die Materialkombination erstes Material: Aluminium und zweites Material: Stahl eingesetzt. Es ist auch möglich, die Materialkombination erstes Material: Stahl und zweites Material: Aluminium einzusetzen.Preferably, the material combination of the first material: aluminum and second material: steel is used. It is also possible to use the material combination of the first material: steel and second material: aluminum.
Bevorzugt wird eine Materialkombination verwendet, die unterschiedliche Schmelzpunkte aufweist.Preferably, a combination of materials is used which has different melting points.
Das erste und zweite Materialvolumen umfassen ein Prisma, Quader oder Kombinationen der vorherigen. Das dritte Materialvolumen umfasst einen Kegelstumpf, ein Prisma, ein Zylinder, eine unregelmäßige Form oder Kombinationen der vorherigen. The first and second material volumes include a prism, cuboid, or combinations of the previous ones. The third volume of material includes a truncated cone, a prism, a cylinder, an irregular shape or combinations of the previous ones.
Ein Blech hat eine Quaderform, wobei die Höhe kleiner als die Breite und die Breite kleiner als die Länge ist. Die Quaderform kann abgerundete Kanten oder abgerundete Ecken aufweisen. Bedingt durch Walzprozesse oder Zuschnittprozesse können Verwindungen des Quaders auftreten. Weiterhin können Schnittkanten in der Ausrichtung variieren und von einer zur Länge senkrechten Ausrichtung bis zu einer zur Länge diagonalen Ausrichtung auftreten. Ein Blech kann unter Beibehaltung der Länge in der Breite in Streifen zerschnitten werden. Das erste und zweite Material können jeweils als Blech oder Streifen eingesetzt werden.A sheet has a cuboid shape, the height being smaller than the width and the width being smaller than the length. The cuboid shape may have rounded edges or rounded corners. Due to rolling processes or cutting processes twisting of the cuboid may occur. Furthermore, cut edges may vary in orientation, ranging from a length perpendicular orientation to a diagonal lengthwise orientation. A sheet can be cut into strips while maintaining the length in width. The first and second material can each be used as a sheet or strip.
Mit der Übereinanderlegung beider Materialien wird jeweils eine Materialoberfläche pro Material zueinander orientiert. Bevorzugt wird jeweils die Materialoberfläche mit dem größten Flächeninhalt ausgewählt und übereinandergelegt. Es kann auch eine Materialoberfläche mit dem größten Flächeninhalt des einen Materials mit einer Materialoberfläche mit dem kleinsten Flächeninhalt des anderen Materials ausgewählt und übereinandergelegt werden. Dazwischenliegende Kombinationen der Übereinanderlegung von Materialoberflächen wie z.B. Materialoberflächen mit zweitgrößtem, drittgrößtem, ... Flächeninhalten sind möglich.With the superposition of both materials, one material surface per material is oriented to one another. Preferably, the material surface is selected with the largest surface area and superimposed. Also, a material surface having the largest area of the one material with a material surface having the smallest area of the other material can be selected and superimposed. Intermediate combinations of the superposition of material surfaces, e.g. Material surfaces with the second largest, third largest, ... surface contents are possible.
Den Materialoberflächen können von vorhergehenden Prozessschritten zusätzliche Stoffe anhängen, z.B. Öle, Folien, Oxidschichten, Silikatschichten, Staub, Metallpartikel, Luft oder ähnliches.The material surfaces can add additional substances from previous process steps, e.g. Oils, foils, oxide layers, silicate layers, dust, metal particles, air or similar.
Die Übereinanderlegung der ersten Materialoberfläche des ersten Materials und der zweiten Materialoberfläche des zweiten Materials bewirkt die Bildung einer Trennschicht. Diese hat eine Schichtfolge: erste Materialoberfläche, zusätzliche Stoffe, zweite Materialoberfläche.The superposition of the first material surface of the first material and the second material surface of the second material causes the formation of a release layer. This has a sequence of layers: first material surface, additional substances, second material surface.
Zusätzlich haben unterschiedliche Materialstärken eine Auswirkung auf die Materialoberflächen, so dass diese nicht exakt plan aufeinander liegen. Die halben Abstände zwischen der ersten und der zweiten Materialoberfläche bilden, über die Breite und Länge des Blechs gesehen, eine Ebene aus, die im folgenden Mittelebene der Trennschicht genannt wird. Diese Ebene kann Abwinkelungen bzw. Abweichungen von der Planarität aufweisen, die im Bereich von 0° bis ca. ±4° liegen und im Toleranzbereich der Prozessgenauigkeit zulässig sind.In addition, different material thicknesses have an effect on the material surfaces, so that they do not lie exactly plane to each other. The half-distances between the first and the second material surface, viewed over the width and length of the sheet, form a plane which is called in the following center plane of the separating layer. This plane may have bends or deviations from the planarity, which are in the range of 0 ° to about ± 4 ° and are allowed in the tolerance range of the process accuracy.
Der ersten Materialoberfläche liegt eine entgegengesetzte Materialoberfläche innerhalb des ersten Materials gegenüber.The first material surface is opposed to an opposite material surface within the first material.
Auf diese entgegengesetzte Materialoberfläche wirkt eine elektromagnetische Strahlung ein. Diese bewirkt eine Gefügeänderung innerhalb des ersten und zweiten Materials z.B. durch Wärmeeinwirkung oder Ionisierung.Electromagnetic radiation acts on this opposite material surface. This causes a structural change within the first and second material, e.g. by heat or ionization.
Die elektromagnetische Strahlung umfasst dabei einen Wellenbereich (1 pm bis 100 µm), der von infrarotem Licht über visuelles Licht über ultraviolettes Licht bis zur Röntgenstrahlung reicht und zusätzlich Teilchenstrahlung als Elektronenstrahl oder lonenstrahl beinhaltet.The electromagnetic radiation in this case comprises a wavelength range (1 .mu.m to 100 .mu.m), which ranges from infrared light via visual light via ultraviolet light to X-ray radiation and additionally contains particle radiation as an electron beam or ion beam.
Bevorzugt wird ein Infrarot-Laser eingesetzt. Es ist auch ein Elektronenstrahl oder lonenstrahl einsetzbar.Preferably, an infrared laser is used. It is also an electron beam or ion beam used.
Die elektromagnetische Strahlung wird jedoch nicht senkrecht zur entgegengesetzten Materialoberfläche und damit senkrecht zur Mittelebene der Trennschicht eingesetzt, sondern in einem von 90° verschiedenen, bestimmten Winkel.However, the electromagnetic radiation is not used perpendicular to the opposite material surface and thus perpendicular to the median plane of the separation layer, but at a different angle different from 90 °.
Die elektromagnetische Strahlung wird in einer Vorrichtung in einem Winkel zur entgegengesetzten Materialoberfläche des ersten Materials im Bereich von 10° bis 80°, bevorzugt von 25° bis 65°, besonders bevorzugt von 40° bis 50° angeordnet.The electromagnetic radiation is placed in a device at an angle to the opposite material surface of the first material in the range of 10 ° to 80 °, preferably 25 ° to 65 °, more preferably 40 ° to 50 °.
Die elektromagnetische Strahlung bewirkt ein schräges Aufschmelzen des ersten Materialvolumens an dieser ersten Einwirkungsstelle. Dabei entstehen auch Materialdämpfe, die für die elektromagnetische Strahlung durchlässig sind und somit eine größere Eindringtiefe bewirken.The electromagnetic radiation causes an oblique melting of the first material volume at this first point of action. This also creates material vapors which are permeable to electromagnetic radiation and thus cause a greater penetration depth.
Die elektromagnetische Strahlung kann somit die Trennschicht durchdringen und bewirkt eine schräge Aufschmelzung auch im zweiten Material.The electromagnetic radiation can thus penetrate the separation layer and causes an oblique melting in the second material.
Die Aufschmelzungen beider Materialien mischen sich zu unterschiedlichen Anteilen und bilden mindestens eine intermetallische Phase, die ein drittes Material darstellt.
Diese intermetallische Phase weist damit variable Anteile aus Stahl und Aluminium auf. Dieses dritte Material ist spröde. Das Materialvolumen ist hierbei abhängig von der Einstrahlrichtung der elektromagnetischen Strahlung z.B. als Infrarotlaser und weist eine dritte Materialoberfläche auf.The fusions of both materials mix to different proportions and form at least one intermetallic phase, which represents a third material.
This intermetallic phase thus has variable proportions of steel and aluminum. This third material is brittle. The material volume is dependent on the direction of irradiation of the electromagnetic radiation, for example, as an infrared laser and has a third material surface.
Die Schrägstellung des dritten Materials bewirkt, dass dieses einen Hinterschnitt im zweiten Material bildet. Damit bewirkt der Hinterschnitt, dass ein Teil des zweiten Materials in fester Position zum ersten Material angeordnet wird.The inclination of the third material causes it to form an undercut in the second material. Thus, the undercut causes a portion of the second material to be placed in fixed position with the first material.
Damit entsteht durch das dritte Material eine Art Anker, der das zweite Material zum ersten Material positioniert und das erste und zweite Material verbindet. Weiterhin kann das dritte Material Kräfte aufnehmen, so dass erst bei wesentlich höheren Belastungen der Hinterschnitt nachgibt. This creates a kind of anchor by the third material, which positions the second material to the first material and connects the first and second material. Furthermore, the third material absorb forces, so that yields only at much higher loads of the undercut.
Die Verbindung des ersten und zweiten Materials wird damit durch den Hinterschnitt bewirkt und nicht durch Haftung des dritten Materials innerhalb des ersten Materials oder innerhalb des zweiten Materials. Der Hinterschnitt kann damit höhere Kräfte aufnehmen, so dass höhere Belastungen mit dem schwingenden Bauteil aufgenommen werden können.The connection of the first and second material is thus effected by the undercut and not by adhesion of the third material within the first material or within the second material. The undercut can thus absorb higher forces, so that higher loads can be absorbed by the vibrating component.
Ausgehend von der Trennschicht oder der Mittelebene der Trennschicht bildet sich im zweiten Material im Bereich des Hinterschnitts eine Schichtfolge: zweites Material, drittes Material, zweites Material aus. Der Bereich des Hinterschnitts wird auf einer Seite durch ein durchgehendes drittes Material und auf der entgegengesetzten Seite durch ein durchgehendes zweites Material begrenzt.Starting from the separating layer or the center plane of the separating layer, a layer sequence is formed in the second material in the area of the undercut: second material, third material, second material. The area of the undercut is bounded on one side by a continuous third material and on the opposite side by a continuous second material.
Von der Trennschicht in Richtung zweites Material muss nicht zwingend das zweite Material vorliegen. Es ist auch möglich, dass ausgehend von der Trennschicht drittes Material, dann zweites Material, anschließend drittes Material und darauf anschließend zweites Material folgt. In diesem Fall kann der Verlauf der Trennschicht durch das dritte Material unterbrochen sein. Hierbei wird die Trennschicht von angrenzenden Teilen mittels Gerade extrapoliert. Damit ist auch im dritten Material die vorher vorhandene Trennschicht und deren Mittelebene bestimmbar.From the separating layer in the direction of the second material, it is not absolutely necessary for the second material to be present. It is also possible that, starting from the separating layer, third material, then second material, then third material and subsequently second material follows. In this case, the course of the separation layer may be interrupted by the third material. In this case, the separating layer of adjacent parts is extrapolated by means of a straight line. Thus, the previously existing separating layer and its center plane can be determined in the third material.
Durch die Schrägstellung der elektromagnetischen Strahlungsquelle hat die dritte Materialoberfläche in dem zweiten Material einen Bereich, bei dem der Winkel zwischen Mittelebene der Trennschicht und dritter Materialoberfläche in einem Bereich zwischen 100° und 170°, bevorzugt 115° bis 155°, besonders bevorzugt von 130° bis 150° liegt.Due to the inclination of the electromagnetic radiation source, the third material surface in the second material has a region in which the angle between the center plane of the separation layer and the third material surface is in a range between 100 ° and 170 °, preferably 115 ° to 155 °, particularly preferably 130 ° up to 150 °.
Bei einer unregelmäßigen dritten Materialoberfläche erfolgt die Ermittlung des Winkels durch Extrapolation. Hierbei wird der Punkt des dritten Materials im zweiten Material bestimmt, der den größten Abstand zur Mittelebene der Trennschicht aufweist. Das ist der erste Extrapolationspunkt. Der Bereich des dritten Materials, das die Trennschicht schneidet, weist zwei Schnittpunkte mit der Mittelebene der Trennschicht auf. Der halbe Abstand dieser zwei Schnittpunkte dient als zweiter Extrapolationspunkt. Anschließend wird der Winkel zwischen der Gerade, die den ersten und zweiten Extrapolationspunkt verbindet, und der Gerade zwischen den Schnittpunkten des dritten Materials mit der Mittelebene der Trennschicht bestimmt. Dieser Winkel liegt in einem Bereich zwischen 100° und 170°, bevorzugt 115° bis 155°, besonders bevorzugt von 130° bis 150°.For an irregular third material surface, the angle is determined by extrapolation. Here, the point of the third material in the second material is determined, which has the greatest distance from the median plane of the separation layer. This is the first extrapolation point. The region of the third material that intersects the release layer has two intersections with the midplane of the release layer. Half the distance between these two intersection points serves as a second extrapolation point. Subsequently, the angle between the straight line connecting the first and second extrapolation point and the straight line between the intersections of the third material with the midplane of the separating layer is determined. This angle is in a range between 100 ° and 170 °, preferably 115 ° to 155 °, particularly preferably from 130 ° to 150 °.
Die elektromagnetische Strahlung kann auf einen einzelnen lokalen Bereich gerichtet sein. Hierbei entsteht ein Bereich mit einem dritten Material, der im zweiten Material eine Rotationsachse aufweist. Diese Rotationsachse und die Mittelebene der Trennschicht bilden einen Winkel, der in einem Bereich zwischen 100° und 170°, bevorzugt 115° bis 155°, besonders bevorzugt von 130° bis 150° liegt.The electromagnetic radiation may be directed to a single local area. This creates an area with a third material having an axis of rotation in the second material. This rotation axis and the center plane of the separating layer form an angle which lies in a range between 100 ° and 170 °, preferably 115 ° to 155 °, particularly preferably 130 ° to 150 °.
Die elektromagnetische Strahlung kann anfangs auf einen lokalen Bereich gerichtet werden, eine erste Einwirkungsstelle aufweisen und anschließend kontinuierlich verschoben werden, wobei auch bei der Verschiebung die elektromagnetische Strahlung auf die entgegengesetzte Materialoberfläche des ersten Materials einwirkt, so dass die Einwirkungsstelle in einer Richtung erweitert wird. Hierbei entsteht ein Bereich mit einem dritten Material, der eine prismenähnliche Form mit einer Mittelebene in dem zweiten Material aufweist. Diese Mittelebene des dritten Materials und die Mittelebene der Trennschicht bilden einen Winkel, der in einem Bereich zwischen 100° und 170°, bevorzugt 115° bis 155°, besonders bevorzugt von 130° bis 150° liegt.The electromagnetic radiation may initially be directed to a local area, have a first exposure site and then be continuously displaced, with the electromagnetic radiation also acting on the opposite material surface of the first material during the displacement so that the exposure site is widened in one direction. This results in an area with a third material having a prism-like shape with a median plane in the second material. This median plane of the third material and the median plane of the separating layer form an angle that lies in a range between 100 ° and 170 °, preferably 115 ° to 155 °, particularly preferably 130 ° to 150 °.
Die kontinuierliche Verschiebung kann auf eine bestimmte Länge begrenzt werden.The continuous displacement can be limited to a certain length.
Statt einer kontinuierlichen Verschiebung ist auch eine Rotation der elektromagnetischen Strahlung möglich. Die Schrägstellung der elektromagnetischen Strahlung in Bezug zur entgegengesetzten Materialoberfläche des ersten Materials kann beibehalten werden. Der Winkel der elektromagnetischen Strahlung zur entgegengesetzten Materialoberfläche muss nicht während der Rotation konstant gehalten werden und kann variieren. Hierbei entsteht ein Bereich mit einem dritten Material, der eine kegelstumpfähnliche Form mit einer Kegelwandung in dem zweiten Material aufweist. Diese Kegelwandung des dritten Materials und die Mittelebene der Trennschicht bilden einen Winkel, der in einem Bereich von 10° bis 80°, bevorzugt von 25° bis 65°, besonders bevorzugt von 40° bis 50° liegt.Instead of a continuous displacement and a rotation of the electromagnetic radiation is possible. The skew of the electromagnetic radiation with respect to the opposite material surface of the first material may be maintained. The angle of electromagnetic radiation to the opposite material surface need not be kept constant during rotation and may vary. This results in a region having a third material having a truncated cone-like shape with a conical wall in the second material. This conical wall of the third material and the median plane of the separating layer form an angle that lies in a range of 10 ° to 80 °, preferably 25 ° to 65 °, particularly preferably 40 ° to 50 °.
Statt einer kontinuierlichen Verschiebung oder nach Begrenzung der kontinuierlichen Verschiebung kann die elektromagnetische Strahlung auf mindestens einen zusätzlichen Bereich der entgegengesetzten Materialoberfläche des ersten Materials einwirken. Die elektromagnetische Strahlung wirkt auch hier in einem Winkel zur entgegengesetzten Materialoberfläche ein.Instead of a continuous displacement or limitation of the continuous displacement, the electromagnetic radiation may act on at least one additional region of the opposite material surface of the first material. The electromagnetic radiation also acts here at an angle to the opposite material surface.
Dieser Winkel liegt in einem Bereich zwischen 80° und 170°, bevorzugt 115° bis 155°, besonders bevorzugt von 130° bis 150°. Bevorzugt ist dieser Winkel der Reflexionswinkel von der elektromagnetischen Strahlung zur entgegengesetzten Materialoberfläche der ersten Einwirkungsstelle.This angle is in a range between 80 ° and 170 °, preferably 115 ° to 155 °, particularly preferably from 130 ° to 150 °. Is preferred this angle of the reflection angle from the electromagnetic radiation to the opposite material surface of the first point of action.
Dieser zusätzliche Bereich der Einwirkung hat einen bestimmten Abstand von der ersten Einwirkungsstelle. Dieser Abstand ist in der Ebene der entgegengesetzten Materialoberfläche in alle Richtungen einstellbar.This additional area of action has a certain distance from the first site of action. This distance is adjustable in the plane of the opposite material surface in all directions.
Zusätzlich zu dieser zweiten Einwirkungsstelle sind weitere Einwirkungsstellen einbringbar, wobei der Abstand und die Richtung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Einwirkungsstelle auch bei den weiteren Einwirkungsstellen beibehalten werden. Damit sind die Abstände zwischen den Einwirkungsstellen konstant, wobei Prozesstoleranzen zu Abweichungen führen können.In addition to this second point of action, further points of action can be introduced, the distance and the direction of the distance between the first and second points of action also being maintained at the other points of action. Thus, the distances between the action points are constant, whereby process tolerances can lead to deviations.
Weiterhin können die Abstände zwischen den Einwirkungsstellen auch variabel sein oder eine Kombination von abwechselnd konstanten und variablen Abständen oder Werten sein.Furthermore, the distances between the points of action may also be variable or a combination of alternately constant and variable distances or values.
Die Richtungen der zusätzlichen Einwirkungsstellen können ausgehend von der ersten Einwirkungsstelle in einer Richtung angeordnet sein. Zusätzlich ist ein alternierender Richtungswechsel möglich, wobei die Alternierungsfolge in einer Richtung angeordnet ist.The directions of the additional contact points may be arranged in one direction, starting from the first point of action. In addition, an alternating direction change is possible, with the alternation sequence being arranged in one direction.
Bevorzugt ist eine gleichzeitige Verwendung zweier elektromagnetischer Strahlungen, wobei beide eine Schrägstellung in einem Winkel von 10° bis 80° zur entgegengesetzten Materialoberfläche aufweisen und die zweite elektromagnetische Strahlung entgegengesetzt zur ersten elektromagnetischen Strahlung, bevorzugt im Reflexionswinkel zur ersten elektromagnetischen Strahlung, angeordnet ist. Beide elektromagnetischen Strahlungen wirken auf eine Einwirkungsstelle ein. Das bewirkt die Herausbildung eines dritten Materials, welches im Bereich des zweiten Materials jeweils entsprechend der Einstrahlrichtungen einen Hinterschnitt erzeugt. Somit werden bei Verwendung zweier elektromagnetischer Strahlungen zwei zueinander entgegengesetzt angeordnete Hinterschnitte im zweiten Material erzeugt. Beide weisen jeweils im Bereich des Hinterschnitts im zweiten Material ausgehend von der Trennschicht die Schichtfolge: zweites Material, anschließend drittes Material, anschließend zweites Material auf.Preferably, a simultaneous use of two electromagnetic radiation, both of which have an inclination at an angle of 10 ° to 80 ° to the opposite material surface and the second electromagnetic radiation opposite to the first electromagnetic radiation, preferably in the reflection angle to the first electromagnetic radiation, is arranged. Both electromagnetic radiation act on a site of action. This causes the formation of a third material, which generates an undercut in the region of the second material in each case in accordance with the direction of irradiation. Thus, when two electromagnetic radiation is used, two mutually oppositely disposed undercuts are produced in the second material. Both have in the region of the undercut in the second material starting from the separating layer, the layer sequence: second material, then third material, then second material.
Beide elektromagnetischen Strahlungen können ausgehend von der ersten Einwirkungsstelle kontinuierlich verschoben werden, so dass die Einwirkungsstelle in einer Richtung erweitert wird. Zusätzlich sind weitere Bereiche mit drittem Material und somit weitere Einwirkungsstellen in einem konstanten oder variablen Abstand oder einer Kombination von konstanten und variablen Abständen zur ersten Einwirkungsstelle erzeugbar. Die weiteren Einwirkungsstellen können in einer Richtung zur ersten Einwirkungsstelle angeordnet sein oder in verschiedenen Richtungen. Hierbei sind alternierende Richtungen in Bezug zur ersten Einwirkungsstelle möglich, wobei eine Alternierungsfolge in einer Richtung ausgehend von der ersten Einwirkungsstelle angeordnet ist.Both electromagnetic radiation can be moved continuously starting from the first point of action, so that the point of action is widened in one direction. In addition, further areas with third material and thus further points of action can be generated at a constant or variable distance or a combination of constant and variable distances to the first point of action. The further contact points may be arranged in a direction to the first point of action or in different directions. In this case, alternating directions with respect to the first point of action are possible, wherein an alternating sequence is arranged in one direction starting from the first point of action.
Der Materialverbund wird in einer Vorrichtung hergestellt, die mindestens eine elektromagnetische Strahlungsquelle aufweist.The composite material is produced in a device which has at least one electromagnetic radiation source.
Es wird ein erstes Material bereitgestellt. Nach der Bereitstellung des zweiten Materials werden die erste Materialoberfläche des ersten Materialvolumens und die zweite Materialoberfläche des zweiten Materialvolumens zueinander positioniert. Beide Materialoberflächen bilden anschließend eine Trennschicht.A first material is provided. After provision of the second material, the first material surface of the first material volume and the second material surface of the second material volume are positioned relative to each other. Both material surfaces then form a separating layer.
Wenn die Vorrichtung so dimensioniert ist, dass beide Materialien und die Trennschicht in die Vorrichtung mit der mindestens einen elektromagnetischen Strahlungsquelle eingeführt werden kann, dann werden beide Materialien bevorzugt in Position zueinander gehalten, z.B. durch Walzen. Die Vorrichtung kann so dimensioniert sein, dass eine Einführung der beiden Materialien und der Trennschicht in die Vorrichtung nicht möglich ist. In diesem Fall umfasst die Vorrichtung nur eine Halterung der mindestens einen elektromagnetischen Strahlungsquelle z. B. Schweißroboter mit elektromagnetischer Strahlungsquelle. Die Positionsstabilität der beiden Materialien und der Trennschicht wird durch andere Einrichtungen gewährleistet. Die Vorrichtung mit der elektromagnetischen Strahlungsquelle wird zu der entgegengesetzten Materialoberfläche so positioniert, dass die elektromagnetische Strahlung der Strahlungsquelle in einem Winkel von 10° bis 80°, bevorzugt 25° bis 65°, besonders bevorzugt 40° bis 50° zur entgegengesetzten Materialoberfläche des ersten Materials einwirken kann. Damit hat man das erste Material mit einer elektromagnetischen Strahlung an einer ersten Einwirkungsstelle beaufschlagt.If the device is dimensioned so that both materials and the release layer can be introduced into the device with the at least one electromagnetic radiation source, then both materials are preferably held in position with respect to each other, e.g. by rolling. The device may be dimensioned so that an introduction of the two materials and the release layer in the device is not possible. In this case, the device comprises only a holder of at least one electromagnetic radiation source z. B. welding robot with electromagnetic radiation source. The position stability of the two materials and the release layer is ensured by other means. The device with the electromagnetic radiation source is positioned to the opposite material surface so that the electromagnetic radiation of the radiation source at an angle of 10 ° to 80 °, preferably 25 ° to 65 °, particularly preferably 40 ° to 50 ° to the opposite material surface of the first material can act. Thus, the first material has been exposed to electromagnetic radiation at a first point of action.
Die elektromagnetische Strahlung bewirkt die Bildung des dritten Materials in einem dritten Materialvolumen.The electromagnetic radiation causes the formation of the third material in a third volume of material.
Die Vorrichtung kann eine einzige, winkelveränderliche elektromagnetische Strahlungsquelle aufweisen.The device may comprise a single angularly variable electromagnetic radiation source.
Als Variante kann diese Strahlungsquelle um eine Achse rotiert werden, die senkrecht zur Mittelebene der Trennschicht in Richtung erstes Material verläuft. Damit erhält man in dem zweiten Material ein kegelstumpfähnliches drittes Material.As a variant, this radiation source can be rotated about an axis which runs perpendicular to the center plane of the separating layer in the direction of the first material. This gives the second material a truncated cone-like third material.
Statt der Rotation der Strahlungsquelle ist in einer weiteren Variante die Strahlungsquelle fest angeordnet. Die elektromagnetische Strahlung wirkt über einen winkelveränderlichen, rotierenden Spiegel auf die entgegengesetzte Materialoberfläche des ersten Materials ein. Instead of the rotation of the radiation source, the radiation source is fixedly arranged in a further variant. The electromagnetic radiation acts on the opposite material surface of the first material via a variable-angle, rotating mirror.
Der Spiegel wird in einem Winkel von 10° bis 80°, bevorzugt 25° bis 65°, besonders bevorzugt 40° bis 50° zur entgegengesetzten Materialoberfläche, mit einer Rotationsachse, die senkrecht zur Mittelebene der Trennschicht in Richtung erstes Material verläuft, angeordnet.The mirror is arranged at an angle of 10 ° to 80 °, preferably 25 ° to 65 °, particularly preferably 40 ° to 50 ° to the opposite material surface, with an axis of rotation which is perpendicular to the center plane of the separating layer in the direction of the first material.
Die Strahlungsquelle wird vorteilhaft so angeordnet, dass diese in der Rotationsachse des Spiegels die elektromagnetische Strahlung auf den Spiegel leiten kann.The radiation source is advantageously arranged so that it can guide the electromagnetic radiation onto the mirror in the axis of rotation of the mirror.
Die Vorrichtung weist bevorzugt zwei oder mehr elektromagnetische Strahlungsquellen auf.The device preferably has two or more electromagnetic radiation sources.
Alle Strahlungsquellen sind in einem Winkel von 10° bis 80°, bevorzugt 25° bis 65°, besonders bevorzugt 40° bis 50° zur entgegengesetzten Materialoberfläche angeordnet.All radiation sources are arranged at an angle of 10 ° to 80 °, preferably 25 ° to 65 °, particularly preferably 40 ° to 50 ° to the opposite material surface.
Zwei Strahlungsquellen werden bevorzugt so angeordnet, dass sich die zweite Strahlungsquelle im Reflexionswinkel zur ersten Strahlungsquelle befindet. Beide Strahlungsquellen werden gegenüberliegend angeordnet. Weitere Strahlungsquellenpaare können zum ersten Strahlungsquellenpaar versetzt angeordnet sein.Two radiation sources are preferably arranged so that the second radiation source is at the angle of reflection to the first radiation source. Both radiation sources are arranged opposite each other. Further pairs of radiation sources may be arranged offset to the first pair of radiation sources.
Bei Verwendung eines Strahlungsquellenpaares werden bevorzugt beide Strahlungsquellen zur gleichen Zeit betrieben, so dass im zweiten Material zwei Hinterschnitte durch das dritte Material gebildet werden.When using a radiation source pair, both radiation sources are preferably operated at the same time, so that two undercuts are formed by the third material in the second material.
Als Variante ist es möglich, dass bei einem Strahlungsquellenpaar erst die erste Strahlungsquelle eine einwirkende Strahlung abgibt, anschließend die Vorrichtung einen Versatz auf der Materialoberfläche erzeugt und anschließend die zweite Strahlungsquelle eine einwirkende Strahlung abgibt.As a variant, it is possible for a radiation source pair to first emit an applied radiation to the first radiation source, then the device generates an offset on the material surface and subsequently the second radiation source emits an acting radiation.
Als weitere Variante ist das Strahlungsquellenpaar zwar im Reflexionswinkel ausgerichtet, die gegenüberliegende Anordnung weist einen kleinen Versatz der zweiten Strahlungsquelle zur ersten Strahlungsquelle auf. Damit werden zwei versetzte Einwirkungsstellen erzeugt, die jeweils einen entgegengesetzten Hinterschnitt im zweiten Material aus dem dritten Material bilden. Die zwei versetzten Einwirkungsstellen werden durch gleichzeitiges Einwirken oder abwechselndes Einwirken der beiden Strahlungsquellen erzeugt.As a further variant, although the radiation source pair is aligned at the reflection angle, the opposite arrangement has a small offset of the second radiation source to the first radiation source. Thus, two offset action points are generated, each forming an opposite undercut in the second material of the third material. The two offset exposure sites are created by the simultaneous action or alternate action of the two radiation sources.
Als weitere Variante wird das gegenüberliegende Strahlungsquellenpaar so betrieben, dass die erste elektromagnetische Strahlung in einem Winkel von 10° bis 80°, bevorzugt 25° bis 65°, besonders bevorzugt 40° bis 50° zur entgegengesetzten Materialoberfläche einwirkt, die zweite elektromagnetische Strahlung in einem Winkel von 10° bis 100°, bevorzugt 20° bis 90°, bevorzugt 25° bis 65°, besonders bevorzugt 40° bis 50° zur entgegengesetzten Materialoberfläche einwirkt.As a further variant, the opposite pair of radiation sources is operated so that the first electromagnetic radiation at an angle of 10 ° to 80 °, preferably 25 ° to 65 °, particularly preferably 40 ° to 50 ° to the opposite material surface acts, the second electromagnetic radiation in one Angle of 10 ° to 100 °, preferably 20 ° to 90 °, preferably 25 ° to 65 °, particularly preferably 40 ° to 50 ° to the opposite material surface acts.
Bei den Winkeleinstellungen sind Toleranzen bis zu ± 3° möglich.The angle settings allow tolerances of up to ± 3 °.
Die Vorrichtung kann bei gleichzeitiger Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung kontinuierlich verschoben werden. Damit entsteht eine Einwirkungsstelle, die in die Verschiebungsrichtung eine Ausdehnung hat. Weiterhin ist eine kontinuierliche Verschiebung möglich, jedoch wird die elektromagnetische Strahlung nur in bestimmten Zeitfenstern zugeschaltet, so dass Abstände zwischen den Einwirkungsstellen entstehen. Diese Abstände können konstante, variable oder eine Kombination von konstanten und variablen Werten aufweisen.The device can be moved continuously with simultaneous action of the electromagnetic radiation. This creates an action point which has an extension in the direction of displacement. Furthermore, a continuous displacement is possible, however, the electromagnetic radiation is switched on only in certain time windows, so that distances between the action points arise. These distances may be constant, variable or a combination of constant and variable values.
Der so hergestellte Materialverbund wird im Fahrzeugbau, bevorzugt Karosseriebau verwendet. Der Vorteil der Erfindung ist, dass intermetallische Phasen zur Befestigung zweier Materialien über ein Schweißverfahren einsetzbar sind. Zudem weist solch ein Materialverbund auch bei schwingenden Belastungen eine höhere Belastungsfähigkeit auf. Damit kann auf das Nieten der beiden Materialien verzichtet werden. Das erspart Material, Zeit und komplexe Montageaufbauten bei schwer zugänglichen Stellen.The composite material produced in this way is used in vehicle construction, preferably body construction. The advantage of the invention is that intermetallic phases can be used for fastening two materials via a welding process. In addition, such a composite material has a higher load capacity even with oscillating loads. This can be dispensed with the riveting of the two materials. This saves material, time and complex assembly structures in hard-to-reach places.
Die Erfindung ist nicht auf die nachfolgenden Beispiele beschränkt. Die schematischen Zeichnungen sollen das Prinzip verdeutlichen. Daher wurden einzelne Details zur Vereinfachung weggelassen.The invention is not limited to the following examples. The schematic drawings are intended to clarify the principle. Therefore, some details have been omitted for simplicity.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen in rein schematischer Darstellung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in einer Schnittdarstellung einen erfindungsgemäßen Materialverbund, -
2a und2b in schaubildlichen Schnittdarstellungen einen erfindungsgemäßen Materialverbund, jeweils aus unterschiedlichen Materialien, -
3 bis6 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Materialverbundes mit einem jeweils unterschiedlichen Einsatz der Laserquelle(n) und -
7 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Materialverbundes, der mittels einer Elektronenstrahlquelle verschweißt wird.
-
1 in a sectional view of a composite material according to the invention, -
2a and2 B in schematic sectional views of a composite material according to the invention, each made of different materials, -
3 to6 further embodiments of the composite material according to the invention with a different use of the laser source (s) and -
7 a further embodiment of the composite material according to the invention, which is welded by means of an electron beam source.
In
Das erste Materialvolumen
Nachdem das Aluminiumblech und das Stahlblech in einer Halterung positioniert und kurz angedrückt wurden, führt ein in
Die erste Laserquelle wird in einem Winkel von 60° ± 5° zur entgegengesetzten Materialoberfläche
Beide Laserquellen werden gleichzeitig aktiviert und schmelzen das erste Materialvolumen
Durch die Schrägstellung der ersten Laserquelle weist das dritte Materialvolumen
Im ersten Materialvolumen
Das in der zweiten Einwirkungsstelle
Damit wurde ein Bauteil aus einem Materialverbund von Aluminiumblech und Stahlblech hergestellt.Thus, a component was made of a composite material of aluminum sheet and steel sheet.
In den weiteren Figuren sind zur besseren Veranschaulichung die Laserquellen versetzt zur Einwirkungsstelle dargestellt.In the other figures, the laser sources are shown offset to the point of action for better illustration.
In
Es bilden sich zwei voneinander wegführende, gegenüberliegende Hinterschnitte
Anschließend wird die Vorrichtung mit den beiden Laserquellen verschoben 101, was gleichzeitig die Schweißrichtung
In
Es bilden sich zwei voneinander wegführende, gegenüberliegende Hinterschnitte
Anschließend wird die Vorrichtung mit den beiden Laserquellen verschoben
In
Es bilden sich zwei voneinander wegführende, gegenüberliegende Hinterschnitte
Anschließend wird die Vorrichtung mit den beiden Laserquellen verschoben
Anschließend werden beide Laserquellen deaktiviert. Es entsteht ein Abstand zur ersten Einwirkungsstelle. Wenn ein bestimmter Abstand erreicht ist, werden beide Laserquellen gleichzeitig aktiviert, und es entsteht eine zusätzliche Einwirkungsstelle mit dem dritten Materialvolumen
In
Anschließend werden beide Laserquellen deaktiviert und die Vorrichtung wird mit den beiden Laserquellen verschoben
Es bilden sich zwei voneinander wegführende, seitlich versetzte Hinterschnitte
Der Vorgang der Verschiebung, Aktivierung und Deaktivierung kann weiterhin wiederholt werden. Wenn das Ende der bestimmten Schweißrichtung erreicht ist, kann die Vorrichtung mit den Laserquellen in eine andere Richtung orientiert werden, und der Vorgang wird weiterhin wiederholt, wobei sich die Schweißrichtung
In
Das dritte Materialvolumen
Anschließend wird die Vorrichtung bei deaktivierter Laserquelle verschoben. Es entsteht eine Einwirkungsstelle mit dem dritten Materialvolumen
Die Rotation ist auch nur von 10° bis 190° ± 20° möglich. Bei einer Rotation der Laserquelle um 180° ± 5° wird der Laser nur im Bereich von 0° bis 10° und
Es bilden sich zwei voneinander wegführende, gegenüberliegende Hinterschnitte
In
Es entsteht eine Einwirkungsstelle mit dem dritten Materialvolumen
Während der Deaktivierung der Laserquelle und der Rotation des Spiegels von 190° auf 350° kann die Vorrichtung mit dem rotierenden Spiegel in Richtung
Der Vorgang der Aktivierung, Deaktivierung und Verschiebung bei der Rotation des Spiegels kann weiterhin wiederholt werden. Wenn das Ende der bestimmten Schweißrichtung erreicht ist, muss die Vorrichtung nicht umorientiert werden. Durch Veränderung der Rotationswinkel der Aktivierung und Deaktivierung kann in eine andere Richtung geschweißt werden. So kann im rechten Winkel zur bisherigen Schweißrichtung eine Verschweißung stattfinden, indem eine Aktivierung bei 80° bis 100° je ± 10° anschließend deaktiviert und bei 260° bis 280° je ± 10° wieder aktiviert wird. Durch entsprechende Aktivierungsphasen in bestimmten Rotationswinkeln des Spiegels sind die Hinterschnitte
In
Je nach Anordnung der Ablenkungsspulen ist eine Rotation des Elektronenstrahls um 0° bis 360° möglich. Die Rotationsachse ist im Winkel 90° ± 10° zur Mittelebene der Trennschicht ausgerichtet. Der Elektronenstrahl wird jedoch nur im Bereich von 350° bis 360° und 0° bis 10° je ± 10° und 170° bis 190° je ± 10° aktiviert, z.B. durch Fokussierung. In anderen Rotationswinkeln wird der Elektronenstrahl deaktiviert, z.B. durch Defokussierung oder Abschirmung zur entgegengesetzten Materialoberfläche
Es entsteht eine Einwirkungsstelle mit dem dritten Materialvolumen
Während der Deaktivierung und der Rotation des Elektronenstrahls von 190° auf 350° kann die Vorrichtung mit dem Elektronenstrahl in Richtung
Der Vorgang der Aktivierung, Deaktivierung und Verschiebung beim Elektronenstrahl kann weiterhin wiederholt werden. Wenn das Ende der bestimmten Schweißrichtung erreicht ist, muss die Vorrichtung nicht umorientiert werden. Durch Veränderung der Rotationswinkel der Aktivierung und Deaktivierung kann in eine andere Richtung geschweißt werden. So kann im rechten Winkel zur bisherigen Schweißrichtung eine Verschweißung stattfinden, indem eine Aktivierung bei 80° bis 100° je ± 10° anschließend deaktiviert und bei 260° bis 280° je ± 10° wieder aktiviert wird. Durch entsprechende Aktivierungsphasen in bestimmten Rotationswinkeln des Elektronenstrahls sind die Hinterschnitte
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Bauteil als MaterialverbundComponent as composite material
- 1111
- erstes Materialvolumenfirst volume of material
- 1212
- erste Materialoberflächefirst material surface
- 1313
- entgegengesetzte Materialoberflächeopposite material surface
- 1414
- zweites Materialvolumensecond volume of material
- 1515
- zweite Materialoberflächesecond material surface
- 1616
- Trennschicht mit MittelebeneSeparating layer with center plane
- 1717
- drittes Materialvolumenthird volume of material
- 1818
- dritte Materialoberflächethird material surface
- 1919
- Bereich des Hinterschnitts ausgehend von der TrennschichtArea of the undercut starting from the separating layer
- 2020
- Bereich des Hinterschnitts mit zweitem MaterialvolumenArea of the undercut with second material volume
- 2121
- Bereich des Hinterschnitts mit drittem MaterialvolumenArea of the undercut with third material volume
- 2222
- Bereich des Hinterschnitts mit zweitem MaterialvolumenArea of the undercut with second material volume
- 2323
- Winkel zwischen der Mittelebene der Trennschicht und dem dritten MaterialvolumenAngle between the median plane of the separation layer and the third material volume
- 2424
- zusätzlicher Bereich mit drittem Materialvolumenadditional area with third volume of material
- 2525
- zusätzlicher Bereich mit dritter Materialoberflächeadditional area with third material surface
- 2626
- erste Einwirkungsstellefirst site of action
- 2727
- zweite oder zusätzliche Einwirkungsstellesecond or additional site of action
- 101101
- Verschiebungsrichtung oder SchweißrichtungDisplacement direction or welding direction
- MM
- Mittelebenemidplane
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19627913 B4 [0002]DE 19627913 B4 [0002]
- DE 10261422 B4 [0003]DE 10261422 B4 [0003]
- DE 102014017563 A1 [0004]DE 102014017563 A1 [0004]
- DE 10304954 A1 [0005]DE 10304954 A1 [0005]
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