Die Erfindung betrifft ein Werkstück, insbesondere eine Stromschiene oder ein Stromband, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a workpiece, in particular a busbar or a current band, with the features in the preamble of the main claim.
Bei elektrisch leitenden Stromschienen besteht ein Bedarf für eine gewisse mechanische Flexibilität. Hierfür ist es in der Praxis bekannt, Stromschienen aus einem relativ dünnwandigen und begrenzt federelastischen stromleitenden Blech zu biegen. Die Elastizität und damit die in der Praxis bisweilen geforderte Anpassungsfähigkeit an Wärmedehnungen anderer Bauteile sind begrenzt.With electrically conductive busbars, there is a need for some mechanical flexibility. For this purpose, it is known in practice, to bend busbars from a relatively thin-walled and limited elastic current-conducting sheet. The elasticity and thus in practice sometimes required adaptability to thermal expansion of other components are limited.
Aus der JP 10-193 140 A ist es bekannt, zwei plan aufeinander liegende, plattenartige Werkstücke mit einer Reibrührschweißeinrichtung zu verbinden, die einen federnd gelagerten, drehend angetriebenen und verfahrbaren Rührpin aufweist.From the JP 10-193140A It is known to connect two plane-superimposed, plate-like workpieces with a friction stir welding device having a spring-mounted, rotationally driven and movable stirring pin.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Werkstückgestaltung und Verbindungstechnik aufzuzeigen.It is an object of the present invention to provide a better workpiece design and connection technology.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch. Das beanspruchte Werkstück hat den Vorteil, dass die Kombination eines massiven und eines lagenstrukturierten, z. B. lamellierten oder geflochtenen, insbesondere mehrlagigen Werkstückteils eine Anpassungsmöglichkeit an jeweilige Einsatzbedingungen mit sich bringt. Die bevorzugt flachen bzw. bandartigen Werkstückteile können auch mehrfach vorhanden sein. Das lagenstrukturierte Werkstückteil kann eine gebogene Form haben und für Elastizität, insbesondere Biegeelastizität, sorgen. Hierbei ist es günstig, wenn das lagenstrukturierte Werkstückteil als Lamellen- oder Flechtband ausgebildet ist.The invention solves this problem with the features in the main claim. The claimed workpiece has the advantage that the combination of a solid and a layer-structured, z. B. laminated or braided, in particular multi-layer workpiece part brings an adjustment possibility to respective conditions of use. The preferably flat or band-like workpiece parts can also be present several times. The layer-structured workpiece part can have a curved shape and provide elasticity, in particular bending elasticity. It is advantageous if the layer-structured workpiece part is designed as a lamellar or braided tape.
Durch eine Reibrührschweißnaht können das massive und das lagenstrukturierte Werkstückteil fest miteinander verbunden werden, wobei sich ein anforderungsgerechter homogener Verbindungsbereich ergibt. Der Verbindungsbereich ist hoch belastbar. Durch die Reibrührschweißverbindung lassen sich ein massives Teil bzw. ein Vollmaterial und ein lagenstrukturiertes Werkstückteil, z. B. ein Lamellenpaket oder ein Flechtband, in einer bisher nicht möglichen festen und widerstandsfähigen Weise miteinander verbinden, wobei sich außerdem Vorteile in wirtschaftlicher Hinsicht ergeben. Das massive Werkstückteil und das lagenstrukturierte Werkstückteil können insbesondere mit ihren stirnseitigen Randbereichen stumpf aneinander gestoßen und mit der Reibrührschweißnaht verbunden werden.By means of a friction stir weld, the solid and the layer-structured workpiece part can be firmly connected to one another, resulting in a homogeneous homogenous connection region that meets the requirements. The connection area is highly resilient. By the friction stir welding can be a solid part or a solid material and a layer-structured workpiece part, for. As a disc pack or a braided band, connect with each other in a previously impossible solid and resistant manner, which also gives advantages in economic terms. The solid workpiece part and the layer-structured workpiece part can be stumped together in particular with their frontal edge regions and connected to the friction stir weld.
Die Werkstückteile können dabei aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen, insbesondere stromleitenden Metallen, bestehen. Dies ermöglicht eine optimale Bedarfsanpassung der Werkstückteile. Ein lagenstrukturiertes Werkstückteil kann z. B. aus Kupferlamellen oder Kupferbändern bzw. Kupfersträngen bestehen, wobei ein massives Werkstückteil aus Aluminium oder einer anderen Leichtmetalllegierung bestehen kann, was eine Gewichts- und Kostenersparnis für das Werkstück mit sich bringt. Trotz der unterschiedlichen Werkstücke kann eine feste und hochbelastbare Verbindung geschaffen werden.The workpiece parts can consist of the same or different materials, in particular electrically conductive metals. This allows an optimal demand adjustment of the workpiece parts. A layer-structured workpiece part can, for. B. copper lamellae or copper bands or copper strands, wherein a solid workpiece part made of aluminum or another light metal alloy can be made, which brings a weight and cost savings for the workpiece with it. Despite the different workpieces a solid and highly resilient connection can be created.
Das lagenstrukturierte Werkstückteil kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Vorteilhafterweise weist es zumindest einen kompaktierten Bereich auf, an dem die Lagen, insbesondere Lamellen, untereinander fest verbunden sind, was z. B. durch ein elektrisches Pressschweißen geschehen kann. Das hierdurch gebildete kompakte Lagenpaket eignet sich besonders für das Reibrührschweißen.The layer-structured workpiece part can be designed in different ways. Advantageously, it has at least one compacted region on which the layers, in particular lamellae, are fixedly connected to one another, which z. B. can be done by an electric pressure welding. The compact ply package thus formed is particularly suitable for friction stir welding.
Das Werkstück kann aus einem Vorprodukt mit randseitigen und später abgetrennten Ansatzteilen hergestellt werden, wobei sich die anfangs- und endseitigen Ansatzstellen für das Reibrührschweißwerkzeug an den Ansatzteilen befinden und später mit diesen entfernt werden. Die Reibrührschweißnaht ist dadurch kürzer als die Produktionsschweißnaht und hat im Werkstückbereich eine über die Länge homogene Form ohne Beeinträchtigung durch Ansatzstellen und evtl. dortige Gefügeveränderungen.The workpiece can be made of a precursor with peripheral and later separated neck portions, wherein the initial and end attachment points for the friction stir welding tool are located at the neck portions and are removed later with these. As a result, the friction stir weld seam is shorter than the production weld seam and, in the workpiece area, has a homogeneous shape over its length without being impaired by attachment points and possibly structural changes there.
Das beanspruchte Werkstück eignet sich besonders als Stromschiene oder als flexibles Stromband. Es bietet für diese Zwecke exzellente Eigenschaften und lässt sich durch das Reibrührschweißen besonders kostengünstig, schnell und einfach herstellen. Das Werkstück kann aber auch eine andere Gestaltung und andere Einsatzzwecke haben.The stressed workpiece is particularly suitable as a busbar or as a flexible current band. It offers excellent properties for these purposes and can be produced particularly cost-effectively, quickly and easily by means of friction stir welding. The workpiece can also have a different design and other purposes.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.In the subclaims further advantageous embodiments of the invention are given.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. In detail show:
1: eine Stromschiene in perspektivischer Ansicht, 1 : a busbar in perspective view,
2: eine zugehörige Seitenansicht gemäß Pfeil II von 1, 2 : An associated side view according to arrow II of 1 .
3: eine perspektivische Darstellung eines Vorprodukts beim Reibrührschweißen und 3 : A perspective view of a precursor in friction stir welding and
4: eine schematische Darstellung einer Fertigungseinrichtung für die Stromschiene. 4 : a schematic representation of a manufacturing device for the busbar.
Die Erfindung betrifft ein Werkstück (2), insbesondere in einer Ausbildung als Stromschiene oder als flexibles Stromband. Die Erfindung betrifft auch ein Vorprodukt (12) zur Herstellung des Werkstücks (2) und eine Fertigungseinrichtung (1) für dessen Produktion. Ferner betrifft die Erfindung ein Fertigungs- und Herstellverfahren für das Werkstück (2).The invention relates to a workpiece ( 2 ), in particular in a training as a power rail or as a flexible power band. The invention also relates an intermediate product ( 12 ) for the production of the workpiece ( 2 ) and a manufacturing facility ( 1 ) for its production. Furthermore, the invention relates to a manufacturing and manufacturing method for the workpiece ( 2 ).
1 und 2 zeigen schematisch ein als Stromschiene (2) ausgebildetes Werkstück. Es besteht aus einem Werkstückteil (3) mit einer massiven Konsistenz und einem lagenstrukturierten Werkstückteil (4), die miteinander an einem Verbindungsbereich (9) verbunden sind. 1 and 2 show schematically as a busbar ( 2 ) formed workpiece. It consists of a workpiece part ( 3 ) with a solid consistency and a layer-structured workpiece part ( 4 ) which are connected to one another at a connection area ( 9 ) are connected.
Das sog. massive Werkstückteil (3) besteht vollständig oder zumindest zu einem großen, insbesondere überwiegenden Teil aus einem Vollmaterial. Die massive Konsistenz ist vor allem am Verbindungsbereich (9) vorhanden. An anderen, hiervon distanzierten Werkstückbereichen kann eine andere und beliebige Konsistenz vorliegen.The so-called massive workpiece part ( 3 ) consists completely or at least to a large, in particular predominant part of a solid material. The massive consistency is mainly at the connection area ( 9 ) available. At other, detached therefrom workpiece areas may have a different and any consistency.
Das lagenstrukturierte Werkstückteil (4) besteht aus mehreren einzelnen Materiallagen (7), die zusammengebracht sind, aneinander liegen und ggf. miteinander verbunden sind. Zwischen den Lagen können kleine Freiräume bestehen. Die Lagen können eine regelmäßige oder unregelmäßige Anordnung aufweisen. Sie bilden z. B. eine Schichtstruktur, Flecht- oder Webstruktur oder dgl.. Die Lagen können eine untereinander gleiche oder unterschiedliche Form haben. Die Lagenform kann z. B. eine Blattform, Stangenform, Draht- oder Litzenform oder dgl. sein. Das lagenstrukturierte Werkstückteil (4) kann z. B. ein Lamellenpaket oder Flecht- bzw. Webband (nicht dargestellt) aufweisen. Die lagenstrukturierte Konsistenz ist vor allem am Verbindungsbereich (9) vorhanden. An anderen, hiervon distanzierten Werkstückbereichen kann eine andere und beliebige Konsistenz vorliegen.The layer-structured workpiece part ( 4 ) consists of several individual material layers ( 7 ), which are brought together, lie against one another and, if necessary, are connected to one another. There may be small clearances between the layers. The layers may have a regular or irregular arrangement. They form z. B. a layer structure, braided or woven structure or the like .. The layers may have an identical or different shape. The layer shape can z. B. a leaf shape, rod shape, wire or stranded or the like. Be. The layer-structured workpiece part ( 4 ) can z. B. a laminated core or braiding or woven tape (not shown). The layer-structured consistency is mainly at the connection area ( 9 ) available. At other, detached therefrom workpiece areas may have a different and any consistency.
Die Werkstückteile (3, 4) können mehrfach vorhanden sein. Das massive Werkstückteil (3) kann eine abgebogene Form haben und kann z. B. in der dargestellten Weise als L-förmiger Bügel oder Winkel gestaltet sein. Das lagenstrukturierte Werkstückteil (4) kann ebenfalls eine gebogene Form haben, wobei sich das Lagen- bzw. Lamellenpaket (7) im Biegungsbereich befindet. Insgesamt hat die gezeigte Stromschiene (2) eine U-Form. Beide Werkstückteile (3, 4) haben z. B. eine flache und bandartige oder streifenartige Form. Sie können eine gleiche Breite und ggf. auch im wesentlichen gleiche Dicke aufweisen. Die Breite kann in einer Abwandlung der gezeigten Ausführung auch unterschiedlich sein, wobei z. B. ein Werkstückteil (3, 4) aus mehreren schmalen und nebeneinander angeordneten Teilkomponenten besteht.The workpiece parts ( 3 . 4 ) can be present several times. The massive workpiece part ( 3 ) may have a bent shape and z. B. be designed in the manner shown as L-shaped bracket or angle. The layer-structured workpiece part ( 4 ) may also have a curved shape, wherein the layer or plate pack ( 7 ) is located in the bend area. Overall, the shown busbar ( 2 ) a U-shape. Both workpiece parts ( 3 . 4 ) have z. B. a flat and band-like or strip-like shape. You can have the same width and possibly also substantially the same thickness. The width may also be different in a modification of the embodiment shown, wherein z. B. a workpiece part ( 3 . 4 ) consists of several narrow and juxtaposed sub-components.
Das lagenstrukturierte und z. B. lamellierte Werkstückteil (4) kann in der gezeigten Weise als Lamellenband ausgeformt sein. Es besitzt an zumindest einem Bereich, insbesondere an mindestens einem Ende, einen Kompaktbereich (5), in dem die Lagen oder Lamellen (7) dicht zusammengepresst sind. Sie können ggf. auch fest miteinander verbunden sein. Dieses Kompaktieren kann z. B. durch ein elektrisches Pressschweißen erfolgen. In der gezeigten Ausführungsform ist ein Kompaktbereich (5) auch am anderen Ende des Werkstückteils (4) angeordnet.The layer-structured and z. B. laminated workpiece part ( 4 ) may be formed in the manner shown as a slat strip. It has at least one area, in particular at least one end, a compact area ( 5 ), in which the layers or lamellae ( 7 ) are pressed tightly together. If necessary, they can also be firmly connected to each other. This compaction can z. B. by an electric pressure welding. In the embodiment shown, a compact area ( 5 ) also at the other end of the workpiece part ( 4 ) arranged.
Im Bereich zwischen den Kompaktbereichen (5) können die Lagen oder Lamellen (7) im Paket mit ihren Oberflächen lose oder mit geringer Haftung aneinander liegen. Sie bilden dadurch einen flexiblen Bereich oder losen Lamellenbereich (6), der verschiedene Vorteile hat. Er ermöglicht Verformungen ohne Einbuße in der Festigkeit oder in sonstigen Eigenschaften, insbesondere in der Stromleitfähigkeit. Die Stromschiene (2) kann durch den flexiblen Bereich (6) sich verformen und an äußere Einflüsse, insbesondere Wärmedehnungen, anpassen. Außerdem kann der flexible Bereich (6) evtl. innere Wärmedehnungen des Werkstücks (2) aufnehmen und kompensieren. An den beiden freien Schenkeln der Stromschiene (2) können elektrische Kontakte angeschlossen werden.In the area between the compact areas ( 5 ), the layers or lamellae ( 7 ) in the package with their surfaces loose or with low adhesion to each other. They thereby form a flexible area or loose lamella area ( 6 ), which has several advantages. It allows deformation without loss of strength or in other properties, in particular in the Stromleitfähigkeit. The busbar ( 2 ) can be defined by the flexible area ( 6 ) deform and adapt to external influences, in particular thermal expansions. In addition, the flexible area ( 6 ) possibly internal thermal expansions of the workpiece ( 2 ) and compensate. On the two free legs of the busbar ( 2 ) electrical contacts can be connected.
Die Werkstückteile (3, 4) können aus beliebig geeigneten Werkstoffen, vorzugsweise aus reibschweißgeeigneten Werkstoffen, insbesondere Metall, bestehen. Das sog. massive Werkstückteil (3) kann z. B. aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung bestehen. Es kann alternativ aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, hergestellt sein. Daneben sind andere metallische Werkstoffe möglich.The workpiece parts ( 3 . 4 ) can be made of any suitable materials, preferably made of friction-resistant materials, in particular metal. The so-called massive workpiece part ( 3 ) can z. B. made of copper or a copper alloy. It may alternatively be made of light metal or a light metal alloy, in particular aluminum or an aluminum alloy. In addition, other metallic materials are possible.
Das lagenstrukturierte Werkstückteil (4) besteht z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, was Vorteile für eine gute Wärme- und Stromleitfähigkeit hat, wobei Kupferlagen oder Kupferlamellen auch eine hinreichende mechanische Widerstandsfähigkeit besitzen. Alternativ kann auch das lagenstrukturierte Werkstückteil (4) aus einem anderen Werkstoff, insbesondere einem anderen Metall, bestehen. Die Werkstückteile (3, 4) bestehen vorzugsweise aus stromleitenden Materialien, insbesondere Metallen der vorgenannten oder einer anderen Art.The layer-structured workpiece part ( 4 ) exists z. As copper or a copper alloy, which has advantages for a good thermal and Stromleitfähigkeit, wherein copper layers or copper fins also have a sufficient mechanical resistance. Alternatively, the layer-structured workpiece part ( 4 ) consist of another material, in particular another metal. The workpiece parts ( 3 . 4 ) are preferably made of electrically conductive materials, in particular metals of the aforementioned or another type.
Die Werkstückteile (3, 4) sind über einen Verbindungsbereich (9) fest miteinander verbunden. Sie können dabei mit ihren stirnseitigen Randbereichen stumpf aneinander gestoßen sein. Die Verbindung der Werkstückteile (3, 4) erfolgt durch Reibrührschweißen, wobei der Verbindungsbereich (9) als Reibrührschweißnaht (10) ausgebildet ist. Diese Naht (10) erstreckt sich z. B. quer und in einer geraden Linie zur Längsrichtung der Stromschiene (2).The workpiece parts ( 3 . 4 ) are over a connection area ( 9 ) firmly connected. You can be stumped together with their frontal edge areas. The connection of the workpiece parts ( 3 . 4 ) is carried out by friction stir welding, wherein the connection region ( 9 ) as a friction stir weld ( 10 ) is trained. This seam ( 10 ) extends z. B. transversely and in a straight line to the longitudinal direction of the busbar ( 2 ).
Die Reibrührschweißnaht (10) weist ein heterogenes Schweißgefüge (11) auf, in dem sich die evtl. unterschiedlichen Werkstoffe der Werkstückteile (3, 4) miteinander vermischen. Beim Reibrührschweißen werden die benachbarten Ränder der Werkstückteile (3, 4) plastifiziert und in eine teigige Form gebracht, wodurch die Werkstoffe sich miteinander durch Diffusionsprozesse oder dgl. verbinden.The friction stir weld ( 10 ) has a heterogeneous weld structure ( 11 ), in which the possibly. different materials of the workpiece parts ( 3 . 4 ) mix together. In friction stir welding, the adjacent edges of the workpiece parts ( 3 . 4 ) plasticized and brought into a doughy form, whereby the materials combine with each other by diffusion processes or the like.
Die in 1 und 2 dargestellte Stromschiene (2) ist als relativ dünnwandiges Metallprofil oder -band ausgebildet und hat z. B. parallele Seitenränder (18), die ggf. stellenweise Ausnehmungen, Vorsprünge oder dgl. haben können. Sie wird aus einem in 3 dargestellten Vorprodukt (12) hergestellt. 3 gibt auch eine Prinzipdarstellung des Reibrührschweißprozesses. In 3 und 4 sind auch Teile der eingesetzten Reibrührschweißeinrichtung (21) dargestellt. Das Reibrührschweißen wird auch als FSW-Schweißen bezeichnet.In the 1 and 2 shown busbar ( 2 ) Is designed as a relatively thin-walled metal profile or band and has z. B. parallel page margins ( 18 ), which may optionally have recesses, projections or the like. She gets out of a 3 represented precursor ( 12 ) produced. 3 also gives a schematic diagram of the friction stir welding process. In 3 and 4 are also parts of the friction stir welding device ( 21 ). Friction stir welding is also referred to as FSW welding.
Wie 4 verdeutlicht, werden die Werkstückteile (3, 4) zunächst mit ihren zu verbindenden Rändern mittels einer Halterung (24) stumpf miteinander gestoßen, wobei eine Stoßstelle oder Fuge (8) entsteht. An beiden Fugenenden werden Ansatzteile (16, 17) an beide Seitenränder (18) gesetzt und in der Halterung (24) positioniert. Die anliegenden Ansatzteile (16, 17) überdecken oder überlappen ein- oder beidseitig das benachbarte Fugenende. Die Ansatzteile (16, 17) bestehen ebenfalls aus Metall, vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie zumindest eines der Werkstückteile (3, 4). Die Ansatzteile (16, 17) dienen als Einlauf- und Auslaufblech, an denen die Schweißung beginnt und endet. Hier finden sich auch die Ansatzstellen (14, 15) für das Reibrührschweißwerkzeug (22). Diese können vom Fugenende distanziert sein.As 4 clarifies, the workpiece parts ( 3 . 4 ) first with their edges to be joined by means of a holder ( 24 ) butt together, with a joint or joint ( 8th ) arises. At both ends of the joint, attachment parts ( 16 . 17 ) to both margins ( 18 ) and in the holder ( 24 ). The adjacent attachment parts ( 16 . 17 ) cover or overlap one or both sides of the adjacent joint end. The attachment parts ( 16 . 17 ) are also made of metal, preferably of the same metal as at least one of the workpiece parts ( 3 . 4 ). The attachment parts ( 16 . 17 ) serve as inlet and outlet sheet, where the weld begins and ends. Here are also the attachment points ( 14 . 15 ) for the friction stir welding tool ( 22 ). These can be distanced from the end of the joint.
Das Reibrührschweißwerkzeug (22) ist z. B. gemäß 3 als Rührpin ausgebildet, welcher ein verjüngtes, zapfenartiges Ende aufweist und um seine Längsachse von einem nicht dargestellten Antrieb gedreht wird. Der Rührpin (22) kann z. B. eine zylindrische Form haben, wobei das verjüngte zentrale Ende ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist. Zwischen dem Pinkorpus und dem verjüngten Ende ergibt sich eine ringförmige Anpressschulter. Der Rührpin (22) ist schematisch und in einteiliger Form dargestellt. Er kann alternativ mehrteilig ausgebildet sein, wobei sich insbesondere die ringförmige Schulter relativ zum verjüngten Pinende bewegen und im Schweißprozess mit Kraft an die Werkstückteile (3, 4) anpressen lässt. Das verjüngte Pinende kann am Mantel einen Schraubengang oder eine andere reibgünstige Form aufweisen.The friction stir welding tool ( 22 ) is z. B. according to 3 formed as a stirring pin, which has a tapered, pin-like end and is rotated about its longitudinal axis by a drive, not shown. The stirring pin ( 22 ) can z. B. have a cylindrical shape, wherein the tapered central end is also cylindrical. Between the Pink Corpus and the tapered end results in an annular Anpressschulter. The stirring pin ( 22 ) is shown schematically and in one-piece form. It may alternatively be designed in several parts, in particular, the annular shoulder move relative to the tapered pin end and in the welding process with force to the workpiece parts ( 3 . 4 ) can be pressed. The tapered pin end may have a thread or other frictional shape on the jacket.
Zum Reibrührschweißen wird der angetriebene Rührpin (22) mittels einer durch Pfeile in 3 symbolisierten Zustelleinrichtung (23) zu den Ansatzteilen (16, 17) hin- und wieder wegbewegt sowie entlang der Fuge (8) bewegt, wobei hier der Verbindungsbereich (9) und die Reibrührschweißnaht (10) gebildet wird. Der rotierende Rührpin (22) wird mit Kraft normal gegen die Oberfläche des Einlaufblechs (16) gedrückt, wobei durch die Reibungswärme zwischen dem verjüngten Pinende und dem Einlaufblech (16) dessen Werkstoff erhitzt und plastifiziert wird, wodurch das verjüngte Pinende in das Blech eintaucht und mit der Ringschulter auf der Blechoberfläche anliegt. Der Rührpin (22) befindet sich dabei mit seiner Längsachse in Flucht mit der Fuge (8). Anschließend wird der rotierende Rührpin (22) in Fugenrichtung zu den Werkstückteilen (3, 4) bewegt und tritt dabei in die Fuge (8) über. Die benachbarten Materialränder der Werkstückteile (3, 4) werden durch Anreiben und Wärmeübertragung zu einer teigigen Konsistenz plastifiziert, wobei die plastifizierten Bereiche sich in Fortbewegungsrichtung hinter dem Rührpin (22) miteinander verbinden, abkühlen, verfestigen und ein Schweißgefüge (11) ausbilden, welches die Fuge (8) verschließt. Die Pindrehung nimmt die plastifizierten Partikel mit und begünstigt die Vermischung. Die Anpressschulter hält die Werkstückteile (3, 4) und die teigige Masse unter Druck in Position. Am Fugenende tritt der Rührpin (22) in das Auslaufblech (17) über und wird hier wieder abgehoben.For friction stir welding, the driven stirring pin ( 22 ) by means of a by arrows in 3 symbolized delivery device ( 23 ) to the approach parts ( 16 . 17 ) moved back and forth and along the joint ( 8th ), where here the connection area ( 9 ) and the friction stir weld ( 10 ) is formed. The rotating stirring pin ( 22 ) is applied with force normal to the surface of the inlet sheet ( 16 ), wherein the frictional heat between the tapered pin end and the inlet plate ( 16 ) whose material is heated and plasticized, whereby the tapered pin end dips into the sheet and rests with the annular shoulder on the sheet surface. The stirring pin ( 22 ) is located with its longitudinal axis in alignment with the joint ( 8th ). Then the rotating stirring pin ( 22 ) in the direction of the joint to the workpiece parts ( 3 . 4 ) and enters the fugue ( 8th ) above. The adjacent material edges of the workpiece parts ( 3 . 4 ) are plasticized by grinding and heat transfer to a doughy consistency, wherein the plasticized areas in the direction of movement behind the Rührpin ( 22 ), cool, solidify and weld ( 11 ) forming the fugue ( 8th ) closes. The Pindrehung takes the plasticized particles with and favors the mixing. The pressure shoulder holds the workpiece parts ( 3 . 4 ) and the doughy mass under pressure in position. At the end of the joint, the stirring pin ( 22 ) in the outlet plate ( 17 ) and is lifted off here again.
Bei diesem Schweißprozess entsteht eine lange durchgehende Produktionsschweißnaht (13), die alle Teile (3, 4, 16, 17) miteinander verbindet und die beidseits über die Seitenränder (18) des Werkstücks (2) hinausragt. Die Produktionsschweißnaht (13) ist dadurch länger als die eigentliche Reibrührschweißnaht (10) zwischen den Werkstückteilen (3, 4). Anschließend werden die Ansatzteile (16, 17) in geeigneter Weise von den Werkstückrändern (18) abgetrennt, was z. B. durch Schneiden, Sägen oder dgl. geschehen kann. Hierbei entsteht eine Übergangsstelle oder Trennstelle (19) an den Seitenrändern, die sich insbesondere im Nahtbereich befindet. Die Ansatzteile (16, 17) können entsorgt oder wiederverwendet werden. Die Reibrührschweißnaht (10) hat eine über die Länge homogene Form ohne die Ansatzstellen (14, 15). An den Nahtenden können sich die vorgenannten Übergangs- oder Trennstellen (19) befinden.This welding process creates a long-lasting production weld ( 13 ), all parts ( 3 . 4 . 16 . 17 ) and on both sides over the margins ( 18 ) of the workpiece ( 2 protrudes). The production weld ( 13 ) is thereby longer than the actual friction stir weld ( 10 ) between the workpiece parts ( 3 . 4 ). Subsequently, the attachment parts ( 16 . 17 ) suitably from the workpiece edges ( 18 ) separated what z. B. by cutting, sawing or the like. Can happen. This creates a transition point or separation point ( 19 ) at the side edges, which is located in particular in the seam area. The attachment parts ( 16 . 17 ) can be disposed of or reused. The friction stir weld ( 10 ) has a homogeneous shape over its length without the attachment points ( 14 . 15 ). At the seam ends, the aforementioned transition or separation points ( 19 ) are located.
Das Schweißgefüge (11) ist heterogen und beinhaltet eine Mischung der beidseitigen Werkstückmaterialien. Die Randbereiche beider Werkstückteile (3, 4) und insbesondere die angrenzende Lagen- bzw. Lamellenstruktur des lagenstrukturierte Werkstückteils (4) bzw. des Kompaktteils (5) sind in das Schweißgefüge (11) eingebunden. Im Verbindungsbereich (9) bzw. Schweißnahtbereich ist die Lagen- bzw. Lamellenstruktur aufgehoben.The welded structure ( 11 ) is heterogeneous and contains a mixture of the two-sided workpiece materials. The edge areas of both workpiece parts ( 3 . 4 ) and in particular the adjacent layer or lamellar structure of the layer-structured workpiece part ( 4 ) or of the compact part ( 5 ) are in the welded structure ( 11 ). In the connection area ( 9 ) or weld seam area, the layer or lamellar structure is repealed.
4 zeigt schematisch eine Fertigungseinrichtung (1) für das Werkstück (2). Sie weist zumindest eine Reibrührschweißeinrichtung oder FSW-Schweißeinrichtung (21) der vorbeschriebenen Art auf. Die Fertigungseinrichtung (1) kann ferner eine der Reibrührschweißeinrichtung (21) vorgeschaltete Kompaktierungsvorrichtung (20) aufweisen, in der am lagenstrukturierten und z. B. lamellierten Werkstückteil (4) ein oder mehrere Kompaktbereiche (5) gebildet werden. Hierfür kann eine elektrische Pressschweißvorrichtung eingesetzt werden, die mit stromleitenden und mit hoher Kraft zugestellten Elektroden beidseits auf das Lagen- bzw. Lamellenpaket in einer Richtung quer zur Lagen- bzw. Lamellenhauptebene drückt. Durch den Strom und die Übergangswiderstände zwischen den Lagen bzw. Lamellen (7) erwärmen sich letztere. Bei der Kompaktierung findet eine überwachte Erwärmung der Lagen bzw. Lamellen (7) unter einem vorgegebenen Kompaktierungsdruck statt, wobei eine unter Druck gesteuerte Abkühlphase sich anschließt. Der Strom kann pulsieren, insbesondere in der Erwärmungsphase. Anschließend kann bei konstantem Strom der Druck erhöht und in einer dritten Phase bzw. Abkühlphase der Strom abgeschaltet und der Druck bis auf einen Restwert abgesenkt werden. Die anderen Lagen- bzw. Lamellenbereiche, die nicht kompaktiert werden sollen, können gekühlt werden. 4 schematically shows a production facility ( 1 ) for the workpiece ( 2 ). It has at least one friction stir welding device or FSW welding device ( 21 ) of the type described above on. The manufacturing facility ( 1 ), one of the friction stir welding device ( 21 ) upstream compacting device ( 20 ), in the layer-structured and z. B. laminated workpiece part ( 4 ) one or more compact areas ( 5 ) are formed. For this purpose, an electrical pressure welding device can be used, which presses with current-conducting and high force supplied electrodes on both sides of the layer or plate pack in a direction transverse to the layer or lamella main plane. Due to the current and the contact resistance between the layers or lamellae ( 7 ) the latter are warming up. During compaction, a monitored heating of the layers or lamellae ( 7 ) under a predetermined compaction pressure, with a pressure controlled cooling phase following. The current can pulsate, especially in the heating phase. Subsequently, with constant current, the pressure can be increased and in a third phase or cooling phase the current can be switched off and the pressure lowered to a residual value. The other layer or lamella areas which are not to be compacted can be cooled.
Die Vorteile des Kompaktierungsverfahrens bestehen darin, dass der Kompaktbereich (5) vergleichbare mechanische und elektrische Eigenschaften wie ein in der Konsistenz massives Teil hat. Der Übergangswiderstand zwischen den kompaktierten Lagen bzw. Lamellen (7) bietet im Wesentlichen dieselben Werte wie ein massives Werkstückteil. Eine Oxidation zwischen den Lagen bzw. Lamellen (7) kann vermieden werden, wobei die kompaktierten Lagen bzw. Lamellen (7) auch mechanisch nachbearbeitet werden können. Der Übergang vom festen Kompaktbereich (5) in den flexiblen Bereich (6) ist mechanisch belastbar.The advantages of the compaction process are that the compact area ( 5 ) has comparable mechanical and electrical properties as a solid in consistency. The contact resistance between the compacted layers or lamellae ( 7 ) provides essentially the same values as a solid workpiece part. Oxidation between the layers or lamellae ( 7 ) can be avoided, the compacted layers or lamellae ( 7 ) can also be post-processed mechanically. The transition from the fixed compact area ( 5 ) in the flexible area ( 6 ) is mechanically resilient.
Die Fertigungseinrichtung (1) kann ferner eine der Reibrührschweißeinrichtung (21) nachgeschaltete Trenneinrichtung (25) aufweisen, in der die Ansatzteile (16, 17) vom Vorprodukt (12) in geeigneter Weise abgetrennt werden und auch die Übergangsstellen (19) ggf. nachbearbeitet werden. Hierdurch entsteht das Werkstück (2) und das Endprodukt.The manufacturing facility ( 1 ), one of the friction stir welding device ( 21 ) downstream separating device ( 25 ), in which the attachment parts ( 16 . 17 ) from the precursor ( 12 ) and the crossing points ( 19 ) if necessary be reworked. This creates the workpiece ( 2 ) and the final product.
In einer nicht dargestellten Variante der gezeigten Ausführungsbeispiele ist das lagenstrukturierte Werkstück (4) als Flechtband oder Webband ausgeführt und besteht aus Bändern oder Drähten und evtl. hiervon gebildeten Litzen. Ein solches Flecht- oder Webband kann ebenfalls einen flexiblen Bereich (6) aufweisen und auch ein oder mehrere Kompaktbereiche (5) haben. Ansonsten gelten die vorstehenden Erläuterungen zu einem Lamellenband entsprechend auch für ein solches Flecht- oder Webband.In a variant of the embodiments shown, not shown, the layer-structured workpiece ( 4 ) as braided or woven band and consists of bands or wires and possibly formed here strands. Such a braid or woven tape can also be a flexible area ( 6 ) and also one or more compact areas ( 5 ) to have. Otherwise, the above explanations for a lamellar band apply correspondingly also for such a braided or woven band.
In den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen findet die Kompaktierung und die Bildung des Kompaktbereichs (5) durch einen dem Reibrührschweißen vorangehenden und ggf. eigenständigen Prozess statt, der z. B. als elektrisches Pressschweißen, insbesondere als elektrisches Widerstandspressschweißen ausgebildet ist und in einer entsprechenden Kompaktierungsvorrichtung (20) durchgeführt wird. Als Alternative hierzu ist es möglich, das Lagenpaket (7) erst beim Reibrührschweißprozess und an der dortigen Prozessstelle durch eine geeignete Pressvorrichtung fest zusammenzudrücken. Hierbei kann es genügen, lediglich einen Pressdruck auf die Lagen (7) auszuüben. Eine elektrische Spannung muss hierbei nicht angelegt werden. Durch den Pressdruck kann das Lagenpaket (7) in ausreichender Weise für den Reibrührschweißprozess fixiert werden und den notwendigen Widerstand für das Anreiben und Plastifizieren des Werkstückmaterials bieten. Eine entsprechende Pressvorrichtung kann dabei in Reibrührschweißeinrichtung (21) integriert sein. Sie bildet dadurch eine integrierte Kompaktierungsvorrichtung (20). Auf eine separate und ggf. vorgeschaltete elektrische Pressschweißvorrichtung kann in diesem Fall verzichtet werden.In the embodiments described above, the compaction and the formation of the compact region ( 5 ) by a friction stir welding preceding and possibly independent process instead of z. B. is formed as electric pressure welding, in particular as electrical resistance pressure welding and in a corresponding Kompaktierungsvorrichtung ( 20 ) is carried out. Alternatively, it is possible to package the layer ( 7 ) until the friction stir welding process and at the local process site by a suitable pressing device firmly squeeze. It may be sufficient, only a pressing pressure on the layers ( 7 ) exercise. An electrical voltage does not have to be applied. Due to the pressing pressure, the layer package ( 7 ) are sufficiently fixed for the friction stir welding process and provide the necessary resistance to rubbing and plasticizing the workpiece material. A corresponding pressing device can be used in friction stir welding device ( 21 ) be integrated. It thereby forms an integrated compaction device ( 20 ). In a separate and possibly upstream electric pressure welding device can be dispensed with in this case.
Ferner ist auch eine Variation des Werkstücks (2) gegenüber den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen hinsichtlich des massiven Werkstückteils (3) möglich. Dieses kann durch ein lagenstrukturiertes Werkstückteil der vorbeschriebenen Art ersetzt werden. Hierdurch findet die Verbindung und das Reibrührschweißen zwischen zwei lagenstrukturierten Werkstückteilen statt. Die Lagenstruktur der beiden Werkstückteile können gleich oder unterschiedlich sein. In beiden Fällen können die lagenstrukturierten Werkstückteile am Verbindungsbereich (9) Kompaktbereiche (5) der vorbeschriebenen Arten haben. Die Werkstoffe der zu verbindenden lagenstrukturierten Werkstückteile können gleich oder unterschiedlich sein.Furthermore, a variation of the workpiece ( 2 ) with respect to the above-described embodiments with respect to the solid workpiece part ( 3 ) possible. This can be replaced by a layer-structured workpiece part of the type described above. As a result, the connection and the friction stir welding takes place between two layer-structured workpiece parts. The layer structure of the two workpiece parts may be the same or different. In both cases, the layer-structured workpiece parts at the connection area ( 9 ) Compact areas ( 5 ) of the types described above. The materials of the layer-structured workpiece parts to be joined may be the same or different.
Durch eine solche Verbindungstechnik lassen sich beispielsweise Lamellenpakete und Flechtbänder miteinander verbinden, wobei diese auch aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können.By such a connection technique, for example, lamellae packages and braids can be interconnected, which may also consist of different materials.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform sind in verschiedener Weise möglich. Das Werkstück (2) kann eine beliebige andere geeignete Art und Ausbildung haben. Das Werkstück (2) kann mehrere flexible Bereiche (6) mit relativ losen Lamellen (7) aufweisen. Die Fuge (8) bzw. die Reibrührschweißnaht (10) muss keinen geraden Verlauf haben und muss sich auch nicht quer zur Werkstücklängsachse erstrecken. Es sind auch gebogene, gewellte oder gezackte Fugen- oder Nahtverläufe möglich. Ferner kann statt einer stumpfen Stoßstelle (8) eine zumindest bereichsweise Überlappung der zu verbindenden Werkstückteile (3, 4) vorhanden sein. Es ist auch möglich, mit nur einem Ansatzteil (16, 17) oder ohne Ansatzteile auszukommen, wobei sich die Ansatzstellen (14, 15) an den Werkstückteilen (3, 4) befinden. Der Rührpin (22) kann außerdem in abgesenkter Stellung seitlich an den Rand (18) und die dortige Fuge (8) herangeführt werden.Modifications of the embodiment shown and described are possible in various ways. The workpiece ( 2 ) can have any other suitable type and training. The workpiece ( 2 ) can have several flexible areas ( 6 ) with relatively loose lamellae ( 7 ) exhibit. The joint ( 8th ) or the friction stir weld ( 10 ) does not have to have a straight course and does not have to extend transversely to the workpiece longitudinal axis. Curved, wavy or jagged seam or seam courses are also possible. Furthermore, instead of a blunt joint ( 8th ) an at least partially overlapping of the workpiece parts to be joined ( 3 . 4 ) to be available. It is also possible to use only one attachment part ( 16 . 17 ) or without attachment parts, whereby the attachment points ( 14 . 15 ) on the workpiece parts ( 3 . 4 ) are located. The stirring pin ( 22 ) can also in the lowered position laterally to the edge ( 18 ) and the local fugue ( 8th ).
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Fertigungseinrichtungmanufacturing facility
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22
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Werkstück, Stromschiene, EndproduktWorkpiece, busbar, end product
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33
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Werkstückteil massiv, WinkelSolid workpiece part, angle
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44
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Werkstückteil lagenstrukturiert, LammellenbandWorkpiece part layered, Lammellenband
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55
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Kompaktbereichcompact area
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66
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flexibler Bereich, loser Lamellenbereichflexible area, loose slat area
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77
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Lage, LamelleLocation, lamella
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88th
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Stoßstelle, FugeJoint, joint
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99
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Verbindungsbereichconnecting area
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1010
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Reibrührschweißnahtfriction stir weld
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1111
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Schweißgefügeweld structure
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1212
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Vorproduktprecursor
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1313
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Produktionsschweißnahtproduction weld
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1414
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Ansatzstelle anfangseitigStarting point at the beginning
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1515
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Ansatzstelle endseitigAttachment point end
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1616
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Ansatzteil, EinlaufblechAttachment part, inlet plate
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1717
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Ansatzteil, AuslaufblechAttachment part, outlet plate
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1818
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Seitenrandmargin
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1919
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Übergangsstelle, TrennstelleTransition point, separation point
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2020
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Kompaktierungsvorrichtungcompacting
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2121
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Reibrührschweißeinrichtung, FSW-SchweißeinrichtungFriction stir welding device, FSW welding device
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2222
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Schweißwerkzeug, RührpinWelding tool, stirring pin
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2323
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Zustelleinrichtungadvancing
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2424
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Halterungbracket
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2525
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Trenneinrichtungseparator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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JP 10-193140 A [0003] JP 10-193140A [0003]
