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Die
Erfindung betrifft ein Reibrührschweißverfahren
zum Verbinden von Bauteilen, das insbesondere dazu geeignet ist,
Aluminiumlegierungs-Bauteile zu verbinden, um Transportvorrichtungen
wie Schienenfahrzeuge oder Industrieanlagen, Wisschenschafts-bezogene
Anlagen, Elektrogeräte
usw. herzustellen.
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Reibrührschweißen ist
ein Verfahren, das dadurch ausgeführt wird, dass eine rotierende
Welle (ein sogenanntes rotierendes Werkzeug) in den Verbindungsabschnitt
zwischen zu verschweißenden Bauteilen
eingeführt
wird und das rotierende Werkzeug entlang der Verbindungslinie verstellt
wird, um dadurch den Abschnitt zu erhitzen, zu erweichen, plastisch
zu machen und einen Festphasen-Schweißvorgang auszuführen. Das
rotierende Werkzeug verfügt über einen
Abschnitt mit großem Durchmesser
und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser. Während des Schweißens wird
der Abschnitt mit kleinem Durchmesser an das mindestens eine zu
verschweißende
Bauteil eingeführt,
und die Stirnseite des Abschnitts mit großem Durchmesser gelangt in
Kontakt mit diesem mindestens einen Bauteil. Am Abschnitt mit kleinem
Durchmesser ist ein Schraubgewinde ausgebildet. Die Stirnfläche des Abschnitts
mit großem
Durchmesser, die dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser zugewandt
ist, ist abgeschrägt
und konkav ausgebildet. Die Mittelachse des rotierenden Werkzeugs
ist entlang der Bewegungsrichtung desselben geneigt. D.h., dass
die Achse des Werkzeugs nach hinten in Bezug auf seine Bewegungsrichtung
geneigt ist.
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Gemäß einem
anderen Beispiel sind an den zwei zu verschweißenden Bauteilen Vorsprünge ausgebildet,
die zur Seite her vorspringen, von der aus das rotierende Werkzeug
eingeführt
wird, und ein Reibrührschweißen wird
dadurch ausgeführt,
dass der Abschnitt kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs
an den stumpf angesetzten Abschnitt eingeführt wird und der Abschnitt
großen
Durchmessers desselben an die Vorsprünge eingeführt wird. Das die Vorsprünge bildende
metallische Material wird als Quellenmaterial zum Auffüllen des
zwischen den zwei stumpf aneinandergesetzten Bauteilen gebildeten
Zwischenraums verwendet. Der Vorsprung kann nur an einem der zwei
zu verschweißenden
Bauteile ausgebildet sein. Ein derartiges Verfahren wird dazu verwendet,
extrudierte Bauteile zu verschweißen, wobei das Reibrührschweißen am Abschnitt
ausgeführt
wird, an dem die Extrusionsrichtung des einen Bauteils orthogonal
zu der des anderen Bauteils verläuft.
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Darüber hinaus
werden, wenn ein Reibrührschweißen zum
Herstellen einer Fahrzeugkarosserie eines Schienenfahrzeugs und
dergleichen mit daran vorhandenen Fenstern ausgeführt wird,
mehrere rotierende Werkzeuge an einem fahrenden Körper für den Schweißprozess
angebracht. Der fahrende Körper
wird unmittelbar vor dem Fensterbereich angehalten, und alle rotierenden
Werkzeuge werden von den verschweißten Bauteilen zurückgezogen,
bevor das mindestens eine rotierende Werkzeug, für das kein Fensterbereich entlang
seinem Pfad vorliegt, wieder eingeführt wird. Dann wird die Bewegung
des fahrenden Körpers
neu gestartet, und das Reibrührschweißen wird
fortgesetzt.
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Die
oben bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik sind in der veröffentlichten
japanischen Übersetzung
der PCT-Patentanmeldung Nr. 508073)97 (
EP 0752926 B1 ) und in der
japanischen Patentveröffentlichungsoffenlegung
Nr. 2000-343248 (
EP
1057576 A2 ) offenbart.
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Das
Dokument JP-A-2000/135577 und das Dokument JP-A-2000/317654, das
dahingehend gesehen wird, dass es den relevantesten Stand der Technik
repräsentiert,
veranschaulichen Prozeduren, bei denen Änderungen der Richtung der
Reibrührschweißlinie vorliegen.
Gemäß JP-A-2000/135577 ist
die Achse des rotierenden Werkzeugs nach hinten in Bezug auf die
Schweißlinie
geneigt, und es ist angegeben, dass die Neigungsrichtung geändert werden
muss, wenn sich die Richtung der Schweißlinie ändert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Seitenwände
der Schienenfahrzeugkarosserie sind mit Eingängen für die Mannschaft usw., um in
den Zug und aus ihm zu steigen, versehen. Da am Eingang eine große Belastung
wirkt, wird auf die die Seitenwände
der Fahrzeugkarosserie bildenden Platten ein dickes Umrandungsbauteil
geschweißt. Das
Umrandungsbauteil verfügt über extrudierte Bauteile.
Die Platten und das Umrandungsbauteil der Fahrzeugkarosserie werden
durch Reibrührschweißen miteinander
verbunden. Das zum Reibrührschweißen verwendete
rotierende Werkzeug wird entlang dem Umrandungsbauteil bewegt.
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Im
Allgemeinen wird das Umrandungsbauteil dadurch hergestellt, dass
ein extrudiertes Bauteil U-förmig
gebogen wird. Die umgebogenen Ecken sind bogenförmig gekrümmt.
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Nun
wird erläutert,
wie das Umrandungsbauteil durch Verschweißen dreier extrudierter Bauteile, des
linken Blocks, des rechten Blocks und des oberen Blocks, hergestellt
wird. Die Blöcke
verlaufen im Wesentlichen orthogonal zueinander. Im vorliegenden
Fall sind die Verbindung zwischen dem linken Block und dem oberen
Block sowie die Verbindung zwischen dem oberen Block und dem rechten
Block im Wesentlichen rechtwinklig. Der Eingang, durch den die Mannschaft
in den Zug und aus ihm steigt, ist im Allgemeinen mit einem derartigen
Umrandungsbauteil versehen.
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Wenn
das Umrandungsbauteil durch Reibrührschweißen mit der es umgebenden Platte
der Fahrzeugkarosserie verschweißt wird, muss die Richtung
des rotierenden Werkzeugs (d.h. die Bewegungsrichtung des Werkzeugs)
an der Verbindung (rechtwinklige Ecke) um 90 Grad geändert werden. Dies,
da das rotierende Werkzeug entlang der Bewegungsrichtung geneigt
werden muss. Die Richtung des rotierenden Werkzeugs wird entweder
durch Ändern
der Position desselben oder durch Ändern der Position der zu verschweißenden Bauteile
verändert.
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Beim Ändern der
Richtung des rotierenden Werkzeugs muss die Bewegung desselben gestoppt werden.
Daher wird die Bewegung des rotierenden Werkzeugs gestoppt, jedoch
wird die Drehung desselben fortgesetzt, während das Werkzeug zur Verbindungsstelle
der zu verschweißenden
Bauteile eingeführt
ist. Dies bewirkt, dass an der Verbindung beim Reibrührschweißen Defekte
auftreten.
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Dasselbe
Problem tritt selbst dann auf, wenn der Bewegungswinkel des Werkzeugs
um mehr oder weniger als 90 Grad variiert. Die Bewegungsrichtung des
rotierenden Werkzeugs wird nicht nur dann verändert, wenn ein Umrandungsbauteil
an die Eingangsöffnung
der Fahrzeugkarosserie angeschweißt wird, sondern auch dann,
wenn verschiedene auf dem Gebiet des Hochbaus, auf dem Gebiet industrieller
Geräte
oder auf anderen Gebieten verwendete Bauteile hergestellt werden.
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Es
wird ein optischer Sensor dazu verwendet, den Stoßabschnitt
zum Einführen
des rotierenden Werkzeugs an diesen zu erkennen und die Bewegung
des Werkzeugs zu führen,
jedoch gelingt es dem optischen Sensor dann, wenn sich die Bewegungsrichtung
(die Richtung der Verbindungslinie) stark ändert (d.h. um 90 Grad) nicht,
den Stoßabschnitt
zu erkennen, wenn eine Annäherung
an das Eckgebiet erfolgt.
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Darüber hinaus
kann, da die Fahrzeugkarosserie und das Umrandungsbauteil für den Eingang aus
extrudierten Bauteilen bestehen, und da die Extrusionsrichtungen
orthogonal zueinander verlaufen, der als Quellenmaterial zum Auffüllen des
am Stoßabschnitt
existierenden Zwischenraums dienende Vorsprung nur an einem der
zu verschweißenden Bauteile
vorhanden sein. Daher ist es wahrscheinlich, dass an der Verbindung
ein Defekt auftritt.
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Die
erste Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reibrührschweißverfahren zu schaffen, mit
dem selbst dann eine gute Verschweißung erzeugt werden kann, wenn
der Winkel der Verbindungslinie stark variiert.
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Durch
die Erfindung ist ein Reibrührschweißverfahren
geschaffen, wie es im Anspruch 1 dargelegt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine erläuternde Ansicht zum Veranschaulichen
des Betriebs einer Ausführungsform der
Erfindung;
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2 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Vorderansicht, die den Eingang zeigt, wie er an der Seitenkonstruktion
einer Ausführungsform
der Erfindung hergestellt wird;
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4 ist
eine Schnittansicht bei IV-IV in der 3;
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5 ist
eine vertikale Schnittansicht an der Linie V-V in der 3;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Fahrzeugkarosserie des Schienenfahrzeugs zeigt;
und
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7 ist
eine perspektivische Ansicht der Reibrührschweißvorrichtung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
wird die bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben.
In der 1(A) ändert sich der Winkel der Verbindungslinie
der zu verschweißenden Bauteile
rechtwinklig. In der 1(B) ist
die rechtwinklige Verbindungslinie zur Erläuterung linear verlängert.
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Eine
Fahrzeugkarosserie 100 eines Schienenfahrzeugs verfügt über Seitenkonstruktionen 101, die
die Seitenwände
des Fahrzeugs bilden, eine Dachkonstruktion 102, die das
Dach desselben bildet, einen Unterrahmen 103, der den Boden
desselben bildet, und Endkonstruktionen 104, die die zugehörigen Längsenden
bilden. Die Seitenkonstruktionen 101, die Dachkonstruktion 102 sowie
der Unterrahmen 104 werden jeweils dadurch hergestellt,
dass mehrere extrudierte Bauteile 10, 20 miteinander
verschweißt
werden. Die Längsrichtung
(Extrusionsrichtung) jedes extrudierten Bauteils 10, 20 wird
entlang der Längsrichtung
der Fahrzeugkarosserie 100 ausgerichtet. Jedes extrudierte
Bauteil 10, 20 ist ein Hohlelement aus einer Aluminiumlegierung.
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Jede
Seitenkonstruktion 101 verfügt über mehrere Fenster 130 sowie
Eingänge 110, 140, durch
die Personen in das Schienenfahrzeug steigen, und durch die sie
aus ihm steigen. Der Eingang 110 dient hauptsächlich für die Mannschaft,
wie den Zugführer,
und seine Breite ist relativ klein. Der Eingang 140 dient
hauptsächlich
für Fahrgäste, und
seine Breite ist relativ groß.
Der Rand der Öffnung
der Eingänge 110 und 140 ist
mit Umrandungsbauteilen 120 bzw. 141 versehen,
die daran angeschweißt sind.
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Die
Extrusionsrichtung der extrudierten Bauteile 10, 20,
die die Seitenkonstruktion 101 bilden, ist die Längsrichtung
der Fahrzeugkarosserie oder die Längsrichtung der Seitenkonstruktion 101.
Da das Umrandungsbauteil 120 (141) ebenfalls extrudiert
ist, verlaufen die Extrusionsrichtungen des linken und des rechten
Blocks des Umrandungsbauteils 120 (141) orthogonal
zur Extrusionsrichtung der Bauteile 10 und 20.
Die extrudierten Bauteil 10 und 20 sind Hohlelemente.
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Jedes
Hohlelement 10 (20) besteht aus im Wesentlichen
parallelen Frontplatten 11 (21) und 12 (22)
sowie mehreren Verbindungsplatten 13 (23) und 14 (24),
die die zwei Frontplatten verbinden.
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Die
Verbindungsplatte 14 (24), die am Ende des Hohlelements 10 (20)
in der Breitenrichtung positioniert ist, verläuft orthogonal zu den Frontplatten 11 und 12 (21 und 22).
An der Außenseite
der Verbindung zwischen der Verbindungsplatte 14 und der Frontplatte 11 (12)
ist ein vertiefter Abschnitt ausgebildet, mit dem die Frontplatte 21 (22)
des Hohlelements 20 überlappt.
Am Ende der Frontplatten 11 und 12 sind vorstehende
Blöcke 15 vorhanden,
die die Frontplatten 21 und 22 abstützen. Die
vorstehenden Blöcke 15 erstrecken
sich ausgehend von der Verbindungsplatte 14. Die vorstehenden
Blöcke 15 sind
mit den vertieften Abschnitten verbunden. Die Enden der Frontplatten 21 und 22 des
Hohlelements 20 sind den vertieften Abschnitten und den
vorstehenden Blöcken 15 des
Hohlelements 10 überlagert.
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Am
Ende jeder Frontplatte 11 und 12 (21 und 22)
ist ein Vorsprung 17 (27) ausgebildet, der zur
Außenseite
(nach außen
in der Dickenrichtung) der Hohlelemente 10 und 20 vorsteht.
Die Endfläche
der Frontplatten 11, 21 und der Vorsprung 17 (anders
gesagt, der Rand des vertieften Abschnitts nahe an den Frontplatten 11 und 12)
befindet sich nahe am Zentrum in der Dickenrichtung der Verbindungsplatte 14. Die
Endfläche
der Frontplatte 11 (12) und der Vorsprung 17 des
Hohlelements 10 setzen stumpf an der Endfläche der
Frontplatte 21 (22) und am Vorsprung 27 des
Hohlelements 20 an.
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Die
Außenseite
der Frontplatte 11 (12) ist mit der Außenfläche der
Frontplatte 21 (22) ausgerichtet, und die Vorsprungshöhen der
Vorsprünge 17 und 27 sind
gleich. Die Breiten der zwei Vorsprünge 17 und 27 sind
gleich. Die Breite der zwei Vorsprünge ist größer als der Durchmesser des
Abschnitts 201 großen Durchmessers
des rotierenden Werkzeugs 200.
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Als
Erstes werden das Bauteil 10 und das Bauteil 20 miteinander
verschweißt.
Wie es in der 5 dargestellt ist, werden die
zwei Hohlelemente 10 und 20 auf einem Träger 310 montiert
und an diesem befestigt, bevor das Verschweißen erfolgt. Ein rotierendes
Werkzeug 200 verfügt über einen
Abschnitt 220 kleinen Durchmessers, der an der Vorderseite
eines Abschnitts 210 großen Durchmessers ausgebildet
ist. Der Abschnitt 220 kleinen Durchmessers ist mit einem
Schraubengewinde versehen. Die Stirnfläche des Abschnitts 210 großen Durchmessers,
die dem Abschnitt 220 kleinen Durchmessers zugewandt ist,
ist kegelförmig,
wobei die zugehörige axial
zentrale Seite konkav ist.
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Beim
Verschweißen
der Bauteile wird das rotierende Werkzeug 200 zum Stoßabschnitt
eingeführt.
Das untere Ende des Abschnitts 210 großen Durchmessers wird zu den
Vorsprüngen 17 und 27 eingeführt, die über den
Frontplatten 11 und 21 liegen. Der Abschnitt 220 kleinen
Durchmessers wird zum Stoßabschnitt
zwischen den Frontplatten 11 und 21 eingeführt. Das
untere Ende des Abschnitts 220 kleinen Durchmessers wird
etwas in den vorstehenden Block 15 eingeführt. Das
rotierende Werkzeug 200 wird gedreht und entlang der Verbindungslinie des
Stoßabschnitts
bewegt. Die Mittelachse des rotierenden Werkzeugs 200 wird
entlang der Bewegungsrichtung geneigt. Der Abschnitt 220 kleinen Durchmessers
geht dem Abschnitt 210 großen Durchmessers voraus. Das
die Vorsprünge 17 und 27 bildende
Metall wird als Quellmaterial zum Ausfüllen des im Stoßabschnitt
gebildeten Zwischenraums genutzt. Im in der 5 dargestellten
Stoßabschnitt besteht
kein Zwischenraum.
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Nach
dem Abschließen
des Reibrührschweißens der
Oberseite in der 5 werden die Ober- und die Unterseite
der Hohlelemente 10 und 20 umgekehrt, und das
Reibrührschweißen der
entgegengesetzten Seite wird auf ähnliche Weise ausgeführt.
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Nachdem
alle Hohlelemente 10, 20 verschweißt sind,
die die Seitenkonstruktion 101 bilden, werden überflüssige Gebiete
um die Fenster 130 und die Eingänge 110 und 140 herum
abgeschnitten, wobei die Innenseite der Fahrzeugkarosserie nach
oben zeigt. Gemäß diesem
Abschneidprozess steht der Endbereich um die Fenster 130 oder
die Öffnung
der Eingänge 110 und 140 der
Frontplatte 21 (11), die zur Außenseite
der Fahrzeugkarosserie zeigen, mehr zur Öffnungsseite hin vor als der
Endabschnitt der Frontplatte 22 (12), der dem
Inneren der Fahrzeugkarosserie oder dem Endabschnitt der Verbindungsplatten 23, 24 (13, 14)
zugewandt ist.
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Als
Nächstes
werden die Umrandungsbauteile 120 und 141 durch
Reibrührschweißen auf
die auf die oben angegebene Weise hergestellten Seitenkonstruktionen 110 geschweißt. Gemäß der 3 wird
das Umrandungsbauteil 120 dadurch hergestellt, dass drei
gerade, extrudierte Bauteile 120L, 120C und 120R miteinander
verschweißt
werden, um eine U-förmige
Konstruktion zu erzeugen. Die Verbindungslinie zwischen den Hlöcken 120L und 120R und
der Platte 11 (21) verläuft orthogonal zur Verbindungslinie
zwischen dem zentralen Block 120C und der Platte 11 (21).
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Das
Umrandungsbauteil 120 verfügt über einen Block 121,
der die Enden der Hohlelemente 10 und 20 abschließt, einen
Vorsprung 123, der von der Außenseite der Frontplatte 21 (11),
die der Außenseite
der Fahrzeugkarosserie zugewandt ist, nach außen vorsteht, einen vorstehenden
Block 125, der mit der Innenseite der Frontplatte 21 (11) überlappt,
und einen vorstehenden Block 127, der mit der Außenseite 22 (12)
der Frontplatte, die dem Inneren der Fahrzeugkarosserie zugewandt
ist, überlappt.
Die äußere Endfläche des
Blocks 121, mit Ausnahme des Vorsprungs 123, ist
im Wesentlichen in derselben Ebene wie die Außenseite der Frontplatte 21 (11)
positioniert. Der vorstehende Block 125 an der Außenseite ist
gegenüber
der Außenseite
der Fahrzeugkarosserie vertieft. Das Ende der Frontplatte 21 (11)
stößt stumpf
am Umrandungsbauteil 120 an. Der vorstehende Block 127,
der dem Inneren der Fahrzeugkarosserie zugewandt ist, überlappt
mit der Außenseite der
Frontplatte 22 (12), die dem Inneren der Fahrzeugkarosserie
zugewandt ist, und daran wird ein Kehlschweißvorgang ausgeführt. Das Kehlschweißen wird
zu einem geeigneten Zeitpunkt entweder vor oder nach dem Reibrührschweißen ausgeführt.
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Da
das Ende der Frontplatten 21 und 11, die stumpf
am Umrandungsbauteil 120 anliegen, am Ende der Extrusionsrichtung
liegt, existieren keine an den Frontplatten 11 und 21 ausgebildeten
Vorsprünge 17 und 27.
Da das in der Breitenrichtung liegende Ende des Hohlelements 10,
das mit dem zentralen Block 120C des U-förmigen Umrandungsbauteils 120 in
Kontakt gelangt, abgeschnitten ist, existieren an diesem Hohlelement 10 keine
Vorsprünge 17 und 27.
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Die 4 zeigt
den Zustand unmittelbar vor dem Ausführen des Reibrührschweißens an
den Bauteilen, jedoch ist im Stoßabschnitt kein Zwischenraum
dargestellt. Das Umrandungsbauteil 120 und die Seitenkonstruktion 110 sind
am Träger 320 befestigt.
In der 6 sind die Hohlelemente 10 und 20 zwischen
dem Umrandungsbauteil 120 und der Endkonstruktion 104 positioniert,
jedoch können
diese durch eine einfache Platte ersetzt werden.
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Der
Stoßabschnitt
zwischen der Frontplatte 21 (11) und dem Umrandungsbauteil
erfährt
von oben her ein Reibrührschweißen. Der
Abschnitt 220 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 200 wird
an den Stoßabschnitt
eingeführt.
Die Spitze des Abschnitts 220 kleinen Durchmessers wird
etwas an den vorstehenden Block 125 eingeführt. Ein
Teil des Abschnitts 210 großen Durchmessers wird an den
Vorsprung 123 eingeführt.
Der Abschnitt großen Durchmessers
wird so eingeführt,
dass zwischen seinem unteren Ende und der Oberseite der Frontplatte 21 (11)
ein Zwischenraum existiert. Da das rotierende Werkzeug 200 so
eingeführt
wird, dass der Abschnitt 210 großen Durchmessers entlang der
Bewegungsrichtung nach hinten geneigt ist, wird zwischen dem untersten
Ende des geneigten Abschnitts 210 großen Durchmessers und der Oberseite
der Frontplatte 21 (11) ein Zwischenraum gebildet.
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Am
Stoßabschnitt
des Umrandungsbauteils 120 ist an diesem ein Vorsprung 123 ausgebildet,
der das Quellmaterial zum Auffüllen
des Zwischenraums liefert, der am Stoßabschnitt existiert, jedoch
sind an den Hohlelementen 10 und 20 keine Vorsprünge 17 oder 27 vorhanden.
Daher verfügt
nur eines der stumpf aneinandergesetzten Bauteile über einen Vorsprung.
In einem solchen Zustand ist ein Reibrührschweißen möglich, jedoch ist es bevorzugt, dass
beide stumpf aneinandergesetzten Bauteile mit derartigen Vorsprüngen versehen
sind. Daher wird, nach dem Positionieren des Umrandungsbauteils 120 an
der Seitenkonstruktion 101, an den Frontplatten 11 und 21 der
Hohlelemente 10 und 20 entlang dem Umrandungsbauteil 120 ein
Kehlschweißen ausgeführt. Die
Höhe und
die Breite der Kehlschweißung
sollten vorzugsweise denen des Vorsprungs 123 entsprechen,
jedoch selbst dann, wenn die Kehlschweißung kleiner als der Vorsprung 123 ist,
ist sie immer noch effektiv. Beim Reibrührschweißen sollte der Endabschnitt
des Abschnitts 210 großen
Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 200 zum die Kehlschweißung bildenden
metallischen Material eingeführt
werden, wie dies für
den Vorsprung 123 gilt. Die Kehlschweißung 123W ist nur
in der 4 dargestellt.
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Die
Kehlschweißung
sollte mit einer Stabilität an
den Frontplatten 11 und 21 vorhanden sein, die dazu
ausreicht, eine Verteilung der Schweißung zu verhindern, wenn das
Reibrührschweißen ausgeführt wird.
Es ist nicht erforderlich, die Frontplatten 11 und 21 fest
mit dem Umrandungsbauteil 120 zu verschweißen. Es
ist bevorzugt, dass die Frontplatten 11 und 21 bei
Schweißen
mit dem vorstehenden Block 125 in Kontakt stehen, jedoch
ist dies nicht erforderlich, wenn ein Kehlschweißen ausgeführt wird. Wenn kein Kehlschweißen ausgeführt wird,
existiert zwischen dem Abschnitt 210 großen Durchmessers
des rotierenden Werkzeugs 200 und der Frontplatte 21 (11)
ein Zwischenraum, und diese Frontplatte 21 (11) kommt
unter Umständen
nicht mit dem vorstehenden Block 125 in Kontakt, was zu
einem Schweißdefekt führt. Wenn
jedoch an der Verbindung ein Kehlschweißen ausgeführt wird, existiert das Metall
der Verschweißung
zwischen dem Abschnitt 210 großen Durchmessers und der Frontplatte 21 (11),
wodurch die Frontplatte 21 (11) effektiv an den
vorstehenden Block 125 gedrückt wird. Dadurch wird eine
gute Verschweißung
realisiert. Darüber
hinaus kann die Kehlschweißung
leicht ausgeführt
werden.
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Wenn
an der Verbindung eine Kehlschweißung vorhanden ist, wird die
Erfassung des Stoßabschnitts
unter Verwendung eines optischen Sensors schwierig. Darüber hinaus
wird es, wenn sich die Richtung der Verbindungslinie stark ändert, z.B. wenn
die Verbindungslinie mit einem kleinen Krümmungsradius gekrümmt ist,
oder wenn sie rechtwinklig abgebogen ist, schwierig, die Verbindungslinie
unter Verwendung eines optischen Sensors zu erkennen. In derartigen
Fällen
ist es bevorzugt, eine numerische Steuerung zum Führen des
rotierenden Werkzeugs auszuführen.
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In
der 3 ist das rotierende Werkzeug 200 an
den Stoßabschnitt
am unteren Ende des linken Blocks 120L des Umrandungsbauteils 120 eingeführt, und
davon ausgehend wird ein Reibrührschweißen gestartet.
Das rotierende Werkzeug 200 bewegt sich durch den linken
Block 120L, den zentralen Block 120C, den rechten
Block 120R, und es beendet das Verschweißen am unteren
Ende des rechten Blocks 120R.
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Nach
dem Einführen
des rotierenden Werkzeugs 200 zum zu verschweißenden Gebiet
wird es gedreht und entlang der Verbindungslinie verstellt. Die
Bewegungsrichtung ist durch einen Pfeil X dargestellt. Die Mittelachse
des rotierenden Werkzeugs 200 befindet sich in der Mitte
des Stoßabschnitts
zwischen dem Umrandungsbauteil 120 und der Frontplatte 21 (11).
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In
der 7 ist die Seitenkonstruktion 101 an einem
Träger 320 angebracht.
Ein fahrender Körper 410 einer
Reibrührschweißvorrichtung 400 bewegt
sich über
dem Träger 320.
Der fahrende Körper 410 wird
entlang den Schienen 350 angetrieben, die an den beiden
Seiten des Trägers 320 vorhanden sind.
Die Reibrührschweißvorrichtung 430 ist
an einer Brücke
des fahrenden Körpers 410 angebracht. Die
Vorrichtung 430 verfügt über einen
fahrenden Körper 431,
der entlang der Brücke 411 läuft, einen Hubkörper 433,
der sich vertikal gegenüber dem
fahrenden Körper 431 bewegt,
eine Rotationsvorrichtung 435, die sich gegenüber dem
Hubkörper 433 dreht,
und eine Rotationsvorrichtung 937, die gegenüber dem
rotierenden Körper 435 geneigt
ist und das rotierende Werkzeug 200 dreht. Durch die Bewegung des
fahrenden Körpers 410 und
des fahrenden Körpers 431 kann
sich das rotierende Werkzeug 200 in den Richtungen X und
Y bewegen. Die Rotationsvorrichtung 435 ermöglicht eine Änderung
der Neigungsrichtung des rotierenden Werkzeugs 200 entlang
der Verbindungslinie. Der Hubkörper 433 bewegt
das rotierende Werkzeug 200 in der vertikalen Richtung.
Die Positionen (Höhe
usw.) der fahrenden Körper 420 und 431,
der Rotationsvorrichtung 435 und des rotierenden Werkzeugs 200 werden
numerisch gesteuert.
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Gemäß den 1 und 2 wird das
rotierende Werkzeug 200 gedreht und an die vorbestimmte
Position der miteinander zu verschweißenden Bauteile 10 und 120L eingeführt, und
das Werkzeug wird in der Richtung X verstellt, um dadurch das Reibrührschweißen zu starten.
Wenn sich das Werkzeug 200 entlang dem linken Block 120L bewegt
und eine vorbestimmte Position P3 (vorbestimmter Abstand vom Eckabschnitt)
unmittelbar vor der Ecke zwischen dem zentralen Block 120C erreicht,
beginnt ein Anheben des Werkzeugs 200. Die Hubgeschwindigkeit
ist gering. Die Bewegung des rotierenden Werkzeugs 200 wird
fortgesetzt. Daher wird die Einführtiefe
des rotierenden Werkzeugs 200 allmählich geringer. Der vorbestimmte
Abstand ist z.B. auf 50 mm eingestellt. Der Hubweg des rotierenden
Werkzeugs während
dieses vorbestimmten Abstands ist z.B. auf 0,5 mm eingestellt. Die
vorbestimmte Position wird aus dem Fahrweg des fahrenden Körpers 320 berechnet.
Die Höhe
(Position) "0" des rotierenden Werkzeugs
gemäß der 1 betrifft die Höhe (Position) der Oberseite
des zu verschweißenden
Bauteils 120 (Schritte S10, S30).
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Beim
Starten des Reibrührschweißens wird die
Spitze des sich nicht drehenden rotierenden Werkzeugs 200 an
eine vorbestimmte Position an der Seitenkonstruktion 101 eingeführt, um
dadurch der Steuerungseinheit den Startpunkt mitzuteilen. Der Startpunkt
ist z.B. als Zentrum in der Längsrichtung des
zentralen Blocks 120C eingestellt, und er befindet sich
am zugehörigen
oberen Rand. Der Startpunkt wird vorab markiert. Gemäß einem
anderen Beispiel wird der Startpunkt am oberen Rand des Zentrums
in der Breite der Öffnung
des Eingangs 120 markiert. Die Größe usw. des Umrandungsbauteils 120 wird
in die Steuerungseinheit eingegeben. Wenn das Reibrührschweißen gestartet
wird, steuert die Steuerungseinheit die fahrenden Körper 420 und 431,
die Rotationsvorrichtung 435 und das rotierende Werkzeug 200 auf
Grundlage einer numerischen Steuerung an.
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Wenn
dann das rotierende Werkzeug 200 einen Eckabschnitt P5
zwischen dem linken Block 120R und dem zentralen Block 120C erreicht,
wird die Bewegung desselben gestoppt, während die Drehung immer noch
fortgesetzt wird, und das rotierende Werkzeug 200 wird
nach oben bewegt, und es wird von den Bauteilen, die verschweißt werden,
zurückgezogen
(herausgezogen). Das rotierende Werkzeug 200 wird in einem
geneigten Zustand herausgezogen. Wenn das rotierende Werkzeug 200 herausgezogen
ist, ist ein Loch gebildet, das im Wesentlichen dieselbe Größe wie der
Abschnitt 220 kleinen Durchmessers des Werkzeugs hat (Schritte
S50, S70).
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Als
Nächstes
wird die Rotationsvorrichtung 435 so betrieben, dass sie
das rotierende Werkzeug 200 horizontal dreht, um es dadurch
gegen die davor vorhandene Verbindungslinie (Verbindungslinie entlang
dem zentralen Block 120C) zu neigen. Anders gesagt, wird
die Neigungsrichtung des rotierenden Werkzeugs 200 gegenüber der
ursprünglichen
Neigungsrichtung um 90 Grad verändert.
Das rotierende Werkzeug 200 wird so geneigt, dass das untere
Ende des Abschnitts 220 kleinen Durchmessers als Neigungszentrum
eingestellt wird. Daher entspricht die Position des unteren Endes
des Abschnitts 210 kleinen Durchmessers des rotierenden
Werkzeugs 200 nach dem Ändern
der Neigungsrichtung im Wesentlichen der Position des unteren Endes
des Abschnitts 220 kleinen Durchmessers, als das Werkzeug
von den verschweißten
Bauteilen zurückgezogen
(herausgezogen) wurde.
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Als
Nächstes
wird das rotierende Werkzeug 200 abgesenkt, während es
sich dreht, und es wird an der vorbestimmten Position eingesetzt.
Wenn das rotierende Werkzeug abgesenkt wird, tritt der Abschnitt 220 kleinen
Durchmessers in das Loch ein, das erzeugt wurde, als das Werkzeug
aus den Bauteilen herausgezogen wurde. Daher erfährt das durch das Entfernen
des Werkzeugs erzeugte Loch ein Reibrührschweißen, und es verschwindet. Die Einführtiefe
des rotierenden Werkzeugs 200 ist tiefer als diejenige
vor dem Herausziehen desselben. D.h., dass die Einführtiefe
des rotierenden Werkzeugs 200 dieselbe wie diejenige an
der Position P3 vor dem Beginnen des Anhebens des Werkzeugs ist.
In der 1 sind die Position, an der
das rotierende Werkzeug 200 angehoben wird, und diejenige,
an der es abgesenkt wird, verschieden, jedoch erfolgt die Änderung
nur als erläuternde
Maßnahme
(Schritt S110).
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Nach
dem Einsetzen des rotierenden Werkzeugs 200 bis in die
vorbestimmte Tiefe wird es entlang dem zentralen Block 120C verstellt
(Schritt S130).
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Dieselbe
Operation wird an der Position P3 vor der Ecke P5 zwischen dem zentralen
Block 120C und dem rechten Block 120R, an dieser
zugehörigen Ecke
P5, ausgeführt.
Wenn das Werkzeug das untere Ende des rechten Blocks 120R erreicht,
wird dieses rotierende Werkzeug 200 herausgezogen, und das
Reibrührschweißen wird
beendet. Das am Ende der Verbindungslinie erzeugte Loch wird durch Schweißen und
dergleichen aufgefüllt.
Die Verbindung, die nicht vom Ende der Reibrührschweißung bis zum Ende des Bauteils
verschweißt
ist, wird unter Verwendung einer normalen Schweißmaßnahme verschweißt. Ferner
wird die Verbindung, die am linken Block 120L vor dem Startpunkt
der Reibrührschweißung nicht
verschweißt
ist, unter Verwendung einer normalen Schweißmaßnahme verschweißt.
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Gemäß der Erfindung
steigt, da das rotierende Werkzeug 200 im Eckabschnitt
P5 aus den zu verschweißenden
Bauteilen herausgezogen wird, um die Neigungsrichtung desselben
zu ändern,
die Temperatur der verschweißten
Bauteile selbst dann nicht übermäßig an,
wenn zum Ändern
der Richtung des Werkzeugs eine gewisse Zeit aufgebracht wird. Daher
wird eine gute Reibrührschweißung realisiert. Wenn
das Werkzeug immer noch in die verschweißten Bauteile eingeführt ist,
wenn seine Richtung geändert
wird, erzeugt die Drehung des rotierenden Werkzeugs 200 Reibungswärme, was
zu einem Fehler an der Verschweißung führt.
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An
der Position P3 wird damit begonnen, die Einführtiefe des rotierenden Werkzeugs 200 allmählich zu
verringern, während
es sich zur Ecke bewegt, und an der Eckposition P5 wird die Bewegung
des Werkzeugs gestoppt, und es wird aus den Bauteilen herausgezogen.
Beim Wiedereinführen
wird das Werkzeug tiefer eingeführt,
als es der Tiefe entspricht, an der das Werkzeug seine Bewegung
stoppte (vor dem Zurückziehen
des Werkzeugs), und die Bewegung wird gestartet (das Reibrührschweißen wird
gestartet). Wenn die Einführtiefe
vor dem Zurückziehen
des Werkzeugs und die Wiedereinführtiefe
gleich sind, kann an der Reibrührschweißung ein Fehler
auftreten. Es besteht die Tendenz, dass Fehler nahe der Spitze des
Abschnitts 220 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 200 auftreten.
Wenn jedoch, wie oben angegeben, das Reibrührschweißen neu gestartet wird, während das Werkzeug
tiefer eingeführt
ist als dann, als es herausgezogen wurde, kann das Auftreten eines
Fehler effektiv verhindert werden.
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Gemäß der oben
angegebenen Ausführungsform
wird die Tiefe des Werkzeugs allmählich verringert, bevor es
herausgezogen wird, und das Werkzeug wird mit einer Tiefe wieder
eingeführt,
die tiefer ist als die, als es herausgezogen wurde, jedoch wird
nachfolgend ein anderes Beispiel vorgeschlagen. Das Verschweißen erfolgt
mit einer festen Tiefe, bis das Werkzeug den Eckabschnitt P5 erreicht,
und das Wiedereinführen
des Werkzeugs erfolgt mit einer Tiefe, die etwas größer als
die feste Tiefe (z.B. 0,5 mm) ist, und nach dem Neustarten der Bewegung des
Werkzeugs wird die Tiefe desselben allmählich verringert, bis sie die
feste Einführtiefe
(die Tiefe im Eckabschnitt P5) erreicht, und danach wird die Einführtiefe
des Werkzeugs fixiert. Z.B. erreicht das Werkzeug nach einer Bewegung über 50 mm
die feste Einführtiefe.
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Das
Verschweißen
des Umrandungsbauteils 141 und der Seitenkonstruktion 101 werden
auf die oben angegebene Weise ausgeführt. Auch wird ein Nahtschweißen wie
oben ausgeführt.
Da jedoch die Ecke des Umrandungsbauteils 141 gekrümmt ist, wird
das rotierende Werkzeug 200 nicht zurückgezogen, sondern stattdessen
wird es entlang der bogenförmigen
Verbindungslinie bewegt, um dadurch das Reibrührschweißen kontinuierlich auszuführen. Schließlich wird
der an der Außenseite
der Fahrzeugkarosserie ausgebildete Vorsprung 123 oder
der Vorsprung der Nahtschweißung 123W unter
Verwendung eines Schleifers und dergleichen abgetrennt, wodurch
eine Fläche
erzeugt wird, die koplanar zur Außenseite der Frontplatten 11 und 21 ist.
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Bei
der oben angegebenen Ausführungsform
wird die Bewegungsrichtung des rotierenden Werkzeugs um 90 Grad
verändert,
jedoch kann es selbst dann, wenn der Winkel größer oder kleiner als 90 Grad
ist, immer noch aus den verschweißten Bauteilen zurückgezogen
werden, um seine Neigungsrichtung zu ändern, um eine gute Reibrührschweißung zu
realisieren. Die Erfindung kann beim Verschweißen einer Verbindungslinie
angewandt werden, die ihre Richtungen stark und linear ändert.
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Bei
der obigen Ausführungsform
wird das rotierende Werkzeug 200 gedreht, um seine Richtung zu ändern, jedoch
können
stattdessen die zu verschweißenden
Bauteile nach dem Zurückziehen
des Werkzeugs gedreht werden, um die Relativrichtung des rotierenden
Werkzeugs zu ändern.
Eine derartige Bewegung der verschweißten Bauteile entspricht einer Änderung
der Bewegungsrichtung des rotierenden Werkzeugs 200.
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Gemäß der Erfindung
wird selbst dann, wenn sich der Winkel der Verbindungslinie stark ändert, eine
zufriedenstellende Reibrührschweißung ausgeführt.
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Ferner
wird selbst dann, wenn der Vorsprung zum Liefern von Quellenmaterial
zum Auffüllen
des im Verbindungsbereich gebildeten Zwischenraums nur an einem
der zu verschweißenden
Bauteile vorhanden ist, am Verbindungsbereich eine Nahtschweißung ausgeführt, um
eine zufriedenstellende Reibrührschweißung zu
realisieren.