DE2219290C2 - - Google Patents
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum direkten Verbinden von
Metallteilen gemäß DE-Patent 22 10 855.
Das obengenannte Patent schützt ein Verfahren zum direkten Verbinden
von Metallteilen miteinander, bei dem mindestens zwei miteinander zu
verbindende Metallteile in dem Bereich in innigem Kontakt miteinander
gehalten werden, in welchem die Verbindung an einer Grenzfläche
zwischen diesen Metallteilen ausgebildet werden soll, wobei
- a) die Metallteile einer Reibbehandlung auf einer Arbeitsfläche im Bereich der vorzunehmenden Verbindung unterzogen werden,
- b) Die Reibbehandlung in Form einer Reibbewegung mit hoher Relativgeschwindigkeit zwischen einem Reibwerkzeug und der Arbeitsfläche durchgeführt wird, und
- c) ein außerordentlich lokalisierter Energieimpuls hoher Intensität an der Grenzfläche der Metallteile erzeugt wird.
Mit vorliegender Erfindung wird das vorstehend skizzierte Verfahren nach
DE-Patent 22 10 855 so weitergebildet, daß nicht nur Metallteilchen
untereinander sondern auch metallische und nichtmetallische Werkstoffe
miteinander direkt verbunden werden können.
Es ist z. B. aus "Machine Design", 21. Juli 1966, S. 48, bekannt, die
Enden von Nylonbändern durch Reibschweißen miteinander zu verbinden.
Dies geschieht dadurch, daß die Bandenden an ihren Grenzflächen mit
einer Reibschweißmaschine gegeneinander gerieben werden, so daß die
Oberflächenschicht aus Nylon an beiden Enden schmilzt und die
Materialien miteinander verschmelzen. Eine derartige Methode ist nur für
Kunststoffe, nicht aber z. B. für mit Metall überzogene Kunststoffe
anwendbar, und es ist für die Erzielung der Verbindung erforderlich, daß
die beiden Materialien gegeneinander gerieben werden.
Des weiteren ist aus der Literaturstelle "Technik und
Forschung", Nr. 145, (34) 1968, S. 556 bekannt, daß mit
Hilfe der Reibschweißmethode unterschiedliche Werkstoffe,
z. B. Aluminium mit Stahl oder Thermoplasten miteinander
verbunden werden können. Die Reibschweißmethode ist jedoch
nicht universell anwendbar. Bei Metallen ist diese Methode
nur bei kreisförmigen Gegenständen durchführbar, die unter
hohem Druck gegeneinander in Drehung versetzt werden; dabei
werden die miteinander zu verbindenden Materialien gegeneinander
gerieben.
Auch ist z. B. aus der Literaturstelle "Maschinenmarkt,
Jahrgang 72 (1968) Nr. 34, S. 27-29, bekannt, Ultraschallvorgänge
zum Versiegeln und Schneiden von Kunststoffen
anzuwenden und auf diese Weise zwei Kunststoffgegenstände
bzw. -flächen miteinander zu verschweißen. Das Werkzeug wird
auf die miteinander zu verbindenden Materialien aufgesetzt
und gegen einen Amboß gedrückt, der ein unbedingt notwendiger
Bestandteil der Ultraschallschweißung ist.
Das herkömmliche Reibschweißen und das Ultraschallschweißen
sind seit langem bekannt und haben ihre speziellen Anwendungsgebiete.
Es gibt jedoch eine Vielzahl von Anwendungsfällen
und eine Vielfalt von Materialien, die weder nach der
Reibschweißmethode noch nach der Ultraschallschweißmethode
miteinander verbunden bzw. verschweißt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren nach dem
Hauptpatent so weiterzubilden, daß auf einfache und schnelle
Weise mit einfachen Mitteln so schwierige oder bisher
überhaupt nicht miteinander verbindbare Materialien wie
Aluminium mit Aluminium, Aluminium mit anderen Metallen,
Aluminium mit Nichtmetallen, z. B. Zellulosederivaten, anorganischen
Materialien, wärmehärtenden Kunststoffen oder
auch Flüssigkeiten direkt verbunden werden können.
Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Kennzeichens
des Anspruches 1 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit einem derartigen Verfahren werden adhäsive oder kohäsive
Verbindungen in oder mit Aluminium erzielt, und zwar direkt
zwischen Aluminium und Aluminium oder zwischen Aluminium und
einem anderen Metall oder zwischen Aluminium und bestimmten
Nichtmetallen, insbes. Papier. Das Nichtmetall kann auch
eine Flüssigkeit sein. Dabei wird unter einer "adhäsiven
Verbindung" eine solche Verbindung verstanden, bei der eine
Grenzfläche zwischen den miteinander zu verbindenden
Materialien vorhanden ist, und unter "kohäsiver Verbindung"
eine solche Verbindung, bei der eine solche Grenzfläche
verschwunden ist, so daß die miteinander zu verbindenden
Teile aus den angegebenen Materialien miteinander eine
Einheit bilden. Unter "Aluminium" wird im Rahmen vorliegender
Erfindung auch jede Legierung verstanden, die vorwiegend
aus Aluminium besteht. Eine derartige Verbindung ist
üblicherweise in Form einer Nahtlinie ausgebildet, sie kann
jedoch auch eine relativ große Breite einnehmen, so daß sie
dann ein Laminat bildet; sie kann aber auch diskontinuierlich
ausgebildet sein.
Wie im Hauptpatent ausgeführt, ist es zur Durchführung des
Verfahrens nach der Erfindung erforderlich, Energie von
einem rotierenden Werkzeug, das zur Erzielung einer Schweißverbindung
zweier an ihren Grenzflächen miteinander zu
verschweißenden Materialien verwendet wird, einzuspeisen.
Hierbei handelt es sich jedoch weder um ein Reibungsschweißen,
bei dem miteinander zu verbindende Teile dadurch
verschmolzen werden, daß sie gegeneinander gerieben werden,
bis ein Schmelzen der Materialien eintritt, und daß sie dann
dadurch gestaucht werden, daß sie unter hohem Druck gegeneinander
gepreßt werden, noch um ein Ultraschallschweißen,
bei dem ein Werkzeug bzw. eine Sonotrode mechanische
Vibrationen im Ultraschallbereich auf das Werkstück gegen
eine das Werkstück aufnehmende Aufspannung ausführt und die
Materialien durch Schlagwirkung verschweißt werden. Auch ist
das Schweißverfahren nach der Erfindung grundsätzlich
verschieden von einem Heißsiegelverfahren, bei dem im
wesentlichen das Metall entweder ganz oder im Versiegelungsbereich
mit einem Klebstoff oder einem als Kleber dienenden
Material überzogen wird, wobei Wärme und Druck auf ein
Aluminium enthaltendes Laminat oder auf eine mit Überzug
versehene Aluminiumfläche in der Weise aufgebracht werden
kann, daß sie mit einer anderen, einen Überzug aufweisenden
Fläche verbunden wird.
Das Hauptanwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt in der Verpackungsindustrie. Beispielsweise wird das
Verfahren entweder durch sich über die Breite einer Bahn
erstreckendes Laminieren oder durch Ausbilden von Verbindungslinien
zur Verschweißung selektiver Flächenlaminierungen
oder Punktverschweißung oder Verschweißung von Aluminiumbahnen
oder -folien mit gleichem Material oder einem
unterschiedlichen Metall oder mit anderen Materialien
verwendet. Als solche anderen Materialien eignen sich
Zellulosederivate, z. B. Pappe, unbeschichtete oder beschichtete
Papiere und natürliche Gewebe, wärmehärtende Materialien,
z. B. Polyimidepoxyharze und Harnstoff- oder Phenolformaldehydharze.
Ein solches anderes Material kann beispielsweise
in Form einer Bahn, eines Filmes oder eines starren
oder flexiblen Schaumes verwendet werden. Dabei wird z. B.
Aluminium mit einem Behälter verschweißt, um ihn zu versiegeln,
es wird ein Aluminiumanhänger an einem Behälter oder
einer Packung befestigt, und dergl. Dies schließt die
Herstellung von Laminaten mit zwei oder mehr Komponenten mit
ein, in denen eine Aluminiumschicht mit einer anderen
Schicht verbunden wird, z. B. einem Aluminiumfolie und Papier
enthaltenden Laminat.
Ein weiterer wesentlicher Anwendungsfall des Verfahrens nach
der Erfindung ist die Handhabung von Aluminiumfolien und
Aluminiumbahnen sowie für Herstellungsvorgänge, bei denen
Produkte auftreten, die Aluminiumteile enthalten, beispielsweise,
um die Enden einer unterbrochenen Bahn aus Aluminiumfolie
im Laufe des Produktionsvorganges mit hoher Geschwindigkeit
wieder fest miteinander zu verbinden. Ein weiteres
Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Punkt- oder Linienschweißen
von Aluminiumfolien und -platten mit anderen
Metallen, einschließlich Stahl; eine derartige Anwendung ist
nicht nur für die Verpackungsindustrie, sondern auch für die
Metallurgie und die Bauindustrie von Interesse.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist ein
Kleber nicht erforderlich, da die miteinander zu verbindenden
Metallteile verschweißt werden. Dabei entfällt auch eine
spezielle Präparierung der miteinander zu verbindenden
Teile. Wenn Aluminium eines der miteinander zu verbindenden
Materialien ist, ist es überraschenderweise nicht erforderlich,
die Oxydschicht zu entfernen. Ist ein nichtmetallischer
Überzug auf einem Metallteil vorhanden, ist es nicht
erforderlich, den anderen Metallteil für dessen Aufnahme zu
grundieren oder in anderer Weise zu präparieren, und es ist
auch kein Flußmittel notwendig.
Das direkte Verbinden nach der Erfindung kann in Form dünner
Nähte, gemusterter oder geformter Versiegelungen oder
Punktschweißungen, oder aber in Form von Großflächenverschweißungen
vorgenommen werden. Das Aluminium kann dabei
die Form von Schichten, Bahnen, Folien, Stäben, Röhren,
Draht, Fäden, Streifen, Fasern, Partikeln oder dergl. oder
aber von Metallspritzbelägen auf einer Bahn, einem Film oder
einer Faser haben.
Neben der Erzielung einer direkten Verbindung zwischen zwei
Metallteilen ist es auch möglich, ein Material, z. B. einen
Überzug oder einen Streifen aus wärmehärtendem Film zu
verwenden, der als Kleber oder Bindemittel im Schweißbereich
wirkt.
Bisher konnte mit Überzug versehenes Aluminium nur mit einer
ähnlich mit Überzug versehenen Oberfläche verbunden werden;
mit dem Verfahren nach der Erfindung ist es jedoch möglich,
eine einen Überzug aufweisende Oberfläche aus Aluminium mit
einer Oberfläche aus Aluminium ohne Überzug zu verbinden,
gleichgültig, ob diese Verbindung direkt zwischen zwei
Metallteilen oder unter Zwischenschaltung eines Überzuges
zwischen den Metallteilen vorgenommen wird.
Überzüge können im Verbindungsbereich entweder als vollständiger
oder als streifenförmiger Überzug, der in flüssiger Form auf
eine der Oberflächen aufgebracht und vor dem Verbindungsvorgang
fixiert wird, oder in Form eines Filmstreifens, z. B. aus
wärmehärtendem Material, das vor dem Bindevorgang zwischen
die Oberflächen eingebracht wird, verwendet werden; des
weiteren können Klebstoffkomponenten der Nahtfläche in Form
von Feststoffmaterial aufgegeben werden, das zur Vereinfachung
des Vorganges vorzugsweise vor dem Verbinden mit einer
Oberfläche verschmolzen wird.
Im Bereich der Direktverbindung können metallische Komponenten
oder Schichten, z. B. eine Schicht aus Aluminiumfolie
zwischen zwei Schichten einer Aluminiumplatte, verwendet
werden, die als Adhäsionsförderer wirken, und es kann ein
schmaler Lötmittelstreifen zwischen den Grenzflächen der
Verschweißung eingesetzt werden. Auch können metallische
Materialien in Partikelform verwendet werden.
Andere Materialien, mit denen Aluminium verschweißt werden
kann, sind Textilmaterialien auf Zellulosebasis, gewebte und
ungewebte Stoffe sowie anorganische Materialien, z. B. Keramik
und Glas einschließlich Glasgewebe.
Der Verbindungseffekt bei dem Verfahren nach der Erfindung
kann durch zusätzliche Anregung der Fläche unterstützt
werden, an der die Verbindung vorgenommen werden
soll, indem Vibrationsenergie im Schall- und Ultraschallbereich,
elektrische oder thermische Energie zugeführt wird.
Die Höhe einer derartigen zusätzlichen Anregung ist jedoch
im Normalfall so gering, daß eine einwandfreie Verbindung
zweier Materialien unter ausschließlicher Anwendung dieser
Anregung nicht zu einer dauerhaften Verbindung führen kann.
In solchen Fällen, in denen die Anregung hoch genug wäre, um
eine Verbindung zwischen den beiden Materialien entstehen zu
lassen, ist die Schweißverbindung mit zusätzlicher Anregung
einer Verbindung, die nur durch diese Anregung erzielt
wurde, bei weitem überlegen. Schweißverbindungen, die nach
dem Verfahren nach der Erfindung ausgeführt worden sind,
zeigen eine wesentlich höhere Qualität der Verbindung,
können mit höherer Geschwindigkeit und mit geringerem Druck
erzielt werden.
Ein Ultraschallwerkzeug, das als Vibrationsenergiequelle
verwendet wird, kann tangential oder horizontal an eine
äußere Oberfläche der Materialien, die mit dem Reibwerkzeug
verschweißt werden sollen, in unmittelbarer Nähe auf einer
gegenüberliegenden Fläche angesetzt werden, oder das
Werkzeug selbst kann mit der Ultraschallenergiequelle
verbunden werden. Der Wirkungsgrad des Ultraschallvorganges
wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entscheidend
gegenüber bekannten reinen Ultraschallmethoden verbessert,
und es kann im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
wesentlich geringeren Drücken gearbeitet werden als sie
erforderlich sind, wenn eine Verbindung zwischen zwei
Materialien mit Hilfe des Ultraschallvorganges allein
vorgenommen werden soll; die Schweißgeschwindigkeit kann
dabei im Falle der Erfindung wesentlich größer gewählt
werden. Auch lassen sich durch Kombination des Verfahrens
nach der Erfindung mit einem Ultraschallverfahren
Verbindungen von Materialien vornehmen, die mit Ultraschallenergie
allein nicht verbunden werden können.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verbindungsverfahren mit
Widerstandsheiz- oder Versiegelungsverfahren kombiniert
werden. Bei einer kontinuierlichen Versiegelung oder
Laminierung kann das Reibrad nach der Erfindung als geerdete
Elektrode dienen, während ein Rad auf der gegenüberliegenden
Seite des Werkstückes mit einem Hochfrequenzgenerator
verbunden sein kann. Z. B. kann mit Hilfe eines elektrischen
Lichtbogens oder einer Koronaentladung, die zwischen einer
Hochfrequenzquelle auf einer Seite des Werkstückes und dem
Reibwerkzeug auf der anderen Seite ausgebildet ist, die
Herstellung einer Direktverbindung unterstützt werden.
In Verbindung mit Erhitzungsvorgängen kann entweder ein
beheizter Träger in Form eines Rades oder einer Walze auf
einer Seite des Werkstückes vorgesehen sein, während das
Reibwerkzeug auf die andere Seite des Werkstückes aufgesetzt
wird, oder aber das Reibwerkzeug selbst kann beheizt sein,
um den Druck oder die Relativgeschwindigkeit des Reibwerkzeuges
niedriger zu halten. In beiden Fällen ist die
Temperatur der beheizten Werkzeuge vorzugsweise hoch und
wird thermostatisch gesteuert. Obgleich Wärme in Verbindung
mit dem Verfahren nach der Erfindung angewendet werden kann,
ist es häufig zweckmäßig, das Reibrad selbst oder den Träger
für die zu verschweißende Anordnung zu kühlen, um ein
Überhitzen zu verhindern.
Das für die Durchführung des Verfahrens nach vorliegender
Erfindung verwendete Werkzeug ist entsprechend dem Vorschlag
nach dem Hauptpatent ein umlaufendes Rad aus glattem,
reibfestem, gegen Abnutzung widerstandsfähigem Material,
vorzugsweise Kunststoff, das entweder mit Molybdänsulfid,
Kohlenstoff oder Graphit gefüllt ist; das Rad kann andererseits
ein laminiertes synthetisches Harzprodukt sein, das
mit Papier, Gewebe oder Asbest verstärkt ist. Derartige
Reibräder können jedoch im Rahmen vorliegender Erfindung
auch aus Keramik und Filz mit metallisierter Oberfläche, aus
Metall, z. B. unlegiertem Stahl, Chromnickelstahl oder
Molybdänlegierungsstahl (HS-Stahl) oder aus Wolframkarbidlegierungen
bestehen. Derartige Metallräder können in besonderer
Weise behandelt, mit Überzug versehen oder gehärtet
sein, sie können auch aus Aluminium und Aluminiumlegierungen,
Graphit und einer Vielzahl von Harzen einschließlich
Fluorkohlenstoffpolymeren und Kopolymeren, Epoxyden und
gefüllten oder ungefüllten thermoplastischen oder hitzehärtbaren
Kunststoffen bestehen.
Der Durchmesser derartiger Reibräder liegt in der Größenordnung
von z. B. 4-8 cm; derartige Reibräder werden vorzugsweise
mit einer Drehzahl zwischen 3000 und 45 000 U/min
angetrieben; im Falle von mit Hochfrequenz angetriebenen
Rädern kann jedoch die Drehzahl 100 000 U/min oder darüber
betragen.
Wird unter Druckanwendung gearbeitet, wird der Druck
normalerweise gegen einen Träger ausgeübt, der ein Rad, eine
Walze, eine stationäre Bahn oder ein umlaufendes Band ist,
oder es wird eine Drucksteuervorrichtung verwendet. Der
Druck kann ferner auch gegen einen Gegenstand ausgeübt
werden, der z. B. umwickelt ist, während in anderen Fällen
der Druck so niedrig gehalten sein kann, daß die Festigkeit
der Materialien selbst, die zwischen Abstützungen gehalten
werden, groß genug ist, damit der erforderliche innige
Kontakt erzielt wird, wenn das Werkzeug gegen die Materialien
gedrückt wird. Druck kann auch von einem Reibrad auf ein
Zwischenmaterial ausgeübt werden, das nicht selbst einen
Druck auf die direkt miteinander zu verbindenden Materialien
ausübt und in Kontakt mit diesen Materialien kommt.
Der direkt oder indirekt aufgebrachte Druck variiert in
seiner Größe je nach der Dicke und anderen charakteristischen
Eigenschaften der zu direkt miteinander verbindenden Materialien
erheblich. Wenn Aluminiumfolie mit Aluminiumfolie oder einer
Unterlage, z. B. aus Papier, verschweißt werden soll, reicht
ein von einem umlaufenden Rad ausgeübter Druck in der
Größenordnung von einigen Torr aus. Ist Aluminiumblech zu
verschweißen, werden Drücke in der Größenordnung von 50 bar
und darüber erforderlich, damit die Bleche in engem
Kontakt miteinander gebracht werden. Während der Verbindungsvorgänge
ist ein einwandfreier Kontakt der Grenzflächen der
miteinander zu verschweißenden Materialien durch Kontaktvorrichtungen
unabhängig von der jeweiligen Reibquelle erforderlich.
Dadurch wird vermieden, daß über die Reibquelle,
z. B. das Reibrad, ein hoher Druck auf das Werkstück ausgeübt
wird. Auf diese Weise wird der Energiebedarf wie auch die
Abnutzung des Reibwerkzeuges erheblich vermindert. Des
weiteren werden Markierungen bzw. Abdrücke durch das
Werkzeug auf die Metalloberfläche auf ein Minimum reduziert.
Die mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielbaren
Schweißgeschwindigkeiten sind sehr hoch. Beispielsweise kann
eine Aluminiumfolie von 20 µm Dicke mit einer Geschwindigkeit
von 1-2 m/s verschweißt werden; Punktschweißungen
von Aluminium mit Aluminium und Aluminium mit Kunststoff
können in einer Zeit von ½₅ s vorgenommen
werden, während das Werkstück relativ zum Reibwerkzeug
bewegt wird.
Eine Einrichtung zum flächigen Laminieren weist im allgemeinen
eine Walze großen Durchmessers als Reibquelle oder eine
Reihe solche Walzen (die Walze oder die Walzen können
erhaben ausgebildet sein, damit eine Verbindung nur in
ausgewählten Bereichen erzielt wird) sowie eine Trägerwalze
auf, die je nach den miteinander zu verbindenden Materialien,
ihrer Dicke und anderen Eigenschaften aufgeheizt oder
gekühlt wird. Ist eine Aluminiumfolie mit einer Unterlage zu
verbinden, haben sich weiche Materialien, z. B. Silikongummi
und Filz, als wirksam für eine Reibrollenabdeckung herausgestellt;
der Filz ist vorzugsweise stark gepreßter Filz und
kann direkt auf der Metallfolienfläche verwendet werden,
wodurch die Oberfläche zusätzlich poliert wird.
Wenn das Produkt, mit dem die Aluminiumfolie oder -bahn
verbunden werden soll, selbst erhabene Bereiche aufweist,
z. B. eine Honigwabenstruktur hat, und die Aluminiumfolie
oder -bahn als Haut auf seine Oberfläche aufgebracht werden
soll, kann die Honigwabenstruktur mit der Aluminiumhaut
bedeckt und auf einem Tisch unterhalb der Reibquelle
transportiert werden, der beide miteinander verbindet.
Die Erfindung ermöglicht ferner auch ein Verbinden von
Aluminium mit Flüssigkeiten, z. B. Überzügen oder Druckfarben.
Obgleich in manchen Fällen die Flüssigkeit selbst bei
der Reibbehandlung das Aluminium benetzt, wird die Festigkeit
der Verbindung verbessert oder überhaupt erst ermöglicht.
Eine Reibbehandlung von Aluminium nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren ergibt nicht nur eine wesentlich verbesserte
Adhäsion eines anschließend aufgebrachten Überzuges, sondern
ermöglicht auch, daß dieser Überzug in einem einzigen
Arbeitsgang aufgebracht wird. Das Gewicht des aufgebrachten
Überzuges kann auch vermindert werden, ohne daß die Adhäsion
mit Aluminium oder mit der Aluminiumfolienkomponente einer
Schichtung, z. B. einer Schichtung aus Aluminiumfolie, Kleber
und Kraftpapier, verringert wird.
Aluminium kann entweder direkt oder indirekt zur Verbesserung
der Adhäsionseigenschaft behandelt werden. Bei einer
indirekten Behandlung wird ein Zwischenmaterial zwischen
Reibquelle und zu behandelndes Material eingebracht, in der
Regel werden die Oberflächen jedoch direkt durch das
Reibelement beaufschlagt. Der Einfluß ist anhaltend und die
Behandlung kann einige Zeit vor dem Vorgang durchgeführt
werden, der die Aluminiumfläche mit der Flüssigkeit in
Berührung bringt oder benetzt.
Materialien für die Walzen, die zur Behandlung der Materialien
und zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften auf
der Bahn verwendet werden, sind vorzugsweise weich und
abriebfrei. Beispielsweise können sie aus Filz, Wolle,
Baumwolle, Samt oder Nylongewebe, Nylon- oder anderen
synthetischen Pelzen, weichem Tuftingteppich und dergl.
bestehen.
Zur Behandlung einer Aluminiumfolienfläche mit einer
Mehrstoffschichtanordnung aus Papier, Kleber und Aluminiumfolie
wird in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit
der Bahn mit niedrigen Reibdrehzahlen in der Größenordnung
von 1000 bis 10 000 U/min behandelt.
Das Reibwerkzeug kann beispielsweise auf eine der tatsächlich
miteinander zu befestigenden Oberflächen aufgesetzt
werden, dies ist jedoch üblicherweise nicht der Fall.
Vielmehr wirkt das Reibwerkzeug in der Regel durch die Dicke
wenigstens einer Materialschicht hindurch und wird auf die
Oberfläche einer Bahn aufgesetzt, die der Fläche gegenüberliegt,
die direkt verbunden werden soll. Das Werkzeug benötigt
keinen direkten Kontakt mit einer der Oberflächen des direkt zu
verbindenden Teiles und wirkt durch einen Zwischenbelag
hindurch, der aus einem gegen Adhäsions- oder Kohäsionseffekt
der Reibbehandlung widerstandsfähigen Material besteht.
Somit können Materialien an den einander berührenden
Grenzflächen durch direkten Kontakt einer oder mehrerer
Außenflächen der miteinander zu verbindenden Materialien
mit einem Reibwerkzeug verbunden werden, oder aber es kann
ein Zwischenmaterial oder eine Zwischenvorrichtung zwischen
diese Anordnung von Materialien und in Kontakt mit dem
Reibwerkzeug vorgesehen sein, ohne daß der durch die
Reibbehandlung erzielte Schweißeffekt unterbunden wird. Der
Zwischenbelag oder die Zwischenvorrichtung haftet nicht an
dem Endprodukt und wird nicht Bestandteil dieses Endproduktes,
vielmehr soll damit die mechanische Wirkung des
Reibwerkzeuges auf die Außenflächen der direkt miteinander zu
verbindenden Materialien verringert und in bestimmten
Fällen der Effekt verbessert werden.
Als Zwischenmaterialien verwendbare Materialien sind
beispielsweise in der GB-PS 12 24 891 beschrieben. Ein für
diesen Zweck besonders gut geeignetes Material ist mit
Polytetrafluoräthylen überzogenes Glasgewebe. Metallfolie
und Metallblech sind insbesondere bei einer Verschweißung
von Aluminium relativ großer Schichtdicke effektiv; dabei
soll die Seite, die in Kontakt mit der zu verbindenden
Anordnung steht, vorzugsweise einen Trennüberzug aufnehmen.
Bei Verwendung eines Zwischenmaterials und insbes. im Fall
einer Verschweißung von Metall mit Metall, bei der die obere
oder äußere zu verbindende Materialschicht Aluminiumblech
ist, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, das Reibwerkzeug
zu schmieren, um eine Übertragung von Aluminium auf
die Oberfläche zu vermeiden und ein Abschrecken der Oberfläche
des Aluminiumbleches zu verhindern.
Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele für das
vorstehend erläuterte Verfahren beschrieben:
Beispiel 1: Schweißverbindung quer zur einer Bahn zweier
unterbrochener Bahnenden einer Aluminiumfolie.
Bei der Herstellung von Aluminiumfolie reißt die Folienbahn manchmal und muß dann wieder zusammengeschweißt werden. Die Produktion wird dabei während dieses Zusammenschweißens unterbrochen. Um die beiden abgerissenen Bandenden wieder miteinander zu verbinden, wird bei herkömmlichen Verfahren eine Ultraschallschweißtechnik angewendet, bei der ein Ultraschallhorn, das vorzugsweise die Form eines Rades hat, über die überlappten Ränder der Bahn geführt wird und die Ränder zusammenschweißt. Der Energieverbrauch bei einer derartigen Methode ist hoch und die Arbeitsgeschwindigkeiten liegen im allgemeinen nicht über 7 bis 8 m/s. Außerdem sind die Kosten für die Ultraschallwerkzeuge und den Ultraschallgenerator hoch.
Bei der Herstellung von Aluminiumfolie reißt die Folienbahn manchmal und muß dann wieder zusammengeschweißt werden. Die Produktion wird dabei während dieses Zusammenschweißens unterbrochen. Um die beiden abgerissenen Bandenden wieder miteinander zu verbinden, wird bei herkömmlichen Verfahren eine Ultraschallschweißtechnik angewendet, bei der ein Ultraschallhorn, das vorzugsweise die Form eines Rades hat, über die überlappten Ränder der Bahn geführt wird und die Ränder zusammenschweißt. Der Energieverbrauch bei einer derartigen Methode ist hoch und die Arbeitsgeschwindigkeiten liegen im allgemeinen nicht über 7 bis 8 m/s. Außerdem sind die Kosten für die Ultraschallwerkzeuge und den Ultraschallgenerator hoch.
Mit einem Direktverbindungsverfahren nach der Erfindung ist die
Verbindung der gerissenen Bahnteile mit hoher Geschwindigkeit
möglich. Das umlaufende Reibrad ist mit einem Bahnvorschubmechanismus
befestigt, der Geschwindigkeiten von mehr
als 1 m/s ermöglicht. Es ist so angeordnet, daß nur die
untere Radkante aus dem Gehäuse vorsteht. Die Metallträgerrolle
ist mit einer Abdeckung aus mit Kohlenstoff gefülltem
Hartgummi versehen, der einen weichen Träger für das Reibrad
bildet und der eine rasche Abnutzung verhindert. Das Reibrad
besteht aus mit Molybdänsulfid gefülltem Polyimidharz und
weist abgerundete, konturierte Kanten auf, hat einen
Durchmesser von 5,5 cm und an der Arbeitsfläche eine Breite
von 2 mm.
Das Reibrad wird mit Hilfe eines Antriebsmotors von 0,37 kW
mit einer am Regeltransformator eingestellten Regelspannung
von 240 V etwa mit einer Geschwindigkeit von 30 000 U/min
angetrieben. Das Auflagegewicht des Rades auf die Oberfläche der
Aluminiumfolie übersteigt einen Wert von 200-300 g bei
einer Kontaktfläche von 2 mm² nicht. Das Werkzeug und der
Vorschubmechanismus werden gleichzeitig in Bewegung gesetzt,
und es wird in 1 s eine 1 m breite Bahn direkt miteinander verbunden. Dabei
wird an den Foliengrenzflächen eine echte kohäsive Verbindung
erzielt, die die Reißfestigkeit der Aluminiumfolie
selbst übersteigt. Die Verbindung erfolgt mit einer Geschwindigkeit,
die eine minimale Unterbrechung der Produktion
gewährleistet. Eine Direktverbindung ohne Maschinenstillstand
wird erzielt, wenn die Verbindungsnaht kontinuierlich
ausgebildet wird.
Beispiel 2: Versiegeln von Aluminiumfolie mit Papier
Die Bedingungen für das Direktverbinden sind die gleichen wie bei Beispiel 1. Der Hartgummiträger ist jedoch mit weichem Aluminiumblech von 1 mm Dicke überzogen. Die Verbindung wird in Bewegungsrichtung der Bahn vorgenommen, wobei ein 0,74 kW-Motor gleichzeitig drei Reibräder antreibt. Die Aluminiumfolienbahn wird auf die Oberseite einer Bahn aus Papiergewebe, wie sie z. B. für den Überzug von Zigarettenpackungen verwendet wird, aufgebracht und wird auf eine einzige Aufwickelrolle aufgewickelt. Die Verbindungsgeschwindigkeiten können höher als 1 m/s sein und die erzielte Verbindung ist zur Verwendung des Laminats für zahlreiche Anwendungsfälle in der Verpackungsindustrie ausreichend.
Die Bedingungen für das Direktverbinden sind die gleichen wie bei Beispiel 1. Der Hartgummiträger ist jedoch mit weichem Aluminiumblech von 1 mm Dicke überzogen. Die Verbindung wird in Bewegungsrichtung der Bahn vorgenommen, wobei ein 0,74 kW-Motor gleichzeitig drei Reibräder antreibt. Die Aluminiumfolienbahn wird auf die Oberseite einer Bahn aus Papiergewebe, wie sie z. B. für den Überzug von Zigarettenpackungen verwendet wird, aufgebracht und wird auf eine einzige Aufwickelrolle aufgewickelt. Die Verbindungsgeschwindigkeiten können höher als 1 m/s sein und die erzielte Verbindung ist zur Verwendung des Laminats für zahlreiche Anwendungsfälle in der Verpackungsindustrie ausreichend.
Beispiel 3: Laminieren von Aluminiumfolie mit gewebtem
Glasleinen
Aluminiumfolie von 20 µm Dicke ist auf gewebtes Glasleinen aufgewickelt; diese Kombination wird auf einer Trägeroberfläche aus Gummi angeordnet, der selbst auf einem Holzbrett aufgeklebt ist, das mit dem Vorschubschienengerüst befestigt ist. Der Reibkopf besteht aus einem Kopf aus hartem Preßfilz mit einer Breite von 3 cm und einem Durchmesser von 4 cm. Die angewendeten Auflagedrücke liegen an der Konktaktstelle in der Größenordnung von 20 N, und die Anordnung wird an dem Reibkopf mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 cm/s vorbeigeführt. Dabei ergibt sich eine feste Verbindung der Folie mit dem Glasgewebe; gleichzeitig wird die Aluminiumfolie texturiert.
Aluminiumfolie von 20 µm Dicke ist auf gewebtes Glasleinen aufgewickelt; diese Kombination wird auf einer Trägeroberfläche aus Gummi angeordnet, der selbst auf einem Holzbrett aufgeklebt ist, das mit dem Vorschubschienengerüst befestigt ist. Der Reibkopf besteht aus einem Kopf aus hartem Preßfilz mit einer Breite von 3 cm und einem Durchmesser von 4 cm. Die angewendeten Auflagedrücke liegen an der Konktaktstelle in der Größenordnung von 20 N, und die Anordnung wird an dem Reibkopf mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 cm/s vorbeigeführt. Dabei ergibt sich eine feste Verbindung der Folie mit dem Glasgewebe; gleichzeitig wird die Aluminiumfolie texturiert.
Beispiel 4: Laminieren von Aluminiumfolie mit gewebtem
Baumwolltuch
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden der gleiche Aufbau und die gleichen Parameter wie im Falle des Beispiels 3 verwendet; die Geschwindigkeit des rotierenden Werkzeuges und die Regelspannung werden erhöht. Es wird eine Laminierung der Aluminiumfolie mit dem Baumwollgewebe ohne Verwendung eines Klebers erzielt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden der gleiche Aufbau und die gleichen Parameter wie im Falle des Beispiels 3 verwendet; die Geschwindigkeit des rotierenden Werkzeuges und die Regelspannung werden erhöht. Es wird eine Laminierung der Aluminiumfolie mit dem Baumwollgewebe ohne Verwendung eines Klebers erzielt.
Beispiel 5: Direktverbinden von Aluminiumblech von 110 µm
Dicke mit zinnfreiem Blech von 150 µm Dicke
Zinnfreies Blech wird über einer Aluminiumbahn angeordnet; beide Bleche werden auf einer Unterlage so festgeklemmt, daß sie innigen Kontakt miteinander haben. In der Befestigungsvorrichtung ist ein Spalt vorgesehen, an welchem die Verbindung hergestellt wird. In diesen Spalt greift ein Rad aus Wolframkarbid mit einer Kontaktfläche von 3 mm Breite und einem Durchmesser von 6 cm ein, während die Fläche an dem Rad mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/s vorbeigeführt wird. Das Rad rotiert mit einer Drehzah von 20 000 U/min und ergibt einen Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Bleches bei einer Belastung von 1,8 kg. Das Blech wird dadurch direkt mit dem Aluminiumblech verbunden. Auf diese Weise können z. B. Handgriffe mit Aluminiumgefäßen oder deren Deckeln verbunden werden.
Zinnfreies Blech wird über einer Aluminiumbahn angeordnet; beide Bleche werden auf einer Unterlage so festgeklemmt, daß sie innigen Kontakt miteinander haben. In der Befestigungsvorrichtung ist ein Spalt vorgesehen, an welchem die Verbindung hergestellt wird. In diesen Spalt greift ein Rad aus Wolframkarbid mit einer Kontaktfläche von 3 mm Breite und einem Durchmesser von 6 cm ein, während die Fläche an dem Rad mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/s vorbeigeführt wird. Das Rad rotiert mit einer Drehzah von 20 000 U/min und ergibt einen Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Bleches bei einer Belastung von 1,8 kg. Das Blech wird dadurch direkt mit dem Aluminiumblech verbunden. Auf diese Weise können z. B. Handgriffe mit Aluminiumgefäßen oder deren Deckeln verbunden werden.
Claims (7)
1. Verfahren zum direkten Verbinden von Metallteilen miteinander,
bei dem mindestens zwei miteinander zu verbindende
Metallteile in dem Bereich in innigem Kontakt miteinander
gehalten werden, in welchem die Verbindung an
einer Grenzfläche zwischen diesen Metallteilen ausgebildet
werden soll, bei welchem
- a) die Metallteile einer Reibbehandlung auf einer Arbeitsfläche im Bereich der vorzunehmenden Verbindung unterzogen werden,
- b) die Reibbehandlung in Form einer Reibbewegung mit hoher Relativgeschwindigkeit zwischen einem Reibwerkzeug und der Arbeitsfläche durchgeführt wird und
- c) ein außerordentlich lokalisierter Energieimpuls hoher Intensität an der Grenzfläche der Materialteile erzeugt wird,
nach DE-Patent 22 10 855
dadurch gekennzeichnet,
daß metallisches Aluminium verbunden wird mit einem Material
aus der folgenden Gruppe:
Metalle,
Flüssigkeiten,
Cellulosederivate,
anorganische Materialien und
wärmehärtende Kunststoffe.
Metalle,
Flüssigkeiten,
Cellulosederivate,
anorganische Materialien und
wärmehärtende Kunststoffe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Reibbehandlung gleichzeitig mit dem Halten der Materialien
in innigem Kontakt vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
miteinander zu verbindenden Materialien nicht direkt, sondern
vermittels eines Zwischenmaterials mit der Reibbehandlung
beaufschlagt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verbinden durch zusätzlich zugeführte Vibrationsenergie
im Schall- und Ultraschallbereich oder durch
zusätzlich geführte elektrische oder thermische Energie unterstützt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Zwischenmaterial in unmittelbarer Nähe der miteinander zu
verbindenden Materialien angeordnet wird, jedoch nicht in
direktem Kontakt mit diesen Materialien.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als metallisches Aluminium eine
Aluminiumfolie verwendet wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722219290D DE2219290A1 (de) | 1972-04-20 | 1972-04-20 | Verfahren zur herstellung von adhaesiven oder kohaesiven verbindungen |
DE19722219290 DE2219290C2 (de) | 1972-04-20 | 1972-04-20 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19722219290 DE2219290C2 (de) | 1972-04-20 | 1972-04-20 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2219290C2 true DE2219290C2 (de) | 1990-07-19 |
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ID=5842666
Family Applications (2)
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---|---|---|---|
DE19722219290D Granted DE2219290A1 (de) | 1972-04-20 | 1972-04-20 | Verfahren zur herstellung von adhaesiven oder kohaesiven verbindungen |
DE19722219290 Expired - Lifetime DE2219290C2 (de) | 1972-04-20 | 1972-04-20 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19722219290D Granted DE2219290A1 (de) | 1972-04-20 | 1972-04-20 | Verfahren zur herstellung von adhaesiven oder kohaesiven verbindungen |
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DE (2) | DE2219290A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4431989A1 (de) * | 1994-09-08 | 1996-03-14 | Opel Adam Ag | Schweißmaschine zur Verbindung zweier Dünnbleche und Schweißverbindung |
DE102018008994A1 (de) | 2018-11-15 | 2020-05-20 | Gentherm Gmbh | Baugruppe |
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DE3147255C2 (de) * | 1981-11-28 | 1986-08-28 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Vorrichtung zum Verschweißen von Bauteilen unter Verwendung von Ultraschall, insbesondere von Solarzellenkontakten und Solarzellenverbindern |
US5735446A (en) * | 1995-07-05 | 1998-04-07 | Ford Global Technologies, Inc. | Friction welding non-metallics to metallics |
US5879206A (en) * | 1997-11-05 | 1999-03-09 | Ford Global Technologies, Inc. | Terminal connector capable of attachment to a metallic surface |
US6019272A (en) * | 1997-11-12 | 2000-02-01 | Ford Global Technologies, Inc. | Method for attaching a terminal connector to a metallic surface |
-
1972
- 1972-04-20 DE DE19722219290D patent/DE2219290A1/de active Granted
- 1972-04-20 DE DE19722219290 patent/DE2219290C2/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4431989A1 (de) * | 1994-09-08 | 1996-03-14 | Opel Adam Ag | Schweißmaschine zur Verbindung zweier Dünnbleche und Schweißverbindung |
DE102018008994A1 (de) | 2018-11-15 | 2020-05-20 | Gentherm Gmbh | Baugruppe |
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