DE10359564B4 - Method for connecting components - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Verbinden von Bauteilen (10, 15; 25, 26), wobei die Bauteile (10, 15; 25, 26) aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten bestehen, bei dem ein erstes Bauteil (10; 25), welches den höheren Schmelzpunkt aufweist, eine Ausnehmung (11; 27) aufweist, durch die ein Fortsatz (16; 28) eines zweiten, den niedrigeren Schmelzpunkt aufweisenden Bauteils (15; 26) ragt und dabei aus der Ausnehmung (11; 27) hervorsteht, wobei das zweite Bauteil (15; 26) einen in einer Richtung wirkenden Anschlag ausbildet und wobei das zweite Bauteil (15; 26) zumindest im Bereich des Fortsatzes (16; 26) teilweise auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes erwärmt wird, so dass der Fortsatz (16; 26) zumindest teilweise aufschmilzt, die Ausnehmung (11; 27) zumindest teilweise ausfüllt und mit einem aus der Ausnehmung (11; 27) herausragenden Haltebereich (23; 31) eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen (10, 15; 25, 26) herstellt, und wobei der Abkühlvorgang der Bauteile mittels einer Nachheizstrategie...method for connecting components (10, 15; 25, 26), wherein the components (10, 15; 25, 26) made of different materials with different melting points consist, in which a first component (10; 25), which the higher melting point has a recess (11, 27) through which an extension (16; 28) of a second, the lower melting point Component (15; 26) protrudes and thereby protrudes from the recess (11; 27), the second component (15; 26) acting in one direction Stop forms and wherein the second component (15; 26) at least in the region of the extension (16; 26) partly to a temperature is heated above its melting point, so that the extension (16; 26) melts at least partially, the recess (11; 27) at least partially completed and with a holding region protruding from the recess (11; (23; 31) a form-fitting Connection between the two components (10, 15, 25, 26) produces, and wherein the cooling process of the components by means of a reheating strategy ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen. In der Fertigungstechnik werden schon lange Fertigungsverfahren zum Verbinden artgleicher sowie artungleicher Werkstoffe bei möglichst großen tolerierbaren Toleranzen gesucht. Speziell in der Automobilindustrie werden temperaturbeständige elektrische Verbindungen zur Kontaktierung von Sensoren und Aktoren benötigt. Dabei werden zunehmend artungleiche Verbindungen eingesetzt. Insbesondere erlangen zunehmend Verbindungen von beispielsweise Kupferwerkstoffen mit Aluminiumwerkstoffen an Bedeutung. Aluminium- und Kupferwerkstoffe zeichnen sich gleichermaßen durch hohe thermische als auch elektrische Leitfähigkeit aus. Eine Verbindung dieser beiden Werkstoffe scheitert derzeit noch an geeigneten Verbindungstechniken. Gängige Schmelzschweißverfahren (Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen und andere Verfahren) führen bei diesen Werkstoffen aufgrund deren thermischer und physikalischer Kenngrößen zu einer ausgesprochen starken Bildung sogenannter intermetallischer Phasen. Diese sind extrem spröde, d. h. bei ungünstiger Belastung treten Risse und damit ein Versagen der Verbindung auf.The The invention relates to a method for joining components. In Manufacturing technology has long been used in manufacturing processes Combination of identical and dissimilar materials if possible huge tolerable tolerances sought. Especially in the automotive industry become temperature resistant electrical connections for contacting sensors and actuators needed. In the process, increasingly dissimilar compounds are used. Especially are increasingly gaining connections from, for example, copper materials with aluminum materials in importance. Aluminum and copper materials stand out equally characterized by high thermal as well as electrical conductivity. A connection These two materials are currently still failing at suitable joining techniques. common Fusion welding (Laser welding, electron beam welding and other methods) for these materials due to their thermal and physical Characteristics of a extremely strong formation of so-called intermetallic phases. These are extremely brittle, d. H. at unfavorable Stress occurs cracks and thus a failure of the connection.
Verschiedene Verfahren zum Verbinden von Bauteilen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise DE-AS 1 182 510 ein Verfahren zum thermischen Verbinden von zwei parallele Kanten aufweisenden Blechen, welche insbesondere aus einem relativ gut und einem relativ schlecht wärmeleitenden Material bestehen. Dabei ragt das Blech mit dem niedrigeren Schmelzpunkt über den Fügebereich hinaus und dieser Überstand wird ohne Einsatz zusätzlichen Materials zur Bildung der thermischen Verbindung abgeschmolzen.Various Methods for joining components are known in the art known. For example, DE-AS 1 182 510 describes a method for thermally connecting two parallel edges Sheets, which in particular from a relatively good and a relatively bad thermally conductive Material exist. In this case, the sheet with the lower melting point protrudes over the joining area out and this supernatant will without use additional Melted material to form the thermal compound.
Weiter
sind auch aus
In den Lehren der oben genannten Schriften ist es jedoch nicht vorgesehen, den Abkühlvorgang der verbundenen Bauteile mittels einer Nachheizstrategie zu begleiten.In However, the teachings of the above-mentioned documents are not intended the cooling process of to accompany connected components by means of a Nachheizstrategie.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass insbesondere artungleiche Werkstoffe besonders sicher verbunden werden können und die Qualität und Zuverlässigkeit der Verbindung weiter erhöht wird gegenüber bisher bekannten Verfahren. Dabei sind nicht nur die oben angesprochenen Verbindungen aus Kupfer und Aluminium, sondern beispielsweise auch Kupfer/Stahl- oder Aluminium/Stahl-Verbindungen gemeint. Gleichzeitig ist das Verfahren dazu geeignet, innerhalb kürzester Zeit eine Vielzahl von Fügeverbindungen herzustellen. Dadurch, dass auf eine großflächige, schmelzförmige Verbindung zwischen den Bauteilen verzichtet wird, läßt sich insbesondere die Gefahr sogenannter intermetallischer Phasen reduzieren, wodurch eine dauerhafte, mechanisch und thermisch stabile Verbindung erzielt wird.The inventive method for joining components with the features of claim 1 the advantage that especially dissimilar materials especially can be safely connected and the quality and reliability the connection further increased is opposite previously known methods. Not only are those mentioned above Compounds of copper and aluminum, but also, for example Meant copper / steel or aluminum / steel compounds. At the same time the method is suitable, within a very short time a variety of joint connections manufacture. Thereby, that on a large-scale, melt-shaped connection between the components is omitted, in particular the danger can be reducing so-called intermetallic phases, creating a permanent, mechanically and thermally stable connection is achieved.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von Bauteilen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the method according to the invention for bonding of components are specified in the subclaims.
Um eine große Anzahl an Fügeverbindungen in kurzer Taktzeit herstellen zu können, wird vorzugsweise eine Laserstrahlquelle zur berührungslosen Energieeinbringung in den Verbindungsbereich eingesetzt. Insbesondere bei der Verwendung von Aluminium als zu erwärmendem Werkstoff eignet sich ein Diodenlaser, da Aluminium ein ausgeprägtes Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich des Diodenlasers aufweist. Zur Verbesserung des Prozessablaufes ist es in einer bevorzugten Ausführungsform weiterhin vorgesehen, auch das erste Bauteil, insbesondere im Verbindungsbereich, zumindest teilweise aufzuheizen. Zur besseren Vernetzung der Materialien beider Werkstoffe ist es weiterhin vorteilhaft, eine Oberflächenbeschichtung vorzusehen. Ohne weitere Hilfsmittel lassen sich die beiden Bauteile miteinander verbinden, wenn das eine Bauteil beim Fügeprozess einen Anschlag für das andere Bauteil ausbildet.Around a big Number of joints in to be able to produce a short cycle time, is preferably a laser beam source for non-contact energy input used in the connection area. Especially when using of aluminum as to be heated Material is a diode laser, since aluminum has a pronounced absorption maximum in the wavelength range having the diode laser. To improve the process flow it is still in a preferred embodiment provided, also the first component, in particular in the connection area, to heat up at least partially. For better networking of the materials Both materials, it is also advantageous, a surface coating provided. Without further aids, the two components can be connect with each other when the one component in the joining process a stop for the other component is formed.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawing and are explained in more detail below. It demonstrate:
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments
In
der
Der
Durchmesser bzw. der Umfang des Fortsatzes
Weiterhin
ist das Volumen des Fortsatzes
Ferner
erkennt man in der
Die
beiden Bauteile
Zum
Verbinden der beiden Bauteile
Grundsätzlich sollte
die Wärmeübertragung derart
erfolgen, dass lediglich der Fortsatz
Je
nach Werkstoffkombination kann es zur Verbesserung der Verbindung
der beiden Bauteile
Auch
kann es zur Verbesserung der Verbindung vorteilhaft sein, insbesondere
das erste Bauteil
In
dem in der
In
der
Der
Abkühlvorgang
der Bauteile
In
den
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- 2003-12-18 DE DE2003159564 patent/DE10359564B4/en not_active Expired - Fee Related
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