DE60015815T2

DE60015815T2 - Drehendes Reibungsschweißverfahren zur Herstellung eines Bauteils und provisorisches Schweißen von Teilen des Bauteils

Info

Publication number: DE60015815T2
Application number: DE60015815T
Authority: DE
Inventors: Masakuni Kudamatsu-shi Ezumi; Kazusige Kudamatsu-shi Fukuyori; Akihiro Hitachi-shi Satou
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: KR100502814B1; CN1275451A; KR20010049442A; DE60006450D1; DE60006450T2; DE60015815D1; US6513698B2; EP1057576B1; EP1310320A1; CN1311948C; AU747027B2; US6273323B1; US6325274B2; US20020030082A1; AU3634200A; CN1188230C; EP1310320B1; US20020017551A1; TW449519B; US6502739B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturkörpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch Reibrührverbinden und kann z.B. bei der Herstellung einer Karosserie für ein Schienenfahrzeug verwendet werden.
Reibrührverbinden ist ein Verfahren, in welchem ein sich drehender runder Stab (wird als "Drehwerkzeug" bezeichnet), der in eine Verbindungsfläche eingeführt wird, entlang der Verbindungslinie bewegt wird und in welchem die Verbindungsfläche erhitzt, erweicht und festverflüssigt wird, so dass eine Festphasenverbindung stattfindet.
Das Drehwerkzeug umfasst einen Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser, der in die Verbindungsfläche eingeführt wird, und einen Abschnitt mit einem großen Durchmesser, der angrenzend an den Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser angeordnet ist. Der Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser und der Abschnitt mit dem großen Durchmesser des Drehwerkzeugs sind koaxial. Die Grenze oder Schulter zwischen dem Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser und dem Abschnitt mit dem großen Durchmesser des Drehwerkzeugs wird ein wenig in die Verbindungsfläche eingebracht. Die Achse des Drehwerkzeugs kann in Bezug auf die Vorschubrichtung des Werkzeugs während des Verbindens nach hinten geneigt werden.
Für die Herstellung einer Karosserie (Körper) für ein Schienenfahrzeug ist bekannt, dass die extrudierten Rahmenelemente, z.B. Elemente aus einer Aluminiumlegierung, mittels Reibrührung verbunden werden. Die Längsrichtung des extrudierten Rahmenelements ist in die Längsrichtung des Körpers ausgerichtet, während die Breitenrichtung des extrudierten Rahmenelements in der Umfangsrichtung des Körpers liegt. In der Seite des Körpers mit einer solchen Konstruktion ist eine Öffnung wie etwa ein Fenster vorgesehen. Siehe JP-A-09-309164 (EP-A-0797043). EP-A-893190, auf welcher der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert, beschreibt ein ähnliches Verfahren der Reibrührverbindung, in welchem ein temporäres Schweißen der Elemente durchgeführt werden kann.
Da die Höhe eines Fensters eines Auto-Körpers größer als die Breite eines extrudierten Rahmenelements ist, ist das Fenster in zwei oder drei Rahmenelementen ausgeführt. Aus diesem Grund werden extrudierte Rahmenelemente, in welchen ein abgeschnittener Abschnitt oder abgeschnittene Abschnitte im Wesentlichen entsprechend dem Fenster vorgesehen ist/sind, gemeinsam angeordnet und verbunden.
Eine Vorrichtung für das Reibrührverbinden zur Herstellung des Auto-Körpers umfasst ein Bett, um die extrudierten Rahmenelemente darauf zu montieren, und einen Verschieber, in welchem mehrere Drehwerkzeuge montiert sind. Durch den Verschieber werden mehrere Drehwerkzeuge bewegt und mehrere extrudierte Rahmenelemente gleichzeitig verbunden.
Werden mehrere extrudierte Rahmenelemente gleichzeitig durch Drehwerkzeuge verbunden, die unterhalb des Verschiebers montiert sind, so wird dieses Drehwerkzeug von den extrudierten Rahmenelementen zurückgezogen, wenn ein erstes Drehwerkzeug eine Position eines Fensters erreicht, und der Vorgang der Reibrührverbindung wird angehalten, während ein zweites Drehwerkzeug zum Verbinden eines Abschnitts, in welchem das Fenster nicht vorhanden ist, den Vorgang des Reibrührverbindens fortsetzt. Erreicht der Verschieber das andere Ende des Fensters, wird das erste Drehwerkzeug in die Verbindungsfläche eingeführt, und der Vorgang des Reibrührverbindens setzt erneut ein. In diesem Vorgang kann, wenn das erste Drehwerkzeug in die Verbindungsfläche eingeführt wird, leicht ein Fehler in der Verbindung erzeugt werden. Weiters kann zu Beginn des Reibrührverbindens eine Kraft erforderlich sein, um das Drehwerkzeug in die Verbindungsfläche einzuführen, da die Temperatur nicht erhöht ist. Zusätzlich dazu wird eine schräg wirkende Kraft an einem Tragelement des Drehwerkzeugs erzeugt, da das Drehwerkzeug für das Einführen bewegt wird. Das Tragelement sollte groß sein, und somit kann die Lebensdauer des Drehwerkzeugs kurz sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbindung mit guter Qualität in einem Fall zu erreichen, in welchem mehrere Verbindungslinien gleichzeitig in einem Vorgang der Reibrührverbindung verbunden werden, und es gibt einen Abschnitt, in welchem die zu verbindenden Elemente entlang eines Abschnitts ohne Zwischenraum beabstandet sind. Ein zweites Ziel besteht darin, die Zeit, die für einen solchen Verbindungsvorgang erforderlich ist, zu verkürzen.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturkörpers bereit, wie dies in Anspruch 1 dargelegt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Strukturkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens der ersten Ausführungsform.
3 ist ein Längsquerschnitt von Abschnitten eines Strukturkörpers, der durch ein Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
4 ist eine Perspektive einer Vorrichtung zur Reibrührverbindung, die in der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt.
5 ist eine Perspektive einer Karosserie eines Schienenfahrzeugs, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt werden kann.
6 ist eine Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Strukturkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Die 1 und 2 offenbaren ein Verfahren, das nicht durch den Gegenstand der Ansprüche der vorliegenden Erfindung abgedeckt ist.
Die 3 bis 5 zeigen die Herstellung eines Schienenfahrzeugs als Beispiel für die Erfindung. Wie in 5 dargestellt ist, umfasst die Karosserie einen Seiten-Struktur körper 201 als eine Seitenfläche, einen Dachstrukturkörper 202 als Dach, einen Bodenrahmen 203 sowie einen Stirnstrukturkörper 204 als Stirnabschnitt in die Längsrichtung der Karosserie.
Der Seitenkörper 201, der Dachkörper 202 und der Bodenrahmen 203 bestehen jeweils aus mehreren extrudierten Rahmenelementen. Die Längsrichtung (Extrusionsrichtung) jedes Rahmenelements weist in die Längsrichtung des Körpers. Das Material des extrudierten Rahmenelements ist eine Aluminiumlegierung.
Wie in 5 dargestellt ist, umfasst der Seitenkörper 201 extrudierte Rahmenelemente 10, 20, 30, 40. In den Rahmenelementen 20, 30 befindet sich ein Fenster 210. Eine Einlass- und Auslassöffnung oder eine Türöffnung 220 des Seitenkörpers 201 befindet sich in allen extrudierten Rahmenelementen 10, 20, 30, 40. An der Einlass- und Auslassöffnung 220 wird in vielen Fällen ein Rahmen geschweißt, nachdem die extrudierten Rahmenelemente 10, 20, 30, 40 verbunden worden sind. Dasselbe gilt auch für das Fenster 210. Die extrudierten Rahmenelemente 10, 20, 30 schneiden somit vollständig an der Ein- und Auslassöffnung 220 ab.
Es ist dargestellt, dass dieser Seitenkörper 210 aus den vier extrudierten Rahmenelementen 10, 20, 30, 40 besteht, aber wenn hohle extrudierte Rahmenelemente verwendet werden, kann der Seitenkörper 201 aus extrudierten Rahmenelementen hergestellt werden. Weiters wird, wenn das Fenster 210 aus den drei extrudierten Rahmenelementen besteht, das mittlere Rahmenelement am Fenster in einer Zwischenposition abgeschnitten.
3 zeigt die extrudierten Rahmenelemente 20, 30. Die anderen Rahmenelemente 10, 40 sind diesen ähnlich. Die extrudierten Rahmenelemente 20, 30 sind hohle Rahmenelemente.
Das hohle Rahmenelement 20 umfasst zwei Planplatten 21, 22, mehrere Rippen 23, welche die Platten 21, 22 versteift angeordnet verbinden, sowie eine Stützrippe oder -platte 24, welche die zwei Planplatten 21, 22 an einem Stirnabschnitt (einem Verbindungsabschnitt) in eine Breitenrichtung des hohlen Rahmenelements 21 verbinden. Das hohle Rahmenelement 30 umfasst zwei Planplatten 31, 32, zahlreiche Rippen 33, welche die Platten 31, 32 versteift angeordnet verbinden, sowie eine Stützrippe oder -platte 43, welche die zwei Planplatten 31, 32 an einem Endabschnitt (Verbindungsabschnitt) in die Breitenrichtung des hohlen Rahmenelements 30 verbinden.
Am Stirnabschnitt (dem Verbindungsabschnitt) jeder der Planplatten 21, 22 ist ein erhöhter Abschnitt 25 vorgesehen, der über die Planplatte (von dieser weg) hinausragt. Am Stirnabschnitt (dem Verbindungsabschnitt) jeder der Planplatten 31, 32 ist ähnlich ein erhöhter Abschnitt 35 vorgesehen, der über die Planplatte vorsteht. Am Stirnabschnitt des hohlen Rahmenelements 30 sind seitlich vorstehende Rippen 36 vorgesehen, um diese in das gegenüberliegende hohle Rahmenelement 30 zwischen den Planplatten 21, 22 einzuführen, um auf diese Weise Sitze auszubilden, um dadurch die Einführkraft des Drehwerkzeugs 340 aufzunehmen.
Die Breite der erhöhten Abschnitte 25 und 35 ist gleich. Die gegenüberliegenden Stirnflächen der erhöhten Abschnitte 25, 35 sind in die Ausdehnung der Plattendicke der Stützplatte 34 angeordnet. Die Achse des Drehwerkzeugs 340 der Vorrichtung zum Reibrührverbinden 330 liegt an den Stirnflächen der erhöhten Abschnitte 25, 35.
Die extrudierten Rahmenelemente 10, 20, 30, 40 des Seitenkörpers 210 sind auf einem Bett 310 der Vorrichtung zum Reibrührverbinden 300 montiert und am Bett 310 fixiert. Oberhalb der befestigten extrudierten Rahmenelemente läuft ein Vorschubrahmen 320 auf Schienen 329 auf beiden Seiten des Betts 310. Unter einem Träger oder Balken 321 des Rahmens 320 sind drei Reibrührverbindungseinheiten 330 montiert, wobei sich die Drehwerkzeuge 340 an deren unteren Enden befinden. Die jeweiligen Reibrührverbindungseinheiten 330 können unabhängig voneinander eine Vorschubbewegung entlang des Balkens 321 vornehmen, das Drehwerkzeug 340 anheben und absenken sowie das Drehwerkzeug 340 drehen.
Jede Reibrührverbindungseinheit 330 weist einen optischen Sensor auf, der den Abstand von den Deckflächen der erhöhten Abschnitte 25, 35 detektiert und die Einführtiefe des Drehwerkzeugs 340 mit einem vorbestimmten Wert festlegt. Weiters detektiert der optische Sensor die Breitenposition der erhöhten Abschnitte 25, 35 und legt die Achse des Drehwerkzeugs 340 so fest, dass diese mit der Mitte dieser zusammenfällt.
In den extrudierten Rahmenelementen 20, 30, in welchen ein Fenster 210 vorgesehen ist, werden zuvor Öffnungen mit im Wesentlichen der Form des Fensters an der Position des Fensters bereitgestellt, indem die Rahmenelemente 20, 30 geschnitten werden.
Die Rahmenelemente 10, 20, 30, in welchen sich die Öffnung 220 befindet, werden geschnitten und mit einem Abstand für die Öffnung 220 angeordnet. Im Rahmenelement 40 wird zuvor am oberen Ende der Öffnung 220 eine Öffnung mit im Wesentlichen der erwünschten Öffnungsform an der Position der Öffnung 220 bereitgestellt, indem das Rahmenelement 40 geschnitten wird.
Eine Erklärung für die schneidenden Öffnungen für das Fenster 210 folgt. Die Verbindungsfläche der zwei Rahmenelemente 20, 30 weist beim Fenster 210 einen Anfang und ein Ende der Verbindungslinie auf. Die Rahmenelemente 20, 30 werden in der Nähe der Verbindungslinie geschnitten, um Flansche 28, 38 und 29, 39 auszubilden, die in das Fenster 210 vorstehen. Die Breite der jeweiligen Flansche 28, 38 und 29, 39 wird so gewählt, dass die Stützplatten 24, 34 und die erhöhten Abschnitte 25, 35 umfasst sind. Das Schneiden an der Öffnung 220 wird ähnlich ausgeführt. Die Rahmenelemente 10, 20, 30, 40 werden geschnitten, um so die jeweiligen Flansche 28, 38 und 29, 39 auszubilden. Weiters sind solche Flansche 28, 38 und 29, 39 jeweils an beiden Enden in die Längsrichtung des Seitenkörpers 201 vorgesehen.
Werden die hohlen Rahmenelemente 10, 20, 30, 40 am Bett 310 befestigt, so werden die erhöhten Abschnitte 25, 35 der aufeinanderstoßenden Abschnitte der Rahmenelemente intermittierend und kurzzeitig entlang der Verbindungslinien mittels Lichtbogenschweißen miteinander verbunden. Die Stirnflächen der Blättchen 28, 38, 29, 39 an den Anfangs- und Endpunkten der Verbindungslinie werden kurzzeitig verbunden. "W" zeigt in den 1 und 6 diese temporären Schweißstellen an. Insbesondere die temporären Schweißstelle W des Anfangs wird auf den Deckflächen der erhöhten Abschnitte 25, 35 und auf den Stirnflächen in die Längsrichtung der Rahmenelemente 10, 20, 30, 40 durchgeführt. Der Bereich der temporären Schweißstelle an der Stirn reicht von den Deckflächen der erhöhten Abschnitte 25, 35 bis zu den Flanschen 36. Die kurzzeitige fixierende Schweißnaht "W" stellt keine V-förmige Rille sondern eine I-förmige Rille bereit.
In diesem Zustand wird der Vorgang der Reibrührverbindung von einem Längsende der Rahmenelemente begonnen. Die rotierenden Drehwerkzeuge 340 werden abgesenkt und in die erhöhten Abschnitte 25, 35 am Ausgangsende der Verbindungslinien eingeführt. Wie 1 an der Linie P4 für das Werkzeug 340A im Fall der Fensteröffnung zeigt, befindet sich die Einführstelle in den Flanschen 28, 29, 38, 39 etc. in jedem Fall zum Ende der Verbindungslinie in Bezug auf die kurzzeitige Schweißung "W" hin, d.h. sie ist von der Schweißnaht "W" leicht beabstandet.
Das Ende des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 341 des Drehwerkzeugs 340 wird in die Deckfläche der vorstehenden Rippe 36 eingeführt. Die Position des unteren Endes des Abschnitts mit großem Durchmesser 342 des Drehwerkzeugs 340 liegt zwischen der Höhe der Außenflächen der Flächenplatten 21, 31 und der Oberseite der erhöhten Abschnitte 25, 35, d.h. innerhalb der Höhe der erhöhten Abschnitte. Die Position der Achse des Drehwerkzeugs 340 liegt zwischen den zwei erhöhten Abschnitten 25, 35. Der Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser 341 des Drehwerkzeugs 340 ist ein Schraubelement.
Werden die Drehwerkzeuge 340 auf dem Verschieber 320 in die vorbestimmten Tiefen eingeführt, so wird die Bewegung des Verschiebers 320 mit mehreren Reibrührverbindungsvorrichtungen 330 gestartet, und der Vorgang des Reibrührverbindens wird durchgeführt.
Als nächstes wird die Funktion der Vorrichtung für das Reibrührverbinden 330 am Fenster 210 und an der Öffnung 220 in Bezug auf die 1 und 2 (die Ausführungsform ist nicht durch den Gegenstand der Ansprüche der vorliegenden Erfindung abgedeckt) erklärt. Das Drehwerkzeug 340 auf der Verbindungslinie, die das Fenster 210 schneidet, ist mit "340A" bezeichnet, und das Drehwerkzeug 340 der Verbindungslinie ohne Fenster 310 ist als "340B" bezeichnet. Die Drehwerkzeuge 340A und 340B sind auf derselben Querlinie angeordnet und bewegen sich in 1 von links nach rechts.
Die Reibrührverbindung erfolgt vom linken Ende der extrudierten Rahmenelemente, und wenn die Drehwerkzeuge 340A und 340B die Position P1 in den Flanschen 28 und 38 des Fensters 210 erreichen, wird das Werkzeug 340A, während es sich dreht, nach oben zurückgezogen. Die Bewegung des Werkzeugs wird fortgesetzt. Aus diesem Grund wird das Drehwerkzeug 340A allmählich angehoben. Die Position P1 wird durch die Vorschubgeschwindigkeit des Verschiebers 320 festgelegt, und sie wird auch zuvor bestimmt. Siehe Schritt S10 und Schritt S30 in 2. Nach dem Verbinden durch Reibrühren werden die Flansche 28, 38 abgeschnitten. Aus diesem Grund wird die Position P1 so gewählt, dass stromauf von dieser Position die Verbindungstiefe hinsichtlich des Aspekts der Festigkeit unerheblich ist.
Das Drehwerkzeug 340A, in welchem kein Fenster 210 vorhanden ist, wird nicht angehoben, sondern setzt, während es vorgeschoben wird, den Vorgang der Reibrührverbindung fort.
Da das Drehwerkzeug 340A während des Vorschiebens angehoben wird, ohne dass dabei die Bewegung der Werkzeuge 340A und 340B angehalten wird, kann Zeit gespart werden.
Wurde das Drehwerkzeug 340A auf eine vorbestimmte Position (eine Position P2) angehoben, wird seine Rotationsbewegung angehalten. In der erhöhten Position des Werkzeugs 340A liegt das Werkzeug über der Höhe der erhöhten Abschnitte 25, 35.
Nähern sich die Drehwerkzeuge 340A und 340B der Position des anderen Endes des Fensters 210, nämlich einer vorbestimmten Position P3 vor dem Ende der Flansche 29, 30, so wird das Drehwerkzeug 340B leicht angehoben (zurückgezogen). Die Bewegung des Verschiebers 320 wird fortgesetzt. Die Verbindungstiefe des Drehwerkzeugs 340B verringt sich allmählich. Siehe Schritt S50 und Schritt S70 in 2.
Ist die Position P4, die in die Längsrichtung der Flansche 29, 39 liegt, erreicht, so wird der Verschieber 320 zum Anhalten gebracht. Da die Aufwärtsbewegung des Drehwerkzeugs 340B fortgesetzt wird, wird es vollständig aus der Verbindung herausgezogen. An der Position P4 kann die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung des Drehwerkzeugs 340B erhöht werden. Die Position P4 liegt stromab des kurzzeitigen Schweißabschnitts W an den Enden der Flansche 29, 39. Siehe Schritt S90 und Schritt S110 in 2.
Der Abstand zwischen der Position P3 und der Position P4 beträgt z.B. 50 mm. Der Abhebabstand des Drehwerkzeugs 340B zwischen der Position P3 und der Position P4 beträgt z.B. 0,5 mm. Die Verbindungstiefe wird verringert, aber die minimale Verbindungstiefe ist so gewählt, dass es hinsichtlich der Verbindungsfestigkeit keinerlei Probleme gibt.
Wird das Drehwerkzeug 340B vollständig herausgezogen, so wird am Verbindungsabschnitt ein Loch ausgebildet, das dem Durchmesser des Abschnitts mit dem kleinen Durchmesser 341 des Drehwerkzeugs 340 entspricht. Als nächstes werden an der Position P4 alle Drehwerkzeuge 340A und 340B gedreht und abgesenkt, um bis in die vorbestimmte Tiefe eingeführt zu werden. Siehe Schritt S130. Das Drehwerkzeug 340B wird in das Loch, das es zurückgelassen hat, bis zur regulären Tiefe, welche dieselbe ist wie vor der Position P3, d.h. vor dem Beginn des Anhebens des Drehwerkzeugs 340B, eingeführt. An der Position P4 ist die Einführtiefe jene Tiefe, an welcher der vorherige Vorgang des Reibrührverbindens angehalten wurde plus 0,5 mm, d.h. 0,5 mm unterhalb des Bodens des Loches, welches erzeugt wird, wenn das Drehwerkzeug 340B herausgezogen wird.
In diesem Zustand wird die Bewegung des Drehwerkzeugs erneut gestartet, und der Vorgang des Reibrührverbindens mit der regulären Tiefe wird ebenfalls erneut gestartet. Siehe Schritt S150.
Somit wird an der Position P4 das Reibrührverbinden erneut an dem Loch gestartet, das dadurch ausgebildet wird, dass das Drehwerkzeug 340B herausgezogen wird. Aus diesem Grund ist das Loch vom Metall der erhöhten Abschnitte 25, 35, die eine Materialquelle darstellen, bedeckt. Da die Position des erneuten Starts am unteren Ende des Drehwerkzeugs 340B unterhalb jener des Bodenendes des Lochs liegt und da der untere Abschnitt des Lochs vollständig verbunden ist, kann weiters das Auftreten eines Fehlers an dieser Stelle verhindert werden. Insbesondere da das Metall am unteren Abschnitt des Lochs vollständig durch das Drehwerkzeug 340B gerührt wird, kann ein Fehler am Mittelabschnitt des Bodenendes des Lochs verhindert werden. Da ein Fehler am Mittelabschnitt des Bodenendes des Lochs auftreten kann, ist das Fehlerausmaß nicht groß, und in Hinblick auf den Aspekt der Festigkeit kann ein vollständig wirksame Verbindung erreicht werden.
Da die Einführposition des Drehwerkzeugs 340A an einer Stelle stromab der kurzzeitigen Schweißstelle W des Endes der Flansche 29, 39 gebildet wird, wird ein Abstand an der Verbindungslinie nicht bedeutend verbreitert. Demgemäß kann eine gute Verbindung ausgeführt werden.
Am nächsten Fenster 210 verläuft der Vorgang ähnlich. An der Einlass- und Auslassöffnung 220 wird die Bewegung des Anhebens und Absenkens des Drehwerkzeugs 340 ebenfalls auf ähnliche Weise ausgeführt. Natürlich ist es nicht erforderlich, dass alle Drehwerkzeuge 340 auf derselben Querlinie angeordnet sind.
Nachdem der Vorgang des Verbindens bis zum weiteren Ende der Struktur ausgeführt wurde, wird der aus mehreren hohlen Rahmenelementen bestehende Körper reversiert (umgedreht), und der Vorgang des Reibrührverbindens wird in einer ähnlichen Weise auf der anderen Seite an den Flächenplatten 22, 32 ausgeführt. Die übrigen erhöhten Abschnitte an der Außenflächenseite des Körpers werden abgeschnitten, um die Außenfläche an den Verbindungsflächen bündig mit der angrenzenden Oberfläche der Flächenplatten auszuführen.
Besteht mit der obig beschriebenen Einführtiefe des Werkzeugs 340B an der Position P4 das Risiko eines Fehlers, so kann das Drehwerkzeug 340B noch tiefer eingeführt werden, um den Verbindungsabschnitt dicker zu machen. Nachdem die Vorschubbewegung erneut aufgenommen wurde, wird an einer nachfolgenden Position P5 (oder nach einer vorbestimmten Zeit) das Drehwerkzeug 340B auf die reguläre Einführtiefe angehoben.
Diese Anhebbewegung und auch andere Bewegungen der Drehwerkzeuge 340 werden durch eine Höhenpositionssteuerfunktion der Drehwerkzeuge 340 ausgeführt. Die Höhenpositionssteuerfunktion bestimmt die Höhenposition der erhöhten Abschnitte 25, 35 durch den Sensor und legt dadurch die Einführtiefe von den erhöhten Abschnitten 25, 35 als vorbestimmten Wert fest. Auf diese Weise werden alle Drehwerkzeuge 340 in den regulären Zustand gebracht.
Ein weiterer alternativer Vorgang läuft wie folgt ab. Das Reibrührverbinden wird mit der regulären Einführtiefe zur Position P4 durchgeführt, und an der Position P4 wird das Drehwerkzeug 340B herausgezogen. Danach werden an der Position P4 die Drehwerkzeuge 340A und 340B erneut eingeführt. Die Einführtiefe des Drehwerkzeugs 340A ist die reguläre Tiefe. Die Einführtiefe des Drehwerkzeugs 340B ist größer als regulär, so z.B. um 0,5 mm. Die Bewegung der Drehwerkzeuge 340A und 340B wird erneut gestartet, und an einer nachfolgenden Position (oder nach einer vorbestimmten Zeit) beginnt das Anheben des Drehwerkzeugs 340B. Die Geschwindigkeit des Anhebvorgangs ist langsam, während sich die Vorschubbewegung des Verschiebers 320 fortsetzt. Die Verbindungstiefe gemäß des Drehwerkzeugs 340B wird langsam flach. Wurde das Drehwerkzeug 340B auf die vorbestimmte Position (die Einführtiefe vor der Position P4) angehoben, so wird der Vorgang des Anhebens des Drehwerkzeugs 340B gestoppt. Demgemäß erreichen alle Drehwerkzeuge 340A und 340B den regulären Zustand.
Die Positionen P1, P2, P3 und P4 können gemäß gemessener Zeitabstände oder durch eine Positionsmessung eingerichtet werden.
An der Position, an welcher das Drehwerkzeug 340B herausgezogen wird, kann unmittelbar anschließend das Drehwerkzeug 340 eingeführt werden kann, aber aus gewissen Gründen können die Drehwerkzeuge 340A und 340B an der Position P4 erst eingeführt werden, nachdem der sich bewegende Körper 320 in Bewegung gesetzt wurde.
Wie an der Position P4 beschrieben wurde, wird das Drehwerkzeug 340B herausgezogen und erneut in das auf diese Weise ausgebildete Loch eingeführt. Es ist aber möglich, das Drehwerkzeug 340 stromauf der Position P4 einzuführen. In diesem Fall ist die Einführtiefe während des zweiten Einführens des Drehwerkzeugs 340B dieselbe wie jene während des zuvor erfolgten Verbindungsvorgangs.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wie dies in 6 dargestellt ist, das Drehwerkzeug 340A, während es sich dreht, abgesenkt und in eine vorbestimmte Tiefe eingeführt, wenn die Drehwerkzeuge 340A, 340B das weitere Ende des Fensters 210, d.h. die Flansche 29, 39, erreichen. Die Einführposition P4 des Drehwerkzeugs 340A in die Flansche 29, 39 liegt auf der stromab gelegenen Seite des kurzzeitigen Schweißabschnitts W hinaus. Da das Drehwerkzeug 340A während der Bewegung abgesenkt wird, steigt die Verbindungstiefe allmählich an. Erreicht die Einführtiefe ein vorbestimmtes Ausmaß, so wird die Abwärtsbewegung des Drehwerkzeugs 340A angehalten (Position P5). Danach wird das Reibrührverbinden mit der regulären Tiefe ausgeführt. Die Position P5, an welcher die Einführtiefe des Drehwerkzeugs 340A regulär wird, liegt in den Flanschen 29 und 39. Nach dem Verbinden werden die Flansche 29, 39 abgeschnitten. Die Einführtiefe des Drehwerkzeugs 340A wird gemäß des optischen Sensor gesteuert.
Da das Drehwerkzeug 340A während der Vorschubbewegung abgesenkt wird, wird die Bewegung der Drehwerkzeuge 340A und 340B nicht angehalten, so dass die Verbindungszeit verkürzt werden kann.
Da der Einführabschnitt P4 des Drehwerkzeugs 340A über dem kurzzeitigen Schweißabschnitt der Flansche 29, 29 hinaus liegt, wird der Abstand an der Verbindungslinie nicht viel verbreitert. Aus diesem Grund kann eine gute Schweißnaht ausgeführt werden. Es gibt aber das Risiko, dass der Abstand zwischen den zwei Elementen an der Einführposition (am Beginn der Verbindungslinie) vergrößert werden kann, aber in diesen Ausführungsformen werden nicht nur die Deckflächen der erhöhten Abschnitte 25, 35 sondern auch die Enden der Flansche 29, 39 in die Richtung ihrer Dicke durch die kurzzeitige Schweißnaht W verbunden. Demgemäß werden die Flansche fest verbunden, und eine Vergrößerung am Anfang des Reibrührverbindens kann verhindert werden.
Ähnliche Flansche wie die Flansche 29, 39 können auch an den ersten Stirnabschnitten der hohlen Rahmenelemente 20, 30, nämlich an den ersten Einführpositionen der Drehwerkzeuge 340A und 340B, in ähnlicher Weise angeordnet wie jene in 6, vorgesehen werden. Im Vergleich zu dem Fall, in welchem eine kurzzeitige Schweißnaht nur an der Deckfläche des hohlen Rahmenelements durchgeführt wird, kann die Länge des Flansches verkürzt werden. Demgemäß kann die Länge des hohlen Rahmenelement verkürzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Strukturkörpers, umfassend die Schritte: (i) des Aneinanderstoßenlassens zweier Elemente (20, 30) an einer gemeinsamen Verbindungslinie derselben; (ii) des kurzzeitigen Schweißens angrenzender Flächen der aneinanderstoßenden Elemente (20, 30) an der Verbindungslinie; (iii) des Verbindens der aneinanderstoßenden Elemente (20, 30) durch Reibrührverbinden durch Einführen eines Drehwerkzeugs (340) an den Flächen und Bewegen desselben in eine Vorschubrichtung entlang der Verbindungslinie; dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende der Verbindungslinie die beiden Elemente (20, 30), wenn sie in Schritt (i) aneinanderstoßen gelassen wurden, gegenseitig aneinanderstoßende Flansche (29, 39) aufweisen, die entlang der Verbindungslinie vorstehen; in Schritt (ii) intermittierendes, kurzzeitiges Schweißen der aneinanderstoßenden Elemente durchgeführt wird, einschließlich eines kurzzeitigen Schweißvorgangs, der an den Enden der Flansche (29, 39) ausgeführt wird; in Schritt (iii) mit dem Reibrührverbinden an einer Stelle in den Flanschen (29, 39) begonnen wird, die sich in Bezug auf die Stelle (W) des kurzzeitigen Schweißvorgangs (W) an den Enden der Flansche stromabwärts in der Vorschubrichtung des Drehwerkzeuges (340) befindet; und dass nach dem Reibrührverbinden die Flansche (29, 39) abgeschnitten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das kurzzeitige Schweißen des Schweißschritts (ii) das Zusammenschweißen der Elemente (20, 30) an Stirnflächen einschließt, die sich in der Richtung ihrer Dicke von den Flächen weg erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 2, worin die Elemente (20, 30) hohle Rahmenelemente sind und das kurzzeitige Schweißen an den Stirnflächen hinunter zu Sitzen (36) zum Stützen eines angrenzenden hohlen Rahmenelements auf dem anderen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend den Schritt des Befestigens der zwei aneinanderstoßenden Elemente (20, 30) an einem Bett (310) vor dem intermittierenden und kurzzeitigen Schweißen der Elemente (20, 30) und dem Verbinden dieser durch Reibrührverbinden.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das Bett (310) gekrümmt ist.