DE102021119907A1 - Friction stir welding device, method for producing an assembly with a friction stir welding device and an assembly - Google Patents

Friction stir welding device, method for producing an assembly with a friction stir welding device and an assembly Download PDF

Info

Publication number
DE102021119907A1
DE102021119907A1 DE102021119907.7A DE102021119907A DE102021119907A1 DE 102021119907 A1 DE102021119907 A1 DE 102021119907A1 DE 102021119907 A DE102021119907 A DE 102021119907A DE 102021119907 A1 DE102021119907 A1 DE 102021119907A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
friction stir
tool
components
welding device
axial direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102021119907.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Dennis BÖHM
Alexander Breuer
Talia BATRES HERMOSILLO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102021119907.7A priority Critical patent/DE102021119907A1/en
Publication of DE102021119907A1 publication Critical patent/DE102021119907A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1265Non-butt welded joints, e.g. overlap-joints, T-joints or spot welds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rührreibschweißvorrichtung (1) zum Verbinden einer Mehrzahl von, einander zumindest teilweise überlappend angeordneten Bauteilen (2, 3) durch Erzeugen von Reibungswärme und durch Rühren eines Materials zumindest eines Bauteils (2, 3). Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe (19) vorgeschlagen, wobei die Baugruppe (19) eine Mehrzahl von, einander in einem Verbindungsbereich (20) zumindest teilweise überlappend angeordneten Bauteilen (2, 3) umfasst und wobei die Bauteile (2, 3) in dem Verbindungsbereich (20) durch ein Rührreibschweißverfahren miteinander verbunden sind. Schließlich wird noch eine Baugruppe (19) für eine Batteriezelle angegeben, zumindest umfassend eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Zellfolien (21) zur Speicherung elektrischer Energie und mindestens ein Kontaktblech (22); wobei die Zellfolien (21) in einem Verbindungsbereich (20) einen Folienstapel (23) ausbilden und der Folienstapel (23) mit dem Kontaktblech (22) durch mindestens eine Rührreibschweißverbindung (10) verbunden ist.The invention relates to a friction stir welding device (1) for connecting a plurality of components (2, 3) arranged at least partially overlapping one another by generating frictional heat and by stirring a material of at least one component (2, 3). A method for producing an assembly (19) is also proposed, the assembly (19) comprising a plurality of components (2, 3) arranged at least partially overlapping one another in a connection region (20), and the components (2, 3) are connected to one another in the connection area (20) by a friction stir welding process. Finally, an assembly (19) for a battery cell is also specified, at least comprising a multiplicity of cell foils (21) stacked on top of one another for storing electrical energy and at least one contact plate (22); wherein the cell foils (21) form a foil stack (23) in a connection region (20) and the foil stack (23) is connected to the contact plate (22) by at least one friction stir weld connection (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührreibschweißvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe mit einer Rührreibschweißvorrichtung sowie eine Baugruppe, die durch die Rührreibschweißvorrichtung und/oder das Verfahren hergestellt wurde. Die hier beschriebene Baugruppe umfasst insbesondere die Elektrodenfolien und die Ableiter einer Batteriezelle.The invention relates to a friction stir welding device, a method for producing an assembly with a friction stir welding device and an assembly that was produced by the friction stir welding device and/or the method. The assembly described here includes in particular the electrode foils and the arresters of a battery cell.

Die Baugruppe ist insbesondere ein Bestandteil einer Batteriezelle, z. B. einer Lilonen-Batteriezelle. Die Baugruppe umfasst insbesondere eine Mehrzahl von, einander zumindest teilweise überlappend angeordneten Bauteilen, bevorzugt eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Zellfolien zur Speicherung elektrischer Energie und mindestens ein Kontaktblech. Die Zellfolien bilden in einem Anbindungsabschnitt einen Folienstapel aus und der Folienstapel ist mit dem Kontaktblech durch mindestens eine Schweißverbindung verbunden zur elektrischen Kontaktierung der Zellfolien über das Kontaktblech. Die Erfindung kommt insbesondere bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien für beispielsweise elektrifizierte Fahrzeuge zum Einsatz.The module is in particular a part of a battery cell, z. B. a Lilonen battery cell. The assembly comprises in particular a plurality of components arranged at least partially overlapping one another, preferably a plurality of cell foils stacked on top of one another for storing electrical energy and at least one contact plate. The cell foils form a foil stack in a connection section and the foil stack is connected to the contact plate by at least one welded joint for electrical contacting of the cell foils via the contact plate. The invention is used in particular in the production of lithium-ion batteries for e.g. electrified vehicles.

Eine Batteriezelle ist ein Stromspeicher, der z. B. in einem Kraftfahrzeug zum Speichern von elektrischer Energie eingesetzt wird. In einer Batteriezelle sind Elektrodenfolien (im Folgenden auch als Zellfolien bezeichnet), also Anoden und Kathoden aufeinander gestapelt angeordnet, wobei unterschiedliche Elektrodenfolien durch Separatorfolien oder ein Separatormaterial voneinander getrennt angeordnet sind. Die Elektrodenfolien sind innerhalb eines Gehäuses in einem Elektrolyt angeordnet.A battery cell is an electricity storage device that B. is used in a motor vehicle for storing electrical energy. Electrode foils (also referred to below as cell foils), ie anodes and cathodes, are arranged stacked on top of one another in a battery cell, with different electrode foils being arranged separated from one another by separator foils or a separator material. The electrode foils are arranged in an electrolyte within a housing.

Die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektrodenfolien werden über sogenannte Ableiter mit einem elektrischen Stromkreis außerhalb des Gehäuses verbunden. Die Ableiter erstrecken sich durch das gasdichte Gehäuse nach außen. Innerhalb des Gehäuses sind die Ableiter mit der Vielzahl von Zellfolien gleicher Art, also Anoden oder Kathoden, elektrisch leitend verbunden. Dabei wird ein Ableiter (im Folgenden auch als Kontaktblech bezeichnet) mit einer Vielzahl von Zellfolien verbunden. Die Zellfolien bilden in einem Anbindungsabschnitt einen Folienstapel aus und der Folienstapel ist mit dem Kontaktblech über eine Schweißverbindung verbunden. Diese Schweißverbindung wird im Allgemeinen durch Laserschweißen und dabei über Punktschweißverbindungen realisiert.The electrode foils arranged inside the housing are connected to an electrical circuit outside the housing via so-called conductors. The conductors extend outwards through the gas-tight housing. Inside the housing, the conductors are electrically conductively connected to the large number of cell foils of the same type, ie anodes or cathodes. In this case, a conductor (also referred to below as a contact plate) is connected to a large number of cell foils. The cell foils form a foil stack in a connection section and the foil stack is connected to the contact plate via a welded connection. This welded joint is generally realized by laser welding and in this case via spot welded joints.

Zur Erzeugung derartiger Schweißverbindungen sind unterschiedliche Verfahren bekannt: Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Vor-Ultraschall-Schweißen und Laserschweißen, Crimpen, Widerstandsschweißen, Nieten, Rührreibschweißen als Punktschweißen.Various methods are known for producing such weld connections: laser welding, ultrasonic welding, pre-ultrasonic welding and laser welding, crimping, resistance welding, riveting, friction stir welding as spot welding.

Das Laserstrahlschweißen ist unter den Aspekten der Zugänglichkeit, der Wärmeintragung in das Bauteil bzw. der mechanischen Belastung der Fügepartner das zu favorisierende Fügeverfahren bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien. Jedoch ist das reproduzierbare, fehlerfreie Herstellen von Cu-Cu, Al-Al und Al-Cu Verbindungen mittels Laserstrahlschweißen aufgrund der schlechten Einkopplung des Laserlichtes bei einer Wellenlänge von ca. 1050 nm [Nanometer] (Infrarot Laser) und der hohen Wärmeleitfähigkeit der zu schweißenden Werkstoffe stark eingeschränkt. Weiterhin weist Kupfer (Cu) einen Absorptionssprung auf, wenn sich der Aggregatzustand des Werkstoffes von fest zu flüssig ändert. Durch dieses sprunghafte Verhalten kommt es zu einer schlagartigen Überhitzung der Cu-Schmelze, was wiederum zum Verdampfen des Werkstoffes führt. In Folge dessen kommt es zu einer unregelmäßigen Ausformung der Schweißverbindung bzw. zu sehr starker Spritzerbildung. Es entstehen Fehler in der Schweißverbindung, die gerade bei der Ausbildung von längeren Schweißnähten (im Gegensatz zu kurzen Steppnähten mit weniger als 5 Millimeter Schweißnahterstreckung oder Schweißpunkten) zu Löchern, Poren, Auswürfen, Spritzern, nicht angebundenen Folien, etc. führen können. Diese Fehler verringern die Qualität der Batteriezellen und erhöhen das Risiko von Ausfällen im Betrieb der Batteriezellen.In terms of accessibility, heat transfer into the component and the mechanical stress on the joining partners, laser beam welding is the preferred joining method for the production of lithium-ion cells and batteries. However, the reproducible, error-free production of Cu-Cu, Al-Al and Al-Cu connections using laser beam welding is due to the poor coupling of the laser light at a wavelength of approx. 1050 nm [nanometer] (infrared laser) and the high thermal conductivity of the material to be welded Materials are severely restricted. Furthermore, copper (Cu) shows an absorptive jump when the physical state of the material changes from solid to liquid. This erratic behavior causes the Cu melt to suddenly overheat, which in turn leads to the vaporization of the material. As a result, there is an irregular shape of the welded joint or very heavy spattering. Faults occur in the welded joint, which can lead to holes, pores, ejections, spatter, unconnected foils, etc., especially when forming longer weld seams (in contrast to short stitched seams with a weld seam extension of less than 5 millimeters or spot welds). These errors reduce the quality of the battery cells and increase the risk of failures in the operation of the battery cells.

Die für die Erzeugung derartiger Schweißverbindungen unter Großserienbedingungen (also z. B. mehr als 1.000 Bauteile pro Tag) erforderliche Prozessstabilität kann bisher nur für kurze Schweißverbindungen (also Steppnähte oder Schweißpunkte) realisiert werden. Die dabei bereits auftretenden Fehler schränken aber in oben genannter Weise die Nutzung der bisher produzierten Batteriezellen ein.The process stability required for the production of such welded joints under large-scale production conditions (e.g. more than 1,000 components per day) has so far only been possible for short welded joints (i.e. stitched seams or spot welds). However, the errors that already occur limit the use of the battery cells produced to date in the manner mentioned above.

Gleichzeitig steigt aber mit wachsender Leistungsfähigkeit (z. B. Schnellladefähigkeit der Batteriezellen) der Zellchemie, insbesondere bei gleichen Größen der Batteriezellen, ein Anspruch an Güte und Länge der Schweißverbindung. Insbesondere sind also stoffschlüssige Verbindungen zwischen den Folien und dem Ableiter gefordert, die eine entsprechend große Querschnittsfläche zur Übertragung der gestiegenen Strommengen bereitstellen.At the same time, however, with increasing performance (e.g. rapid charging capability of the battery cells) of the cell chemistry, especially with battery cells of the same size, there is an increasing demand on the quality and length of the welded joint. In particular, material connections between the foils and the arrester are required, which provide a correspondingly large cross-sectional area for the transmission of the increased amounts of electricity.

Neben der Schwierigkeit, Porosität in der Schweißverbindung gerade auf der Kathodenseite (Aluminium) zu vermeiden, können Zellfolien aufgrund von thermischen Spannungseffekten beim Abkühlen des Materials nach dem Laserschweißen abreißen. Beim Ultraschallschweißen können z. B. Metallpartikel entstehen. Beim Rührreibschweißen als Punktschweißen passt der Standard-Haltestempel der Rührreibschweißvorrichtung nicht in den kleinen, zu schweißenden Bereich.In addition to the difficulty of avoiding porosity in the weld joint, especially on the cathode side (aluminium), cell foils can tear off due to thermal stress effects when the material cools down after laser welding. When ultrasonic welding z. B. metal particles. The standard holding test is suitable for friction stir welding as spot welding pel of the friction stir welder into the small area to be welded.

Bisher wurde versucht diese Probleme z. B. durch die folgenden Maßnahmen zu lösen:

  • • durch zweifache Bearbeitung des Materials mit einem Laserstrahl,
  • • durch das Schweißen von Einzelfolien anstatt eines Folienstapels,
  • • durch das Schmelzen des Materials an den Rändern der Bauteile,
  • • durch ein Ultraschallschweißverfahren als Vorprozess für das Material,
  • • durch einen Reinigungsprozess, um eine Oxidschicht auf der Aluminiumoberfläche zu vermeiden,
  • • Rührreibschweißen ist bisher nicht für derartige Baugruppen vorgesehen, weil z. B. die Dimension des Haltestempels für den Anwendungsfall zu groß ist.
So far, these problems z. B. by the following measures:
  • • by processing the material twice with a laser beam,
  • • by welding individual foils instead of a stack of foils,
  • • by melting the material at the edges of the components,
  • • through an ultrasonic welding process as a preliminary process for the material,
  • • through a cleaning process to avoid an oxide layer on the aluminum surface,
  • • So far, friction stir welding has not been planned for such assemblies, because e.g. B. the dimension of the holding stamp for the application is too large.

In der CN 104741769 A wird z. B. die Möglichkeit beschrieben, für ein Rührreibschweißverfahren zum Verschweißen von gestapelten Metallfolien ein konventionelles Werkzeug zu verwenden, das aus drei Elementen besteht, einem Haltestempel, einem zylindrischen ersten Werkzeug und einem hülsenförmigen zweiten Werkzeug. Es wird dort vorgeschlagen, dieses Verfahren für die Herstellung von Batteriezellen zu verwenden. Um jedoch zu erreichen, dass die vom Werkzeug erzeugten Schleuderkräfte und die Reibung nur im gewünschten Bereich wirken, ist die Verwendung eines starken Haltestempels notwendig. Diese Anforderung verhindert auch, dass die Werkzeuge kleiner sein können. Die verwendete Standardgröße hat daher einen Durchmesser von 12 mm [Millimeter], so dass die Verwendung des Verfahrens unmöglich ist, wenn der gewünschte Bereich z. B. weniger als 10 mm betragen würde.In the CN 104741769A becomes e.g. B. described the possibility of using a conventional tool for a friction stir welding process for welding stacked metal foils, which consists of three elements, a holding stamp, a cylindrical first tool and a sleeve-shaped second tool. It is proposed there to use this method for the production of battery cells. However, in order to ensure that the centrifugal forces generated by the tool and the friction only act in the desired area, it is necessary to use a strong holding punch. This requirement also prevents the tools from being smaller. The standard size used is therefore 12 mm [millimeters] in diameter, making it impossible to use the method when the desired area is e.g. B. would be less than 10 mm.

Es besteht also ein Bedürfnis, ein großserientaugliches Verfahren zur Erzeugung derartiger Schweißverbindungen bereitzustellen.There is therefore a need to provide a method for producing such welded joints that is suitable for large-scale production.

Aus der EP 1 884 308 B1 ist ein Rührreibschweißverfahren zur Verbindung zweier Bauteile bekannt, bei dem ein Drehwerkzeug einen drehbaren Stift (im Folgenden erstes Werkzeug) und einen den Stift umgebenden, drehbaren Schulterteil (im Folgenden zweites Werkzeug) aufweist. From the EP 1 884 308 B1 a friction stir welding method for connecting two components is known, in which a rotary tool has a rotatable pin (hereinafter first tool) and a rotatable shoulder part surrounding the pin (hereinafter second tool).

Ein zylindrisches Gratbeschränkungsteil (im Folgenden Haltestempel) umgibt das Drehwerkzeug und verhindert eine Graterzeugung um die Rührreibweißzone.A cylindrical burr restricting member (hereinafter holding punch) surrounds the turning tool and prevents burr generation around the friction stir whitening zone.

Aus der US 10,201,873 B2 ist eine Rührreibschweißvorrichtung zur Verbindung zweier Bauteile bekannt, bei dem ein Drehwerkzeug einen drehbaren Stift (im Folgenden erstes Werkzeug) und einen den Stift umgebenden, drehbaren Schulterteil (im Folgenden zweites Werkzeug) aufweist. Eine zylindrisches Klemmelement (im Folgenden Haltestempel) umgibt das Drehwerkzeug und erzeugt eine Klemmkraft um die Rührreibschweißzone.From the US 10,201,873 B2 a friction stir welding device for connecting two components is known, in which a rotary tool has a rotatable pin (hereinafter first tool) and a rotatable shoulder part surrounding the pin (hereinafter second tool). A cylindrical clamping element (hereafter holding punch) surrounds the turning tool and creates a clamping force around the friction stir weld zone.

Aus der US 20/0206840 A1 ist eine Rührreibschweißvorrichtung zur Verbindung zweier Bauteile bekannt, bei dem ein Drehwerkzeug einen drehbaren Stift (im Folgenden erstes Werkzeug) und einen den Stift umgebenden, drehbaren Schulterteil (im Folgenden zweites Werkzeug) aufweist. Eine zylindrisches Klemmelement (im Folgenden Haltestempel) umgibt das Drehwerkzeug und erzeugt eine Klemmkraft um die Rührreibschweißzone. Das Klemmelement weist einen Fortsatz auf, der in die Rührreibschweißzone eindringt.From the US 20/0206840 A1 a friction stir welding device for connecting two components is known, in which a rotary tool has a rotatable pin (hereinafter first tool) and a rotatable shoulder part surrounding the pin (hereinafter second tool). A cylindrical clamping element (hereafter holding punch) surrounds the turning tool and creates a clamping force around the friction stir weld zone. The clamping element has an extension which penetrates into the friction stir welding zone.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Möglichkeit der Anwendung des Verfahrens des Rührreibschweißens dahingehend zu verbessern, dass der Klemmring des üblicherweise verwendeten Werkzeugs so modifiziert wird, dass das Spinnwerkzeug in den Schweißbereich des gewünschten Prozesses passt.The object of the present invention is to improve the possibility of using the method of friction stir welding in that the clamping ring of the commonly used tool is modified in such a way that the spinning tool fits into the welding area of the desired process.

Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen das Verfahren des Rührreibschweißens für den Anwendungsfall Batteriezellen qualifiziert werden.Proceeding from this, it is an object of the invention to at least partially solve the problems described in connection with the prior art. In particular, the friction stir welding process is to be qualified for the battery cell application.

Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.These objects are solved by the features of the independent patent claims 1 and 7. Further advantageous refinements of the solution proposed here are specified in the dependent patent claims. It should be pointed out that the features listed individually in the dependent patent claims can be combined with one another in any technologically meaningful manner and define further refinements of the invention. In addition, the features specified in the patent claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred configurations of the invention being presented.

Es wird eine Rührreibschweißvorrichtung zum Verbinden einer Mehrzahl von einander zumindest teilweise überlappend angeordneten Bauteilen durch Erzeugen von Reibungswärme und durch Rühren eines Materials zumindest eines Bauteils vorgeschlagen.A friction stir welding device is proposed for connecting a plurality of components arranged at least partially overlapping one another by generating frictional heat and by stirring a material of at least one component.

Die Rührreibschweißvorrichtung umfasst zumindest

  • • ein erstes Schweißwerkzeug mit einem, sich entlang einer axialen Richtung erstreckenden, zylindrischen ersten Werkzeug sowie einem sich entlang der axialen Richtung erstreckenden hohlzylindrischen zweiten Werkzeug, das sich um das erste Werkzeug herum erstreckt; sowie
  • • einen Haltestempel mit einer Kontaktfläche, über die der Haltestempel während der Erzeugung der Rührreibschweißverbindung die Bauteile in einer Lage gegenüber den Werkzeugen fixiert.
The friction stir welding device comprises at least
  • • a first welding tool having a cylindrical first tool extending along an axial direction and a hollow-cylindrical second tool extending along the axial direction and extending around the first tool; as well as
  • • a holding stamp with a contact surface, via which the holding stamp fixes the components in a position relative to the tools while the friction stir welded joint is being produced.

Die Werkzeuge sind zum Erzeugen einer Rührreibschweißverbindung der Bauteile gegenüber dem Haltestempel und unabhängig voneinander um eine sich entlang der axialen Richtung erstreckende Drehachse drehbar und entlang der axialen Richtung bewegbar. Die Kontaktfläche umschließt einen Arbeitsbereich für das erste Schweißwerkzeug, in dem das erste Schweißwerkzeug in einer quer zur axialen Richtung verlaufenden radialen Richtung relativ zu dem Haltestempel bewegbar ist.The tools are rotatable about an axis of rotation extending along the axial direction and movable along the axial direction to produce a friction stir welded connection of the components relative to the holding stamp and independently of one another. The contact surface encloses a working area for the first welding tool, in which the first welding tool can be moved relative to the holding stamp in a radial direction running transversely to the axial direction.

Insbesondere ist das erste Schweißwerkzeug in bekannter Weise ausgeführt. Das Rührreibschweißen bzw. Rührreibpunktschweißen (friction stir spot welding - FSSW bzw. refill friction stir spot welding - RFSSW) ist ein Pressschweißverfahren, das insbesondere unterhalb des Schmelzpunktes der zu verbindenden Bauteile arbeitet.In particular, the first welding tool is designed in a known manner. Friction stir spot welding (FSSW or refill friction stir spot welding - RFSSW) is a pressure welding process that works below the melting point of the components to be connected.

Beim Rührreibpunktschweißen werden z. B. einzelne Schweißpunkte erstellt, indem ein sich drehendes stiftförmiges erstes Werkzeug und ein sich drehendes hohlzylindrisches zweites Werkzeug, dass das erste Werkzeug umgibt, mit hoher Kraft in das obere von z. B. zwei Bauteilen, z. B. Blechen, gepresst werden, die im Überlappstoß übereinanderliegen. Durch die Reibungswärme und den hohen Druck wird das Material des oberen Bauteils plastifiziert, so dass die Spitze des ersten Werkzeugs und/ oder des zweiten Werkzeugs in die Fügezone zwischen den beiden Bauteilen eintaucht und dort die Materialien der beiden Bauteile bzw. die an den Oberflächen vorliegenden Oxide verrührt. Durch den Haltestempel werden die Bauteile in ihrer Lage zueinander und zum Schweißwerkzeug fixiert. Die Werkzeuge werden in der axialen Richtung bewegt, so dass das durch das Eintauchen eines Werkzeugs in die Bauteile verdrängte Material innerhalb des durch den Haltestempel begrenzten Arbeitsbereich ausweichen kann.In the case of friction stir spot welding, e.g. B. created individual spot welds by a rotating pin-shaped first tool and a rotating hollow cylindrical second tool that surrounds the first tool with high force in the upper of z. B. two components, z. B. sheets are pressed, which are superimposed in the lap joint. The material of the upper component is plasticized by the frictional heat and the high pressure, so that the tip of the first tool and/or the second tool dips into the joining zone between the two components and there the materials of the two components or those present on the surfaces mixed oxides. The components are fixed in their position to each other and to the welding tool by the holding stamp. The tools are moved in the axial direction so that the material displaced by the immersion of a tool into the components can escape within the working area delimited by the holding stamp.

Sowohl die Werkzeuge als der Haltestempel können an ihrer, das Bauteil kontaktierenden Stirnfläche profiliert ausgeführt sein, um das plastifizierte Material in eine spezielle Richtung zu fördern und um die Oxidhäute auf den aufeinanderliegenden Oberflächen effizient aufzubrechen und zu verrühren.Both the tools and the holding stamp can be profiled on their component-contacting end face in order to convey the plasticized material in a specific direction and to efficiently break up and stir up the oxide skins on the surfaces that lie on top of one another.

Beim Einsatz von einteiligen Werkzeugen, bleibt nach dem Herausziehen des ersten Werkzeugs insbesondere ein Loch in den Bauteilen zurück. Durch das zweite Werkzeug kann dieses Loch durch das Verschieben des plastifizierten Materials wiederaufgefüllt werden, so dass in dem Arbeitsbereich auch nach dem Rührreibschweißen eine im Wesentlichen konstante Materialstärke der miteinander verbundenen Bauteile vorliegt.When using one-piece tools, a hole remains in the components after the first tool is pulled out. This hole can be filled up again by the second tool by moving the plasticized material, so that the material thickness of the components connected to one another is essentially constant in the work area even after the friction stir welding.

Die wichtigsten Verfahrensparameter beim Rührreibpunktschweißen sind die Drehzahl und Drehrichtung der einzelnen Werkzeuge und die Anpresskraft der Werkzeuge und des Haltestempels. Insbesondere ergibt sich bei vorgegebenem Material der Bauteile die Eintauchgeschwindigkeit der Werkzeuge in die Bauteile. Die Ansteuerung der Werkzeuge kann insbesondere über eine Positionsregelung und/ oder Kraftregelung erfolgen.The most important process parameters in friction stir spot welding are the speed and direction of rotation of the individual tools and the contact pressure of the tools and the holding stamp. In particular, the immersion speed of the tools into the components results for a given material of the components. The tools can be controlled in particular via position control and/or force control.

Das erste Werkzeug und das zweite Werkzeug können insbesondere mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren und entlang der axialen Richtung zugestellt werden. Auch die Drehrichtungen und Zustellrichtungen können voneinander unterschiedlich verlaufen.In particular, the first tool and the second tool can rotate at different speeds and be advanced along the axial direction. The directions of rotation and infeed directions can also differ from one another.

Im Unterschied zu bekannten Rührreibschweißvorrichtungen ist der Haltestempel nicht so ausgeführt, dass er die Werkzeuge umgibt und damit zumindest an einer inneren Umfangsfläche ringförmig bzw. ringzylindrisch ausgeführt ist. Der hier vorgeschlagene Haltestempel ist insbesondere mit einem Abstand zu dem zweiten Werkzeug ausgeführt, so dass das erste Schweißwerkzeug in der quer zur axialen Richtung verlaufenden radialen Richtung relativ zum Haltestempel bewegbar ist.In contrast to known friction stir welding devices, the holding stamp is not designed in such a way that it surrounds the tools and is therefore designed in the form of a ring or ring-cylindrical at least on an inner peripheral surface. The holding stamp proposed here is designed in particular at a distance from the second tool, so that the first welding tool can be moved relative to the holding stamp in the radial direction running transversely to the axial direction.

Durch die Änderung in der Geometrie des Haltestempels können die Werkzeuge und auch der Haltestempel an die Anforderungen einer für eine Batteriezelle vorgesehenen Baugruppe angepasst werden. Insbesondere können die rotierenden Werkzeuge des ersten Schweißwerkzeugs verkleinert werden, ohne dass die Kontaktfläche, die zum Fixieren der Bauteile gegen eine Verdrehung erforderlich ist, verändert werden muss. Anstatt dass die Kontaktfläche die Werkzeuge unmittelbar umgibt und dabei einen ringförmigen Abdruck in den Bauteilen erzeugt, ist die Kontaktfläche nun zumindest teilweise beabstandet von der Rührreibschweißverbindung angeordnet. Insbesondere kann diese Kontaktfläche so ausgeführt sein, dass ein Abdruck der Kontaktfläche in den Bauteilen an für die Baugruppe unproblematischen Stellen der Baugruppe erzeugt wird.By changing the geometry of the holding stamp, the tools and also the holding stamp can be adapted to the requirements of an assembly intended for a battery cell. In particular, the rotating tools of the first welding tool can be made smaller without having to change the contact surface that is required to fix the components against rotation. Instead of the contact surface immediately surrounding the tools and thereby creating a ring-shaped impression in the components, the contact surface is now arranged at least partially at a distance from the friction stir welded connection. In particular, this contact surface can be designed in such a way that an impression of the contact surface is produced in the components at locations of the assembly that are unproblematic for the assembly.

Mit dem Ersatz des bekannten ringförmigen Haltestempels durch einen von der Form der Werkzeuge insbesondere abweichenden Haltestempel kann die erforderliche Fläche der Kontaktfläche auf eine längere Erstreckung verteilt werden. Mit der Möglichkeit, die Kontaktfläche nicht ringförmig ausführen, können auch die Werkzeuge im Durchmesser reduziert werden, so dass der erzeugte Schweißpunkt bzw. die Weite der erzeugten Schweißverbindung verringert werden kann. Damit kann das Verfahren Rührreibschweißen auch für die Herstellung von Baugruppen eingesetzt werden, die in Batteriezellen Verwendung finden.With the replacement of the known ring-shaped holding stamp by a holding stamp that differs in particular from the shape of the tools, the required area of the contact surface can be distributed over a longer extent. With the possibility of not making the contact surface ring-shaped, the tools can also be reduced in diameter, so that the weld point produced or the width of the weld joint produced can be reduced. This means that the friction stir welding process can also be used to manufacture assemblies that are used in battery cells.

Insbesondere verläuft die Kontaktfläche entlang einer den Arbeitsbereich umschließenden Linie und weist entlang der Linie eine unterschiedliche Breite der Kontaktfläche auf.In particular, the contact surface runs along a line enclosing the work area and has a different width of the contact surface along the line.

Insbesondere weist der Arbeitsbereich eine langgestreckte Form auf, so dass das erste Schweißwerkzeug ausschließlich entlang einer Geraden relativ zu dem Haltestempel bewegbar ist. Damit können mehrere Schweißpunkte entlang z. B. der Geraden nebeneinander erzeugt werden, so dass auch eine entlang der Geraden verlaufende, z. B. auch durchgehende, Schweißverbindung erzeugt werden kann, ohne dass der Haltestempel zwischen den unterschiedlichen Schweißpunkten umgesetzt werden muss.In particular, the working area has an elongated shape, so that the first welding tool can only be moved along a straight line relative to the holding stamp. This allows multiple spot welds along z. B. the straight lines are generated next to each other, so that a running along the straight line, z. B. also continuous, welded connection can be produced without the retaining die having to be implemented between the different weld points.

Insbesondere umfasst die Rührreibschweißvorrichtung zusätzlich ein zweites Schweißwerkzeug, dass gemeinsam mit dem ersten Schweißwerkzeug in dem Arbeitsbereich anordenbar bzw. angeordnet und zumindest teilweise gleichzeitig mit dem ersten Schweißwerkzeug zur Ausbildung einer Rührreibschweißverbindung betreibbar ist.In particular, the friction stir welding device also includes a second welding tool that can be or is arranged together with the first welding tool in the work area and can be operated at least partially simultaneously with the first welding tool to form a friction stir welded connection.

Insbesondere weisen die Werkzeuge zur Ausbildung der Rührreibschweißverbindung einen größten Durchmesser auf, der höchstens 10 Millimeter beträgt.In particular, the tools for forming the friction stir welded connection have a maximum diameter of at most 10 millimeters.

Insbesondere umfasst die Rührreibschweißvorrichtung zusätzlich eine Einrichtung zum Erzeugen einer Schutzatmosphäre zumindest im Arbeitsbereich. Die Einrichtung umfasst z. B. eine Einhausung zumindest des Arbeitsbereichs, so dass darin ein Schutzgas, insbesondere ein inertes Gas, angeordnet oder ein Vakuum bzw. Unterdruck erzeugt werden kann.In particular, the friction stir welding device also includes a device for generating a protective atmosphere at least in the work area. The facility includes B. an enclosure of at least the work area, so that a protective gas, in particular an inert gas, arranged or a vacuum or negative pressure can be generated.

Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe vorgeschlagen, wobei die Baugruppe eine Mehrzahl von einander in einem Verbindungsbereich zumindest teilweise überlappend angeordneten Bauteilen umfasst. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

  1. a) Bereitstellen einer Rührreibschweißvorrichtung, insbesondere der beschriebenen Rührreibschweißvorrichtung; zumindest umfassend
    • • ein erstes Schweißwerkzeug mit einem, sich entlang einer axialen Richtung erstreckenden, zylindrischen ersten Werkzeug sowie einem sich entlang der axialen Richtung erstreckenden hohlzylindrischen zweiten Werkzeug, das sich um das erste Werkzeug herum erstreckt; sowie
    • • einen Haltestempel mit einer Kontaktfläche, die einen Arbeitsbereich des ersten Schweißwerkzeugs umschließt;
  2. b) Bereitstellen der Mehrzahl von Bauteilen, die sich in dem Verbindungsbereich überlagern und Anordnen der Mehrzahl von Bauteilen in der Rührreibschweißvorrichtung; wobei der Haltestempel den Verbindungsbereich mit der Kontaktfläche umschließt und über die Kontaktfläche die Bauteile in einer Lage zueinander fixiert; und dann
  3. c) Rotieren der Werkzeuge um die Drehachse und Bewegen der Werkzeuge entlang der axialen Richtung gegenüber den Bauteilen und Erzeugen einer Rührreibschweißverbindung, durch das die Mehrzahl der Bauteile miteinander verbunden werden; und dann
  4. d) Bewegen des ersten Schweißwerkzeugs in einer quer zur axialen Richtung verlaufenden radialen Richtung relativ zu dem Haltestempel und Erzeugen einer weiteren Rührreibschweißverbindung zur Ausbildung der Baugruppe.
Während der Schritte c) und d) sind die Bauteile durch den Haltestempel fixiert und der Arbeitsbereich bleibt unverändert.A method for producing an assembly is also proposed, the assembly comprising a plurality of components which are arranged at least partially overlapping one another in a connection area. The procedure comprises at least the following steps:
  1. a) providing a friction stir welding device, in particular the described friction stir welding device; at least extensively
    • • a first welding tool having a cylindrical first tool extending along an axial direction and a hollow-cylindrical second tool extending along the axial direction and extending around the first tool; as well as
    • • a holding stamp with a contact surface that encloses a working area of the first welding tool;
  2. b) providing the plurality of components superimposed in the connection area and arranging the plurality of components in the friction stir welding device; wherein the holding stamp encloses the connection area with the contact surface and fixes the components in a position relative to one another via the contact surface; and then
  3. c) rotating the tools about the axis of rotation and moving the tools along the axial direction relative to the components and creating a friction stir weld joint by which the plurality of components are connected to one another; and then
  4. d) moving the first welding tool in a radial direction transverse to the axial direction relative to the holding stamp and creating a further friction stir weld joint to form the assembly.
During steps c) and d) the components are fixed by the holding stamp and the working area remains unchanged.

Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) bis d) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte z. B. kann variieren. Die Schritte b), c) und d) können nach einmaliger Ausführung des Schrittes a) mehrfach wiederholt ausgeführt werden (für eine Vielzahl gleichartiger Bauteile). Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern. Ganz besonders bevorzugt finden die Verfahrensschritte c) und d) zeitlich nacheinander, ggf. aber zumindest teilweise zeitlich parallel statt. Insbesondere werden die Schritte a) bis d) in der angeführten Reihenfolge durchgeführt.The above (non-exhaustive) division of the method steps into a) to d) is primarily intended to serve only as a distinction and does not impose any order and/or dependency. The frequency of the process steps, e.g. B. may vary. Steps b), c) and d) can be repeated several times after step a) has been carried out once (for a large number of identical components). It is also possible for method steps to at least partially overlap one another in terms of time. Process steps c) and d) are very particularly preferably carried out one after the other, but if necessary at least partially in parallel. In particular, steps a) through d) are performed in the order listed.

Die Baugruppe ist insbesondere zur Speicherung elektrischer Energie geeignet. Bei den Bauteilen kann es sich beispielsweise um ein Bauteil für eine (wiederaufladbare) Lithium-lonen-Batterie handeln. In diesem Zusammenhang kann das Bauteil zum Beispiel einen Bestandteil für eine (Lithium-Ionen-)Zelle bilden. Die Baugruppe umfasst zumindest mindestens einen Zellstapel zur Speicherung elektrischer Energie und mindestens ein Kontaktblech zur elektrischen Kontaktierung des mindestens einen Zellstapels. In der Regel können nach dem hier beschriebenen Verbinden von Zellstapel und Kontaktblech mehrere so hergestellte Baugruppen zu einer Batteriezelle verbunden werden. Die Baugruppe kann einen einzelnen Zellstapel umfassen. Weiterhin kann die Baugruppe (genau) zwei Kontaktbleche (oder sogar mehr als zwei) umfassen.The assembly is particularly suitable for storing electrical energy. The components can be, for example, a component for a (rechargeable) lithium-ion battery. In this context, the component can, for example, be a component for a (lithium form an ion) cell. The assembly comprises at least one cell stack for storing electrical energy and at least one contact sheet for making electrical contact with the at least one cell stack. As a rule, after the connection of cell stack and contact sheet as described here, several assemblies produced in this way can be connected to form a battery cell. The assembly may include a single cell stack. Furthermore, the assembly can include (precisely) two contact sheets (or even more than two).

Das Verfahren dient insbesondere dazu, das Kontaktblech mit dem (jeweils einem einzelnen) Folienstapel elektrisch leitend zu verbinden, so dass über das Kontaktblech der mindestens eine Folienstapel mit einem Stromkreis verbindbar ist. Das Kontaktblech bildet beispielswiese einen elektrischen Anschluss der Baugruppe bzw. ein elektrisches Verbindungselement der Baugruppe zur Verbindung der Baugruppe mit bauteilexternen Komponenten oder weiteren Bauteilen bzw. Baugruppen.The method serves in particular to electrically conductively connect the contact sheet to the (each individual) foil stack, so that the at least one foil stack can be connected to a circuit via the contact sheet. The contact plate forms, for example, an electrical connection of the assembly or an electrical connection element of the assembly for connecting the assembly to components external to the assembly or other components or assembly groups.

Gemäß Schritt a) erfolgt ein Bereitstellen einer Rührreibschweißvorrichtung, insbesondere der beschriebenen Rührreibschweißvorrichtung. Die Rührreibschweißvorrichtung umfasst insbesondere zumindest ein erstes Schweißwerkzeug mit einem, sich entlang einer axialen Richtung erstreckenden, zylindrischen ersten Werkzeug sowie einem sich entlang der axialen Richtung erstreckenden hohlzylindrischen zweiten Werkzeug, das sich um das erste Werkzeug herum erstreckt. Das zweite Werkzeug umgibt das erste Werkzeug insbesondere unmittelbar und ohne nennenswerten Abstand. Die Drehachse der beiden Werkzeuge sind koaxial zueinander angeordnet. Weiter umfasst die Rührreibschweißvorrichtung einen Haltestempel mit einer Kontaktfläche, die einen Arbeitsbereich des ersten Schweißwerkzeugs umschließt. Der Haltestempel dient der Fixierung der Lage bzw. Position der zu verbindenden Bauteile.According to step a), a friction stir welding device is provided, in particular the friction stir welding device described. The friction stir welding device comprises in particular at least one first welding tool with a cylindrical first tool extending along an axial direction and a hollow-cylindrical second tool extending along the axial direction, which extends around the first tool. The second tool surrounds the first tool in particular directly and without any appreciable distance. The axes of rotation of the two tools are arranged coaxially to one another. The friction stir welding device also includes a holding stamp with a contact surface that encloses a working area of the first welding tool. The holding stamp is used to fix the location or position of the components to be connected.

Gemäß Schritt b) erfolgt insbesondere ein Bereitstellen der Mehrzahl von Bauteilen, die sich in dem Verbindungsbereich überlagern und ein Anordnen der Mehrzahl von Bauteilen in der Rührreibschweißvorrichtung. Insbesondere der Haltestempel umschließt den Verbindungsbereich mit der Kontaktfläche und fixiert über die Kontaktfläche die Bauteile in einer Lage zueinander.According to step b), in particular, the plurality of components are provided, which overlap in the connection region, and the plurality of components are arranged in the friction stir welding device. In particular, the holding stamp encloses the connection area with the contact surface and fixes the components in one position relative to one another via the contact surface.

Die Mehrzahl von Bauteilen umfasst insbesondere den Stapel einer Vielzahl von Zellfolien und das Kontaktblech. Insbesondere sind die Zellfolien außerhalb des Verbindungsbereichs mit einer Beschichtung (z. B. Aktivmaterial) versehen, wobei die Zellfolien in dem Verbindungsbereich unbeschichtet sind. Die Zellfolien sind zu einem Stapel angeordnet, wobei zumindest die unbeschichteten Bereiche entlang der axialen Richtung fluchtend zueinander angeordnet sind. Insbesondere umfasst der Folienstapel mindestens 10, bevorzugt mindestens 20, besonders bevorzugt mindestens 30 oder sogar mindestens 50 oder mindestens 75, Zellfolien.The plurality of components includes, in particular, the stack of a large number of cell foils and the contact sheet. In particular, the cell foils are provided with a coating (eg active material) outside the connection area, with the cell foils being uncoated in the connection area. The cell foils are arranged in a stack, with at least the uncoated areas being arranged in alignment with one another along the axial direction. In particular, the film stack comprises at least 10, preferably at least 20, particularly preferably at least 30 or even at least 50 or at least 75 cell films.

Das Kontaktblech wird insbesondere so angeordnet, dass es zumindest entlang der axialen Richtung teilweise fluchtend zu den unbeschichteten Bereichen der Zellfolien angeordnet ist, so dass der Stapel Zellfolien und das Kontaktblech einen gemeinsamen Verbindungsbereich bilden.The contact sheet is arranged in particular in such a way that it is arranged at least along the axial direction partially in alignment with the uncoated areas of the cell foils, so that the stack of cell foils and the contact sheet form a common connection area.

Der Haltestempel kontaktiert die Oberfläche des Kontaktblechs und/ oder die Oberfläche zumindest einer Zellfolie. Der Stapel Zellfolien und das Kontaktblech werden so durch den Haltestempel fixiert.The holding stamp makes contact with the surface of the contact sheet and/or the surface of at least one cell foil. The stack of cell foils and the contact plate are thus fixed by the holding stamp.

Zum Klemmen und Fixieren der Bauteile kann ein Gegenhalter oder eine feste Unterlage oder ein drittes Schweißwerkzeug vorgesehen sein, der/die/das entlang der axialen Richtung zumindest teilweise fluchtend zu dem Haltestempel und/ oder zu dem ersten bzw. zweiten Schweißwerkzeug angeordnet ist.A counter-holder or a solid base or a third welding tool can be provided for clamping and fixing the components, which is arranged at least partially flush with the holding stamp and/or with the first or second welding tool along the axial direction.

Gemäß Schritt c) erfolgt ein Rotieren der Werkzeuge um die (gemeinsame) Drehachse und ein Bewegen der Werkzeuge entlang der axialen Richtung gegenüber den Bauteilen und ein Erzeugen einer Rührreibschweißverbindung, durch das die Mehrzahl der Bauteile miteinander verbunden werden. Die Rührreibschweißverbindung umfasst insbesondere alle Bauteile, also insbesondere ein Kontaktblech und alle Zellfolien des Stapels. Die Rührreibschweißverbindung ähnelt insbesondere einer Punktschweißverbindung, da die Werkzeuge während Schritt c) nur rotieren aber insbesondere nicht entlang einer quer zur axialen Richtung verlaufenden radialen Richtung bewegt werden.According to step c), the tools are rotated about the (common) axis of rotation and the tools are moved along the axial direction relative to the components and a friction stir welded connection is produced, by which the majority of the components are connected to one another. The friction stir welded connection includes in particular all components, ie in particular a contact plate and all cell foils of the stack. The friction stir weld connection is particularly similar to a spot weld connection, since the tools only rotate during step c), but in particular are not moved along a radial direction running transversely to the axial direction.

Gemäß Schritt d) erfolgt ein Bewegen des ersten Schweißwerkzeugs in einer quer zur axialen Richtung verlaufenden radialen Richtung relativ zu dem Haltestempel und ein Erzeugen einer weiteren Rührreibschweißverbindung zur Ausbildung der Baugruppe. Insbesondere wird der Haltestempel zwischen den Schritten c) und d) gerade nicht bewegt. Insbesondere werden nur die Werkzeuge gegenüber dem Haltestempel bewegt, so dass die in Schritt d) erzeugte weitere Rührreibschweißverbindung von der in Schritt c) erzeugten Rührreibschweißverbindung beabstandet oder mit dieser nur teilweise überlappend angeordnet ist. Während der Schritte c) und d) sind die Bauteile durch den Haltestempel fixiert und der Arbeitsbereich, der von dem Haltestempel umschlossen ist und in dem die Rührreibschweißverbindungen erzeugt werden, bleibt unverändert.According to step d), the first welding tool is moved in a radial direction running transversely to the axial direction relative to the holding stamp and a further friction stir welded connection is produced for forming the assembly. In particular, the holding stamp is not moved between steps c) and d). In particular, only the tools are moved in relation to the holding stamp, so that the further friction stir welded connection produced in step d) is spaced apart from the friction stir welded connection produced in step c) or arranged only partially overlapping with it. During steps c) and d), the components are fixed by the holding stamp and the working area, which is enclosed by the holding stamp and in which the stirring friction welded connections are generated remains unchanged.

Insbesondere umfasst das Verfahren mehrere Schritte d), d. h. es können eine Vielzahl von Rührreibschweißverbindungen in dem Arbeitsbereich erzeugt werden, ohne dass der Haltestempel gelöst wird.In particular, the method includes several steps d), d. H. a large number of friction stir welded joints can be produced in the work area without the holding stamp being released.

Insbesondere wird zumindest während der Schritte c) und d) zumindest in dem Arbeitsbereich eine Schutzatmosphäre erzeugt. Dafür wird der Arbeitsbereich insbesondere mit einem Schutzgas, insbesondere einem inerten Gas, oder einem Vakuum bzw. Unterdruck beaufschlagt.In particular, a protective atmosphere is generated at least during steps c) and d), at least in the work area. For this purpose, the working area is subjected in particular to a protective gas, in particular an inert gas, or a vacuum or negative pressure.

Insbesondere umfasst die Rührreibschweißvorrichtung zusätzlich ein zweites Schweißwerkzeug, dass zumindest während einem der Schritte c) und d) gemeinsam mit dem ersten Schweißwerkzeug in dem Arbeitsbereich angeordnet ist und das zumindest teilweise gleichzeitig mit dem ersten Schweißwerkzeug eine Rührreibschweißverbindung herstellt.In particular, the friction stir welding device also includes a second welding tool, which is arranged together with the first welding tool in the work area at least during one of steps c) and d) and which produces a friction stir welded connection at least partially simultaneously with the first welding tool.

Die Ausführungen zu dem ersten Schweißwerkzeug gelten insbesondere gleichermaßen für das zweite Schweißwerkzeug.The statements regarding the first welding tool apply in particular equally to the second welding tool.

Es wird insbesondere eine Baugruppe für eine Batteriezelle vorgeschlagen. Die Baugruppe umfasst zumindest eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Zellfolien zur Speicherung elektrischer Energie und mindestens ein Kontaktblech. Die Zellfolien bilden in einem Verbindungsbereich einen Folienstapel aus und der Folienstapel ist mit dem Kontaktblech durch mindestens eine Rührreibschweißverbindung verbunden. Die Rührreibschweißverbindung ist insbesondere mit der beschriebenen Rührreibschweißvorrichtung oder durch das beschriebene Verfahren hergestellt.In particular, an assembly for a battery cell is proposed. The assembly comprises at least a large number of cell foils stacked on top of one another for storing electrical energy and at least one contact plate. The cell foils form a foil stack in a connection area and the foil stack is connected to the contact plate by at least one friction stir weld connection. The friction stir welded connection is produced in particular with the friction stir welding device described or by the method described.

Die Baugruppe weist insbesondere die durch den Haltestempel bzw. dessen Kontaktfläche bewirkten Markierungen auf der Oberfläche zumindest eines der Bauteile auf.In particular, the assembly has the markings on the surface of at least one of the components caused by the holding stamp or its contact surface.

Insbesondere wird der Haltestempel und wird das Schweißwerkzeug auf dem Kontaktblech oder auf einer der Zellfolien angeordnet. Bevorzugt erfolgt die Anordnung auf einer der Zellfolien, so dass die Anbindung des Kontaktblechs im Rahmen der Ausbildung der Rührreibschweißverbindung nur über die von der Zellfolie ausgehenden Plastifizierung des Materials der Bauteile erfolgt.In particular, the holding stamp and the welding tool are arranged on the contact sheet or on one of the cell foils. The arrangement preferably takes place on one of the cell foils, so that the connection of the contact plate in the context of the formation of the friction stir weld connection takes place only via the plasticization of the material of the components starting from the cell foil.

Insbesondere weist das Kontaktblech zumindest in dem Verbindungsbereich eine Dicke auf, die zwischen 0,2 und 3 Millimeter beträgt und zumindest zu 99,0 Gew.-% entweder Kupfer oder Aluminium umfasst. Insbesondere beträgt die Dicke zwischen 20 µm und 1 (einem) Millimeter, bevorzugt zwischen 50 µm und 500 µm.In particular, the contact sheet has a thickness, at least in the connection area, which is between 0.2 and 3 millimeters and comprises at least 99.0% by weight of either copper or aluminum. In particular, the thickness is between 20 μm and 1 (one) millimeter, preferably between 50 μm and 500 μm.

Insbesondere weist das Kontaktblech eine Beschichtung auf, die eine Dicke von höchstens 2 µm aufweist und die zumindest zu 99,0 Gew.-% Nickel umfasst. Die Dicke beträgt insbesondere mindestens 0,1 µm.In particular, the contact sheet has a coating which has a maximum thickness of 2 μm and which comprises at least 99.0% by weight nickel. The thickness is in particular at least 0.1 μm.

Insbesondere weist jede Zellfolie eine Dicke von weniger als 0,1 Millimetern, insbesondere von weniger als 0,07 Millimetern, auf.In particular, each cell foil has a thickness of less than 0.1 millimeters, in particular less than 0.07 millimeters.

Insbesondere weisen die Materialien der Bauteile, insbesondere der Zellfolien und/ oder des Kontaktblechs mindestens 99,0 % Kupfer oder mindestens 99,0 % Aluminium auf.In particular, the materials of the components, in particular the cell foils and/or the contact sheet, contain at least 99.0% copper or at least 99.0% aluminum.

Insbesondere ist zumindest ein System zur Datenverarbeitung vorgesehen, das Mittel aufweist, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert sind bzw. die das Verfahren ausführen.In particular, at least one system for data processing is provided which has means which are suitably equipped, configured or programmed to carry out the method or which carry out the method.

Insbesondere umfasst die Rührreibschweißvorrichtung ein System zur Datenverarbeitung, z. B. ein Steuergerät, das Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens aufweist und/ oder das Mittel aufweist, die zur Ausführung der Schritte des Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert sind bzw. die das Verfahren ausführen.In particular, the friction stir welding device comprises a system for data processing, e.g. B. a control device that has means for executing the steps of the method and / or has means that are suitably equipped, configured or programmed to execute the steps of the method or that execute the method.

Die Mittel umfassen z. B. einen Prozessor und einen Speicher, in dem durch den Prozessor auszuführende Befehle gespeichert sind, sowie Datenleitungen oder Übertragungseinrichtungen, die eine Übertragung von Befehlen, Messwerten, Daten oder ähnlichem zwischen den angeführten Elementen ermöglichen.The funds include B. a processor and a memory in which instructions to be executed by the processor are stored, as well as data lines or transmission devices which enable transmission of instructions, measured values, data or the like between the listed elements.

Es wird weiter ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.A computer program is also proposed, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method described or the steps of the method described.

Es wird weiter ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.A computer-readable storage medium is also proposed, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the method described or the steps of the method described.

Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf die Rührreibschweißvorrichtung, die Baugruppe, das System zur Datenverarbeitung und/oder das computerimplementierte Verfahren (also das Computerprogramm und das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.The statements on the method can be transferred in particular to the friction stir welding device, the assembly, the system for data processing and/or the computer-implemented method (ie the computer program and the computer-readable storage medium) and vice versa.

Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.The use of indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral. Correspondingly introduced terms or components are to be understood in such a way that they are present at least once and in particular can also be present several times.

Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.As a precaution, it should be noted that the numerals used here (“first”, “second”, ...) primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or sequence of these objects, sizes or make processes mandatory for each other. Should a dependency and/or order be necessary, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. If a component can occur several times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

  • 1: das bekannte Verfahren Rührreibschweißen in unterschiedlichen Verfahrenszuständen;
  • 2: eine bekannte Rührreibschweißvorrichtung, in einer Seitenansicht im Schnitt;
  • 3: die Rührreibschweißvorrichtung nach 2 in einer Ansicht entlang der axialen Richtung;
  • 4: eine Rührreibschweißvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
  • 5: die Rührreibschweißvorrichtung nach 4 in einer Ansicht entlang der axialen Richtung;
  • 6: eine Baugruppe mit einer Rührreibschweißverbindung in einer Seitenansicht im Schnitt;
  • 7: die Rührreibschweißvorrichtung nach 4 und 5 in einer Seitenansicht im Schnitt;
  • 8: eine alternative Ausführungsvariante einer Rührreibschweißvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
  • 9: die eine Rührreibschweißvorrichtung nach 8 in einer Ansicht entlang der axialen Richtung; und
  • 10: eine weitere alternative Rührreibschweißvorrichtung in einer Seitenansicht im Schnitt.
The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. It should be pointed out that the invention should not be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be pointed out that the figures and in particular the proportions shown are only schematic. Show it:
  • 1 : the well-known friction stir welding process in different process states;
  • 2 : a known friction stir welding device, in a side view in section;
  • 3 : the friction stir welding device after 2 in a view along the axial direction;
  • 4 : a friction stir welding device in a perspective view;
  • 5 : the friction stir welding device after 4 in a view along the axial direction;
  • 6 1: an assembly with a friction stir welded connection in a side view in section;
  • 7 : the friction stir welding device after 4 and 5 in a side view in section;
  • 8th : an alternative embodiment variant of a friction stir welding device in a perspective view;
  • 9 : which according to a friction stir welding device 8th in a view along the axial direction; and
  • 10 : another alternative friction stir welding device in a side view in section.

1 zeigt das bekannte Verfahren Rührreibschweißen in unterschiedlichen Verfahrenszuständen. 2 zeigt eine bekannte Rührreibschweißvorrichtung 1, in einer Seitenansicht im Schnitt. 3 zeigt die Rührreibschweißvorrichtung 1 nach 2 in einer Ansicht entlang der axialen Richtung 5. Die 1 bis 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. 1 shows the well-known friction stir welding process in different process states. 2 shows a known friction stir welding device 1, in a side view in section. 3 shows the friction stir welding device 1 2 in a view along the axial direction 5. The 1 until 3 are described together below.

Die Rührreibschweißvorrichtung 1 umfasst einen Haltestempel 8, ein zylindrisches erstes Werkzeug 6 und ein hülsenförmiges zweites Werkzeug 7. Beim Rührreibpunktschweißen werden einzelne Schweißpunkte erstellt, indem ein sich drehendes stiftförmiges erstes Werkzeug 6 und ein sich drehendes hohlzylindrisches zweites Werkzeug 7, dass das erste Werkzeug 6 umgibt, mit hoher Kraft in das obere von den zwei (in 1) bzw. den mehreren (2) dargestellten Bauteilen 2, 3, z. B. Blechen, gepresst werden, die im Überlappstoß übereinanderliegen. Durch die Reibungswärme und den hohen Druck wird das Material des oberen, ersten Bauteils 2 plastifiziert, so dass die Spitze des ersten Werkzeugs 6 und/ oder des zweiten Werkzeugs 7 in die Fügezone zwischen den Bauteilen 2, 3 eintaucht und dort die Materialien der Bauteile 2, 3 bzw. die an den Oberflächen vorliegenden Oxide verrührt. Durch den Haltestempel 8 werden die Bauteile 2, 3 in ihrer Lage zueinander und zum ersten Schweißwerkzeug 4 fixiert. Die Werkzeuge 6, 7 werden in der axialen Richtung 5 bewegt, so dass das durch das Eintauchen eines Werkzeugs 6, 7 in die Bauteile 2, 3 verdrängte Material innerhalb des durch den Haltestempel 8 begrenzten Arbeitsbereich 12 ausweichen kann.The friction stir welding device 1 comprises a holding stamp 8, a cylindrical first tool 6 and a sleeve-shaped second tool 7. During friction stir spot welding, individual spot welds are created by a rotating, pin-shaped first tool 6 and a rotating, hollow-cylindrical second tool 7 that surrounds the first tool 6 , with great force in the upper of the two (in 1 ) or the several ( 2 ) illustrated components 2, 3, z. B. sheets are pressed, which are superimposed in the lap joint. The material of the upper, first component 2 is plasticized by the frictional heat and the high pressure, so that the tip of the first tool 6 and/or the second tool 7 dips into the joining zone between the components 2, 3 and there the materials of the components 2 , 3 or the oxides present on the surfaces. The components 2 , 3 are fixed in their position relative to one another and to the first welding tool 4 by the holding stamp 8 . The tools 6 , 7 are moved in the axial direction 5 , so that the material displaced by the immersion of a tool 6 , 7 into the components 2 , 3 can escape within the working area 12 delimited by the holding stamp 8 .

Beim Einsatz von einteiligen Werkzeugen 6, 7, bleibt nach dem Herausziehen des ersten Werkzeugs 6 ein Loch in den Bauteilen 2, 3 zurück. Durch das zweite Werkzeug 7 kann dieses Loch durch das Verschieben des plastifizierten Materials wiederaufgefüllt werden, so dass in dem Arbeitsbereich 12 auch nach dem Rührreibschweißen eine im Wesentlichen konstante Materialstärke der miteinander verbundenen Bauteile 2, 3 vorliegt, siehe 1, rechtes Bild, in dem die erzeugte Rührreibschweißverbindung 10 dargestellt ist.When using one-piece tools 6, 7, a hole remains in the components 2, 3 after the first tool 6 has been pulled out. This hole can be filled up again by the second tool 7 by moving the plasticized material, so that the material thickness of the interconnected components 2, 3 is essentially constant in the working area 12 even after the friction stir welding, see 1 , right image, in which the generated friction stir welded connection 10 is shown.

Um zu erreichen, dass die von den Werkzeugen 6, 7 erzeugten Schleuderkräfte und die Reibung nur im gewünschten Bereich wirken, ist die Verwendung eines starken Haltestempels 8 notwendig. Diese Anforderung verhindert, dass die Werkzeuge 6, 7 kleiner sein können. Die verwendete Standardgröße hat daher einen Durchmesser von 12 mm [Millimeter], so dass die Verwendung des Verfahrens unmöglich ist, wenn der gewünschte Bereich z. B. weniger als 10 mm betragen würde. Die Anforderungen bei der Herstellung von Batteriezellen umfassen jedoch kleinere Arbeitsbereiche 12 bzw. Verbindungsbereiche 20 (siehe 3). In 3 ist dargestellt, dass der Verbindungsbereich 20, also der Bereich in dem eine Verbindung aufgrund der überlappenden Anordnung der Bauteile 2, 3 erzeugt werden kann, kleiner ist als der größte Durchmesser 16 der Werkzeuge 6, 7.In order to ensure that the centrifugal forces generated by the tools 6, 7 and the friction only act in the desired area, the use of a strong holding stamp 8 is necessary. This requirement prevents the tools 6, 7 from being smaller. The standard size used is therefore 12 mm [millimeters] in diameter, making it impossible to use the method when the desired area is e.g. B. would be less than 10 mm. However, the requirements in the production of battery cells include smaller work areas 12 or connection areas 20 (see 3 ). In 3 shows that the connection area 20, i.e. the area in which a connection can be created due to the overlapping arrangement of the components 2, 3, is smaller than the largest diameter 16 of the tools 6, 7.

4 zeigt eine Rührreibschweißvorrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht. 5 zeigt die Rührreibschweißvorrichtung 1 nach 4 in einer Ansicht entlang der axialen Richtung 5. 6 zeigt eine Baugruppe 19 mit einer Rührreibschweißverbindung 10 in einer Seitenansicht im Schnitt. 7 zeigt die Rührreibschweißvorrichtung 1 nach 4 und 5 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die 4 bis 6 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu 1 bis 3 wird verwiesen. 4 shows a friction stir welding device 1 in a perspective view. 5 shows the friction stir welding device 1 4 in a view along the axial direction 5. 6 shows an assembly 19 with a friction stir welded connection 10 in a side view in section. 7 shows the friction stir welding device 1 4 and 5 in a side view in section. The 4 until 6 are described together below. To the remarks 1 until 3 is referenced.

Die Baugruppe 19 umfasst eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Zellfolien 21 (erstes Bauteil 2) zur Speicherung elektrischer Energie und ein Kontaktblech 22 (zweites Bauteil 3). Die Zellfolien 21 bilden in einem Verbindungsbereich 20 einen Folienstapel 23 aus und der Folienstapel 23 ist mit dem Kontaktblech 22 durch mindestens eine Rührreibschweißverbindung 10 verbunden.The assembly 19 comprises a multiplicity of cell foils 21 (first component 2) stacked on top of one another for storing electrical energy and a contact plate 22 (second component 3). The cell foils 21 form a foil stack 23 in a connection area 20 and the foil stack 23 is connected to the contact plate 22 by at least one friction stir weld connection 10 .

Der Verbindungsbereich 20 ist in dem, durch die einander überlappenden Bauteile 2, 3 gebildeten Überlappbereich ausgebildet. Der Verbindungsbereich 20 ist bei der Baugruppe 19 benachbart zu einer Siegelnaht 25 der Batteriezelle angeordnet, durch die das Gehäuse der Batteriezelle abgedichtet wird. Der Verbindungsbereich 20 ist später innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle angeordnet, so dass sich das Kontaktblech 22 ausgehend von dem Verbindungsbereich 20 über die Siegelnaht 25 nach außerhalb des Gehäuses erstreckt.The connection area 20 is formed in the overlap area formed by the overlapping components 2, 3. In the case of the assembly 19, the connection area 20 is arranged adjacent to a sealing seam 25 of the battery cell, by means of which the housing of the battery cell is sealed. The connection area 20 is later arranged inside the housing of the battery cell, so that the contact plate 22 extends from the connection area 20 via the sealing seam 25 to the outside of the housing.

Der Haltestempel 8 und das erste Schweißwerkzeug 4 werden auf der obersten der Zellfolien 21 angeordnet. Die Anbindung des Kontaktblechs 22 erfolgt im Rahmen der Ausbildung der Rührreibschweißverbindung 10 nur über die von der obersten Zellfolie 21 ausgehenden Plastifizierung des Materials der Zellfolien 21.The holding stamp 8 and the first welding tool 4 are arranged on the uppermost of the cell foils 21 . The contact plate 22 is connected as part of the formation of the friction stir welded connection 10 only via the plasticization of the material of the cell foils 21 starting from the uppermost cell foil 21.

Die Rührreibschweißvorrichtung 1 umfasst ein erstes Schweißwerkzeug 4 mit einem, sich entlang einer axialen Richtung 5 erstreckenden, zylindrischen ersten Werkzeug 6 sowie einem sich entlang der axialen Richtung 5 erstreckenden hohlzylindrischen zweiten Werkzeug 7, das sich um das erste Werkzeug 6 herum erstreckt. Weiter umfasst die Rührreibschweißvorrichtung 1 einen Haltestempel 8 mit einer Kontaktfläche 9, über die der Haltestempel 8 während der Erzeugung der Rührreibschweißverbindung 10 die Bauteile 2, 3 in einer Lage gegenüber den Werkzeugen 6, 7 fixiert.The friction stir welding device 1 comprises a first welding tool 4 with a cylindrical first tool 6 extending along an axial direction 5 and a hollow-cylindrical second tool 7 extending along the axial direction 5 and extending around the first tool 6 . Furthermore, the friction stir welding device 1 comprises a holding stamp 8 with a contact surface 9, via which the holding stamp 8 fixes the components 2, 3 in a position relative to the tools 6, 7 during the production of the friction stir welded connection 10.

Die Werkzeuge 6, 7 sind zum Erzeugen einer Rührreibschweißverbindung 10 der Bauteile 2, 3 gegenüber dem Haltestempel 8 und unabhängig voneinander um eine, sich entlang der axialen Richtung 5 erstreckende Drehachse 11 drehbar und entlang der axialen Richtung 5 bewegbar. Die Kontaktfläche 9 umschließt einen Arbeitsbereich 12 für das erste Schweißwerkzeug 4, in dem das erste Schweißwerkzeug 4 in einer quer zur axialen Richtung 5 verlaufenden radialen Richtung 12 relativ zu dem Haltestempel 8 bewegbar ist.The tools 6 , 7 can be rotated relative to the holding stamp 8 and independently of one another about an axis of rotation 11 extending along the axial direction 5 and can be moved along the axial direction 5 to produce a friction stir welded connection 10 of the components 2 , 3 . The contact surface 9 encloses a working area 12 for the first welding tool 4 , in which the first welding tool 4 can be moved in a radial direction 12 running transversely to the axial direction 5 relative to the holding stamp 8 .

Das erste Werkzeug 6 und das zweite Werkzeug 7 können mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren und entlang der axialen Richtung 5 zugestellt werden. Auch die Drehrichtungen und Zustellrichtungen können voneinander unterschiedlich verlaufen.The first tool 6 and the second tool 7 can rotate at different speeds and be advanced along the axial direction 5 . The directions of rotation and infeed directions can also differ from one another.

Im Unterschied zu bekannten Rührreibschweißvorrichtungen 1 ist der Haltestempel 8 nicht so ausgeführt, dass er die Werkzeuge 6, 7 umgibt und damit zumindest an einer inneren Umfangsfläche ringförmig bzw. ringzylindrisch ausgeführt ist. Der hier vorgeschlagene Haltestempel 8 ist mit einem Abstand zu dem zweiten Werkzeug 7 ausgeführt, so dass das erste Schweißwerkzeug 4 in der quer zur axialen Richtung 5 verlaufenden radialen Richtung 13 relativ zum Haltestempel 8 bewegbar ist.In contrast to known friction stir welding devices 1, the holding stamp 8 is not designed in such a way that it surrounds the tools 6, 7 and is therefore designed in the form of a ring or ring-cylindrical at least on an inner peripheral surface. The holding stamp 8 proposed here is designed at a distance from the second tool 7 so that the first welding tool 4 can be moved in the radial direction 13 running transversely to the axial direction 5 relative to the holding stamp 8 .

Durch die Änderung in der Geometrie des Haltestempels 8 können die Werkzeuge 6, 7 und auch der Haltestempel 8 an die Anforderungen einer für eine Batteriezelle vorgesehenen Baugruppe 19 angepasst werden. Die rotierenden Werkzeuge 6, 7 des ersten Schweißwerkzeugs 4 können verkleinert werden, ohne dass die Kontaktfläche 9, die zum Fixieren der Bauteile 2, 3 gegen eine Verdrehung erforderlich ist, verändert werden muss. Anstatt dass die Kontaktfläche 9 die Werkzeuge 6, 7 unmittelbar umgibt und dabei einen ringförmigen Abdruck in den Bauteilen 2, 3 erzeugt, ist die Kontaktfläche 9 nun zumindest teilweise beabstandet von der Rührreibschweißverbindung 10 angeordnet. Diese Kontaktfläche 9 kann so ausgeführt sein, dass ein Abdruck der Kontaktfläche 9 in den Bauteilen 2, 3 an für die Baugruppe 2, 3 unproblematischen Stellen der Baugruppe 2, 3 erzeugt wird.By changing the geometry of the holding stamp 8, the tools 6, 7 and also the holding stamp 8 can be adapted to the requirements of an assembly 19 provided for a battery cell. The rotating tools 6, 7 of the first welding tool 4 can be made smaller without having to change the contact surface 9, which is required to fix the components 2, 3 against twisting. Instead of the contact surface 9 immediately surrounding the tools 6 , 7 and thereby creating an annular imprint in the components 2 , 3 , the contact surface 9 is now at least partially spaced from the friction stir welded connection 10 . This contact surface 9 can be designed in such a way that an impression of the contact surface 9 is left in the components 2, 3 at for the assembly 2, 3 unproblematic points of the assembly 2, 3 is generated.

Mit dem Ersatz des bekannten ringförmigen Haltestempels 8 durch einen von der Form der Werkzeuge 6, 7 abweichenden Haltestempel 8 kann die erforderliche Fläche der Kontaktfläche 9 auf eine längere Erstreckung verteilt werden. Mit der Möglichkeit, die Kontaktfläche 9 nicht ringförmig auszuführen, können auch die Werkzeuge 6, 7 im Durchmesser 16 reduziert werden, so dass der erzeugte Schweißpunkt bzw. die Weite der erzeugten Rührreibschweißverbindung 10 verringert werden kann. Damit kann das Verfahren Rührreibschweißen auch für die Herstellung von Baugruppen 19 eingesetzt werden, die in Batteriezellen Verwendung finden.With the replacement of the known ring-shaped holding stamp 8 by a holding stamp 8 that differs from the shape of the tools 6, 7, the required area of the contact surface 9 can be distributed over a longer extent. With the possibility of not making the contact surface 9 ring-shaped, the diameter 16 of the tools 6, 7 can also be reduced, so that the weld point produced or the width of the friction stir weld joint 10 produced can be reduced. The friction stir welding method can thus also be used to produce assemblies 19 that are used in battery cells.

Die Kontaktfläche 9 verläuft entlang einer den Arbeitsbereich 12 umschließenden Linie und weist entlang der Linie eine unterschiedliche Breite 14 der Kontaktfläche 9 auf.The contact surface 9 runs along a line enclosing the working area 12 and has a different width 14 of the contact surface 9 along the line.

Der Arbeitsbereich 12 weist so eine langgestreckte Form auf, so dass das erste Schweißwerkzeug 4 ausschließlich entlang einer Geraden relativ zu dem Haltestempel 8 bewegbar ist. Damit können mehrere Schweißpunkte bzw. Rührreibschweißverbindungen 10 entlang der Geraden nebeneinander erzeugt werden, so dass auch eine entlang der Geraden verlaufende, z. B. auch durchgehende, Rührreibschweißverbindung 10 erzeugt werden kann, ohne dass der Haltestempel 8 zwischen den unterschiedlichen Rührreibschweißverbindungen 10 umgesetzt werden muss.The working area 12 has such an elongated shape that the first welding tool 4 can only be moved along a straight line relative to the holding stamp 8 . In this way, several spot welds or friction stir weld connections 10 can be produced next to one another along the straight line, so that a z. B. also continuous, friction stir welded connection 10 can be produced without the holding stamp 8 having to be converted between the different friction stir welded connections 10 .

Die Rührreibschweißvorrichtung 1 weist zusätzlich eine Einrichtung 17 (siehe 4) zum Erzeugen einer Schutzatmosphäre 18 zumindest im Arbeitsbereich 12 auf. Die Einrichtung 17 umfasst z. B. eine Einhausung zumindest des Arbeitsbereichs 12, so dass darin ein Schutzgas, insbesondere ein inertes Gas, angeordnet oder ein Vakuum bzw. Unterdruck erzeugt werden kann.The friction stir welding device 1 also has a device 17 (see 4 ) for generating a protective atmosphere 18 at least in the work area 12. The device 17 includes z. B. an enclosure of at least the work area 12, so that a protective gas, in particular an inert gas, arranged or a vacuum or negative pressure can be generated.

Gemäß Schritt a) des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen einer Rührreibschweißvorrichtung 1. Die Rührreibschweißvorrichtung 1 umfasst ein erstes Schweißwerkzeug 4 mit einem, sich entlang einer axialen Richtung 5 erstreckenden, zylindrischen ersten Werkzeug 6 sowie einem sich entlang der axialen Richtung 5 erstreckenden hohlzylindrischen zweiten Werkzeug 7, das sich um das erste Werkzeug 6 herum erstreckt. Das zweite Werkzeug 7 umgibt das erste Werkzeug 6 unmittelbar und ohne nennenswerten Abstand. Die Drehachsen 11 der beiden Werkzeug 6, 7 sind koaxial zueinander angeordnet. Weiter umfasst die Rührreibschweißvorrichtung 1 einen Haltestempel 8 mit einer Kontaktfläche 9, die einen Arbeitsbereich 12 des ersten Schweißwerkzeugs 4 umschließt. Der Haltestempel 8 dient der Fixierung der Lage bzw. Position der zu verbindenden Bauteile 2, 3.According to step a) of the method, a friction stir welding device 1 is provided. The friction stir welding device 1 comprises a first welding tool 4 with a cylindrical first tool 6 extending along an axial direction 5 and a hollow-cylindrical second tool 7 extending along the axial direction 5, which extends around the first tool 6. The second tool 7 surrounds the first tool 6 directly and without any appreciable distance. The axes of rotation 11 of the two tools 6, 7 are arranged coaxially to one another. The friction stir welding device 1 also includes a holding stamp 8 with a contact surface 9 which encloses a working area 12 of the first welding tool 4 . The holding stamp 8 is used to fix the location or position of the components 2, 3 to be connected.

Gemäß Schritt b) erfolgt ein Bereitstellen der Mehrzahl von Bauteilen 2, 3, die sich in dem Verbindungsbereich 20 überlagern und ein Anordnen der Mehrzahl von Bauteilen 2, 3 in der Rührreibschweißvorrichtung 1. Der Haltestempel 8 umschließt den Verbindungsbereich 20 mit der Kontaktfläche 9 und fixiert über die Kontaktfläche 9 die Bauteile 2, 3 in einer Lage zueinander.According to step b), the plurality of components 2, 3, which overlap in the connection area 20, are provided and the plurality of components 2, 3 are arranged in the friction stir welding device 1. The holding stamp 8 encloses the connection area 20 with the contact surface 9 and is fixed via the contact surface 9, the components 2, 3 in a position to each other.

Die Mehrzahl von Bauteilen 2, 3 umfasst den Stapel einer Vielzahl von Zellfolien 21 und das Kontaktblech 22. Die Zellfolien 21 sind außerhalb des Verbindungsbereichs 20 mit einer Beschichtung (z. B. Aktivmaterial) versehen, wobei die Zellenfolien 21 in dem Verbindungsbereich 20 unbeschichtet sind. Die Zellfolien 21 sind zu einem Stapel angeordnet, wobei zumindest die unbeschichteten Bereiche entlang der axialen Richtung 5 fluchtend zueinander angeordnet sind. Das Kontaktblech 22 wird so angeordnet, dass es zumindest entlang der axialen Richtung 5 teilweise fluchtend zu den unbeschichteten Bereichen der Zellfolien 21 angeordnet ist, so dass der Stapel Zellfolien 21 und das Kontaktblech 22 einen gemeinsamen Verbindungsbereich bilden.The plurality of components 2, 3 comprises the stack of a large number of cell foils 21 and the contact plate 22. The cell foils 21 are provided with a coating (e.g. active material) outside of the connection area 20, with the cell foils 21 being uncoated in the connection area 20 . The cell foils 21 are arranged in a stack, with at least the uncoated areas being arranged in alignment with one another along the axial direction 5 . The contact sheet 22 is arranged in such a way that it is at least partially aligned along the axial direction 5 with the uncoated areas of the cell foils 21, so that the stack of cell foils 21 and the contact sheet 22 form a common connection area.

Zum Klemmen und Fixieren der Bauteile 2, 3 ist eine feste Unterlage 26 vorgesehen, die entlang der axialen Richtung 5 fluchtend zu dem Haltestempel 8 und zu dem Schweißwerkzeug 4 angeordnet ist.A solid base 26 is provided for clamping and fixing the components 2 , 3 , which is arranged in alignment with the holding stamp 8 and the welding tool 4 along the axial direction 5 .

Gemäß Schritt c) erfolgt ein Rotieren der Werkzeuge 6, 7 um die (gemeinsame) Drehachse 11 und ein Bewegen der Werkzeuge 6, 7 entlang der axialen Richtung 5 gegenüber den Bauteilen 2, 3 und ein Erzeugen einer Rührreibschweißverbindung 10, durch das die Mehrzahl der Bauteile 2, 3 miteinander verbunden werden. Die Rührreibschweißverbindung 10 umfasst alle Bauteile 2, 3, also das Kontaktblech 22 und alle Zellfolien 21 des Folienstapels 23. Die Rührreibschweißverbindung 10 ähnelt einer Punktschweißverbindung, da die Werkzeuge 6, 7 während Schritt c) nur rotieren aber nicht entlang einer quer zur axialen Richtung 5 verlaufenden radialen Richtung 13 bewegt werden.According to step c), the tools 6, 7 are rotated about the (common) axis of rotation 11 and the tools 6, 7 are moved along the axial direction 5 relative to the components 2, 3 and a friction stir welded connection 10 is created, through which the majority of the Components 2, 3 are connected to each other. The friction stir weld connection 10 includes all components 2, 3, i.e. the contact plate 22 and all cell foils 21 of the foil stack 23. The friction stir weld connection 10 is similar to a spot weld connection, since the tools 6, 7 only rotate during step c) but not along a direction transverse to the axial direction 5 extending radial direction 13 are moved.

Gemäß Schritt d) erfolgt ein Bewegen des ersten Schweißwerkzeugs 4 in einer quer zur axialen Richtung 5 verlaufenden radialen Richtung 13 relativ zu dem Haltestempel 8 und ein Erzeugen einer weiteren Rührreibschweißverbindung 10 zur Ausbildung der Baugruppe 19. Der Haltestempel 8 wird zwischen den Schritten c) und d) gerade nicht bewegt. Es werden nur die Werkzeuge 6, 7 gegenüber dem Haltestempel 8 bewegt, so dass die in Schritt d) erzeugte weitere Rührreibschweißverbindung 10 von der in Schritt c) erzeugten Rührreibschweißverbindung 10 beabstandet oder mit dieser nur teilweise überlappend angeordnet ist. Während der Schritte c) und d) sind die Bauteile 2, 3 durch den Haltestempel 8 fixiert und der Arbeitsbereich 12, der von dem Haltestempel 8 umschlossen ist und in dem die Rührreibschweißverbindungen 10 erzeugt werden, bleibt unverändert.According to step d), the first welding tool 4 is moved in a radial direction 13 running transversely to the axial direction 5 relative to the holding stamp 8 and a further friction stir weld connection 10 is produced to form the assembly 19. The holding stamp 8 is between steps c) and d) just not moved. Only the tools 6, 7 are moved in relation to the holding stamp 8, so that the further friction stir welded connection 10 produced in step d) differs from the friction stir welded connection 10 produced in step c). spaced or arranged with this only partially overlapping. During steps c) and d), the components 2, 3 are fixed by the holding stamp 8 and the working area 12, which is enclosed by the holding stamp 8 and in which the friction stir welded connections 10 are produced, remains unchanged.

8 zeigt eine alternative Ausführungsvariante einer Rührreibschweißvorrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht. 9 zeigt die eine Rührreibschweißvorrichtung 1 nach 8 in einer Ansicht entlang der axialen Richtung 5. Die 8 und 9 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 1 bis 7 wird verwiesen. 8th shows an alternative embodiment variant of a friction stir welding device 1 in a perspective view. 9 shows the one friction stir welding device 1 after 8th in a view along the axial direction 5. The 8th and 9 are described together below. On the remarks on the 1 until 7 is referenced.

Die Rührreibschweißvorrichtung 1 umfasst zusätzlich ein zweites Schweißwerkzeug 15, dass gemeinsam mit dem ersten Schweißwerkzeug 4 in dem Arbeitsbereich 12 angeordnet und zumindest teilweise gleichzeitig mit dem ersten Schweißwerkzeug 4 zur Ausbildung einer Rührreibschweißverbindung 10 betreibbar ist.The friction stir welding device 1 additionally includes a second welding tool 15 that is arranged together with the first welding tool 4 in the work area 12 and can be operated at least partially simultaneously with the first welding tool 4 to form a friction stir welded joint 10 .

10 zeigt eine weitere alternative Rührreibschweißvorrichtung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Auf die Ausführungen zu den 1 bis 9 wird verwiesen. 10 shows another alternative friction stir welding device 1 in a side view in section. On the remarks on the 1 until 9 is referenced.

Hier ist zum Klemmen und Fixieren der Bauteile 2, 3 ein drittes Schweißwerkzeug 24 vorgesehen, das entlang der axialen Richtung 5 zumindest teilweise fluchtend zu dem Haltestempel 8 und dem ersten Schweißwerkzeug 4 bzw. zweiten Schweißwerkzeug 15 angeordnet ist.Here, a third welding tool 24 is provided for clamping and fixing the components 2, 3, which is arranged along the axial direction 5 at least partially aligned with the holding stamp 8 and the first welding tool 4 or second welding tool 15.

BezugszeichenlisteReference List

11
Rührreibschweißvorrichtungfriction stir welding device
22
erstes Bauteilfirst component
33
zweites Bauteilsecond component
44
erstes Schweißwerkzeugfirst welding tool
55
axiale Richtungaxial direction
66
erstes Werkzeugfirst tool
77
zweites Werkzeugsecond tool
88th
Haltestempelholding stamp
99
Kontaktflächecontact surface
1010
Rührreibschweißverbindungfriction stir welded connection
1111
Drehachseaxis of rotation
1212
ArbeitsbereichWorkspace
1313
radiale Richtungradial direction
1414
BreiteBroad
1515
zweites Schweißwerkzeugsecond welding tool
1616
Durchmesserdiameter
1717
EinrichtungFurnishings
1818
Schutzatmosphäreprotective atmosphere
1919
Baugruppemodule
2020
Verbindungsbereichconnection area
2121
Zellfoliecell foil
2222
Kontaktblechcontact plate
2323
Folienstapelfoil stack
2424
drittes Schweißwerkzeugthird welding tool
2525
Siegelnahtsealing seam
2626
Unterlagedocument

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • CN 104741769 A [0011]CN 104741769A [0011]
  • EP 1884308 B1 [0013]EP 1884308 B1 [0013]
  • US 10201873 B2 [0015]US 10201873 B2 [0015]
  • US 200206840 A1 [0016]US200206840A1 [0016]

Claims (10)

Rührreibschweißvorrichtung (1) zum Verbinden einer Mehrzahl von einander zumindest teilweise überlappend angeordneten Bauteilen (2, 3) durch Erzeugen von Reibungswärme und durch Rühren eines Materials zumindest eines Bauteils (2, 3), zumindest umfassend • ein erstes Schweißwerkzeug (4) mit einem, sich entlang einer axialen Richtung (5) erstreckenden, zylindrischen ersten Werkzeug (6) sowie einem, sich entlang der axialen Richtung (5), erstreckenden hohlzylindrischen zweiten Werkzeug (7), das sich um das erste Werkzeug (6) herum erstreckt; sowie • einen Haltestempel (8) mit einer Kontaktfläche (9), über die der Haltestempel (8) während der Erzeugung einer Rührreibschweißverbindung (10) die Bauteile (2, 3) in einer Lage gegenüber den Werkzeugen (6, 7) fixiert; wobei die Werkzeuge (6, 7) zum Erzeugen der Rührreibschweißverbindung (10) gegenüber dem Haltestempel (8) und unabhängig voneinander um eine, sich entlang der axialen Richtung (5) erstreckende Drehachse (11) drehbar und entlang der axialen Richtung (5) bewegbar sind; wobei die Kontaktfläche (9) einen Arbeitsbereich (12) für das erste Schweißwerkzeug (4) umschließt, in dem das erste Schweißwerkzeug (4) in einer quer zur axialen Richtung (5) verlaufenden radialen Richtung (13) relativ zu dem Haltestempel (8) bewegbar ist.Friction stir welding device (1) for connecting a plurality of components (2, 3) arranged at least partially overlapping one another by generating frictional heat and by stirring a material of at least one component (2, 3), at least comprising • a first welding tool (4) with a cylindrical first tool (6) extending along an axial direction (5) and a hollow-cylindrical second tool (7) extending along the axial direction (5), which extends around the first tool (6) extends around; as well as • a holding stamp (8) with a contact surface (9) via which the holding stamp (8) fixes the components (2, 3) in a position relative to the tools (6, 7) during the production of a friction stir weld connection (10); wherein the tools (6, 7) for producing the friction stir welded connection (10) can be rotated relative to the holding stamp (8) and independently of one another about an axis of rotation (11) extending along the axial direction (5) and can be moved along the axial direction (5). are; the contact surface (9) enclosing a working area (12) for the first welding tool (4), in which the first welding tool (4) can be moved in a radial direction (13) running transversely to the axial direction (5) relative to the holding stamp (8) is movable. Rührreibschweißvorrichtung (1) nach Patentanspruch 1, wobei die Kontaktfläche (9) entlang einer den Arbeitsbereich (12) umschließenden Linie verläuft und entlang der Linie eine unterschiedliche Breite (14) der Kontaktfläche (9) aufweist.Friction stir welding device (1) after Claim 1 , wherein the contact surface (9) runs along a line enclosing the work area (12) and has a different width (14) of the contact surface (9) along the line. Rührreibschweißvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Arbeitsbereich (12) eine langgestreckte Form aufweist, so dass das erste Schweißwerkzeug (4) ausschließlich entlang einer Geraden relativ zu dem Haltestempel (8) bewegbar ist.Friction stir welding device (1) according to one of the preceding claims, wherein the working area (12) has an elongated shape, so that the first welding tool (4) can only be moved along a straight line relative to the holding stamp (8). Rührreibschweißvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, zusätzlich umfassend ein zweites Schweißwerkzeug (15), dass gemeinsam mit dem ersten Schweißwerkzeug (4) in dem Arbeitsbereich (12) anordenbar ist und zumindest teilweise gleichzeitig mit dem ersten Schweißwerkzeug (4) zur Ausbildung einer weiteren Rührreibschweißverbindung (10) betreibbar ist.Friction stir welding device (1) according to one of the preceding claims, additionally comprising a second welding tool (15) which can be arranged together with the first welding tool (4) in the work area (12) and at least partially simultaneously with the first welding tool (4) to form a further friction stir welded connection (10) can be operated. Rührreibschweißvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Werkzeuge (6, 7) zur Ausbildung der Rührreibschweißverbindung (10) einen größten Durchmesser (16) aufweisen, der höchstens 10 Millimeter beträgt.Friction stir welding device (1) according to one of the preceding claims, wherein the tools (6, 7) for forming the friction stir weld connection (10) have a maximum diameter (16) which is at most 10 millimeters. Rührreibschweißvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, zusätzlich umfassend eine Einrichtung (17) zum Erzeugen einer Schutzatmosphäre (18) zumindest im Arbeitsbereich (12).Friction stir welding device (1) according to one of the preceding claims, additionally comprising a device (17) for generating a protective atmosphere (18) at least in the working area (12). Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe (19), wobei die Baugruppe (19) eine Mehrzahl von einander in einem Verbindungsbereich (20) zumindest teilweise überlappend angeordneten Bauteilen (2, 3) umfasst; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer Rührreibschweißvorrichtung (1); zumindest umfassend • ein erstes Schweißwerkzeug (4) mit einem, sich entlang einer axialen Richtung (5) erstreckenden, zylindrischen ersten Werkzeug (6) sowie einem sich entlang der axialen Richtung (5) erstreckenden hohlzylindrischen zweiten Werkzeug (7), das sich um das erste Werkzeug (6) herum erstreckt; sowie • einen Haltestempel (8) mit einer Kontaktfläche (9), die einen Arbeitsbereich (12) des ersten Schweißwerkzeugs (4) umschließt; b) Bereitstellen der Mehrzahl von Bauteilen (2, 3), die sich in dem Verbindungsbereich (20) überlagern und Anordnen der Mehrzahl von Bauteilen (2, 3) in der Rührreibschweißvorrichtung (1); wobei der Haltestempel (8) den Verbindungsbereich (20) mit der Kontaktfläche (9) umschließt und über die Kontaktfläche (9) die Bauteile (2, 3) in einer Lage zueinander fixiert; und dann c) Rotieren der Werkzeuge (6, 7) um die Drehachse (11) und Bewegen der Werkzeuge (6, 7) entlang der axialen Richtung (5) gegenüber den Bauteilen (2, 3) und Erzeugen einer Rührreibschweißverbindung (10), durch das die Mehrzahl von Bauteilen (2, 3) miteinander verbunden werden; und dann d) Bewegen des ersten Schweißwerkzeugs (4) in einer quer zur axialen Richtung (5) verlaufenden radialen Richtung (13) relativ zu dem Haltestempel (8) und Erzeugen einer Rührreibschweißverbindung (10) zur Ausbildung der Baugruppe (19); wobei während der Schritte c) und d) die Bauteile (2, 3) durch den Haltestempel (8) fixiert sind und der Arbeitsbereich (12) unverändert bleibt.Method for producing an assembly (19), wherein the assembly (19) comprises a plurality of components (2, 3) arranged at least partially overlapping one another in a connection area (20); the method comprising at least the following steps: a) providing a friction stir welding device (1); at least extensively • a first welding tool (4) with a cylindrical first tool (6) extending along an axial direction (5) and a hollow-cylindrical second tool (7) extending along the axial direction (5) around the first tool (6) extends around; as well as • a holding stamp (8) with a contact surface (9) which encloses a working area (12) of the first welding tool (4); b) providing the plurality of components (2, 3) which are superimposed in the connection area (20) and arranging the plurality of components (2, 3) in the friction stir welding device (1); the holding stamp (8) enclosing the connection area (20) with the contact surface (9) and fixing the components (2, 3) in one position relative to one another via the contact surface (9); and then c) Rotating the tools (6, 7) about the axis of rotation (11) and moving the tools (6, 7) along the axial direction (5) relative to the components (2, 3) and creating a friction stir welded connection (10) by the plurality of components (2, 3) are connected to one another; and then d) moving the first welding tool (4) in a radial direction (13) running transversely to the axial direction (5) relative to the holding stamp (8) and producing a friction stir welded connection (10) to form the assembly (19); wherein during steps c) and d) the components (2, 3) are fixed by the holding stamp (8) and the working area (12) remains unchanged. Verfahren nach Patentanspruch 7, wobei zumindest während der Schritte c) und d) zumindest in dem Arbeitsbereich (12) eine Schutzatmosphäre (18) erzeugt wird.procedure after Claim 7 , wherein at least during steps c) and d) a protective atmosphere (18) is generated at least in the work area (12). Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 7 und 8, wobei die Rührreibschweißvorrichtung (1) zusätzlich ein zweites Schweißwerkzeug (15) umfasst, dass zumindest während einem der Schritte c) und d) gemeinsam mit dem ersten Schweißwerkzeug (4) in dem Arbeitsbereich (12) angeordnet ist und zumindest teilweise gleichzeitig mit dem ersten Schweißwerkzeug (4) eine weitere Rührreibschweißverbindung (10) herstellt.Method according to any of the preceding Claims 7 and 8th , wherein the friction stir welding device (1) additionally comprises a second welding tool (15) which is arranged together with the first welding tool (4) in the work area (12) at least during one of steps c) and d) and at least partially simultaneously with the first welding shop tool (4) produces a further friction stir welded connection (10). Baugruppe (19) für eine Batteriezelle, zumindest umfassend eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Zellfolien (21) zur Speicherung elektrischer Energie und mindestens ein Kontaktblech (22); wobei die Zellfolien (21) in einem Verbindungsbereich (20) einen Folienstapel (23) ausbilden und der Folienstapel (23) mit dem Kontaktblech (22) durch mindestens eine Rührreibschweißverbindung (10) verbunden ist; wobei die Rührreibschweißverbindung (10) mit einer Rührreibschweißvorrichtung (1) nach einem der vorhergehende Patentansprüche 1 bis 6 oder durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 7 bis 9 hergestellt ist.Assembly (19) for a battery cell, at least comprising a multiplicity of cell foils (21) stacked on top of one another for storing electrical energy and at least one contact plate (22); wherein the cell foils (21) form a foil stack (23) in a connection area (20) and the foil stack (23) is connected to the contact plate (22) by at least one friction stir weld connection (10); wherein the friction stir welded connection (10) is made with a friction stir welding device (1) according to one of the preceding ones patent claims 1 until 6 or by a method according to any of the preceding Claims 7 until 9 is made.
DE102021119907.7A 2021-07-30 2021-07-30 Friction stir welding device, method for producing an assembly with a friction stir welding device and an assembly Withdrawn DE102021119907A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021119907.7A DE102021119907A1 (en) 2021-07-30 2021-07-30 Friction stir welding device, method for producing an assembly with a friction stir welding device and an assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021119907.7A DE102021119907A1 (en) 2021-07-30 2021-07-30 Friction stir welding device, method for producing an assembly with a friction stir welding device and an assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021119907A1 true DE102021119907A1 (en) 2023-02-02

Family

ID=84890117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021119907.7A Withdrawn DE102021119907A1 (en) 2021-07-30 2021-07-30 Friction stir welding device, method for producing an assembly with a friction stir welding device and an assembly

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021119907A1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020006840A1 (en) 2000-07-03 2002-01-17 Junya Kurohata Patchet tensioner with plunger releasing mechanism
US20040079787A1 (en) 2002-10-23 2004-04-29 Kazutaka Okamoto Friction stir welding method and friction stir welding apparatus
JP2005216825A (en) 2004-02-02 2005-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Square battery and its manufacturing method
US20060208040A1 (en) 2003-08-25 2006-09-21 The Boeing Company Adaptable Spring Force Clamping Apparatus and Methods
DE102005029882A1 (en) 2005-06-27 2006-12-28 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Friction stir welding apparatus includes first inner segment surrounding a pin and having first friction surface segment surrounding the first inner segment and rotationally driven independently of the first inner segment
EP1884308B1 (en) 2006-08-04 2010-04-28 Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. Method of friction stir welding together dissimilar metal members with a double acting rotary tool for filling of the hole created by the probe
DE102008063277A1 (en) 2008-12-29 2010-07-08 Bwg Bergwerk- Und Walzwerk-Maschinenbau Gmbh Method and device for joining metal strips
CN104741769A (en) 2013-12-27 2015-07-01 株式会社Uacj Process for spot-joining stacked metal foils
US10201873B2 (en) 2014-10-23 2019-02-12 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir spot welding device and friction stir spot welding method
US20200206838A1 (en) 2017-09-08 2020-07-02 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Holding jig and holding jig set for double-acting friction stir spot welding, double-acting friction stir spot welding device, and double-acting friction stir spot welding method

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020006840A1 (en) 2000-07-03 2002-01-17 Junya Kurohata Patchet tensioner with plunger releasing mechanism
US20040079787A1 (en) 2002-10-23 2004-04-29 Kazutaka Okamoto Friction stir welding method and friction stir welding apparatus
US20060208040A1 (en) 2003-08-25 2006-09-21 The Boeing Company Adaptable Spring Force Clamping Apparatus and Methods
JP2005216825A (en) 2004-02-02 2005-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Square battery and its manufacturing method
DE102005029882A1 (en) 2005-06-27 2006-12-28 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Friction stir welding apparatus includes first inner segment surrounding a pin and having first friction surface segment surrounding the first inner segment and rotationally driven independently of the first inner segment
EP1884308B1 (en) 2006-08-04 2010-04-28 Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. Method of friction stir welding together dissimilar metal members with a double acting rotary tool for filling of the hole created by the probe
DE102008063277A1 (en) 2008-12-29 2010-07-08 Bwg Bergwerk- Und Walzwerk-Maschinenbau Gmbh Method and device for joining metal strips
CN104741769A (en) 2013-12-27 2015-07-01 株式会社Uacj Process for spot-joining stacked metal foils
US10201873B2 (en) 2014-10-23 2019-02-12 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir spot welding device and friction stir spot welding method
US20200206838A1 (en) 2017-09-08 2020-07-02 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Holding jig and holding jig set for double-acting friction stir spot welding, double-acting friction stir spot welding device, and double-acting friction stir spot welding method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69925532T2 (en) Electrical connection arrangement in a lithium secondary battery
DE69925198T2 (en) Flat thermal fuse and manufacturing process
DE60003862T2 (en) Tight battery, suitable for manufacturing in a slim rectangular shape
DE112012006588T5 (en) Method for producing a battery and a battery
DE112013003756B4 (en) Method of manufacturing a secondary battery
DE102019108876A1 (en) Process for producing a lithium metal negative electrode
EP2647070A1 (en) Method and system for cutting sheet-like or plate-like objects
DE102017218137A1 (en) Method for producing an electrode arrangement, electrode arrangement and battery cell with such an electrode arrangement
EP3649683B1 (en) Method and apparatus for producing a rechargeable battery and rechargeable battery
DE102017124181B4 (en) Device for storing electrical energy
DE102012204379A1 (en) Beam welding of a multi-sheet work stack with a feature of reduced thickness
DE102012223203B4 (en) Electric storage device, manufacturing method for an electric storage device, and bus bar used for an electric storage device
DE112013004230T5 (en) Manufacturing method of an electric storage device and electric storage device
DD300890A5 (en) PROCESS FOR CLOSING A SODIUM / SULFUR CELL AND A SODIUM / SULFUR CELL MADE BY THIS METHOD
DE102021005187A1 (en) Method for joining an electronic contact
DE102021130666A1 (en) SOLID STATE BATTERY
DE2140364C3 (en) Terminal bridge for electrical accumulators and process for their production
DE102021119907A1 (en) Friction stir welding device, method for producing an assembly with a friction stir welding device and an assembly
DE102011115118A1 (en) Method and system for cutting sheet or plate-shaped objects
DE102008059963B4 (en) Single cell for a battery and method for its production
DE102019213417A1 (en) Combined cutting / welding process for Al and Cu materials with heat accumulation from ultra-short laser pulses
DE112018005366T5 (en) ENERGY STORAGE DEVICE
EP3618147B1 (en) Battery cell and method for manufacturing the same
DE102012213420A1 (en) Method for producing a connection contact for an electrode of an electrochemical store, method for producing an electrochemical store and electrochemical store
DE102020123851A1 (en) Method for producing an electrical coupling of battery cells of a battery module and battery module

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R082 Change of representative
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee