DE69732260T2

DE69732260T2 - Plattenstruktur und Reibschweissverfahren

Info

Publication number: DE69732260T2
Application number: DE69732260T
Authority: DE
Inventors: Kinya Hitachi-shi Aota; Tsuyoshi Kumage-gun Takenaka; Yasuo Kudamatsu-Shi Ishimaru
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2017-03-20
Also published as: EP1190808B1; KR100426021B1; KR100445140B1; EP1222998A1; CN1880699A; KR100426024B1; DE69735388D1; CN1203954C; CN1208167C; DE69736959D1; DE69732191T2; US20040069834A1; EP1190805A3; EP1222996A1; US7413107B2; DE69722493T2; US20050161491A1; DE69736958D1; EP1188507A2; US6978923B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Reibschweißverfahren, das geeigneterweise beim Plattenverschweißen angewandt wird, wie es z.B. bei Schienenfahrzeugen und Gebäuden aus Aluminiumlegierungen verwendet wird.
Eine Konstruktion mit zwei Flächen (Platte) für Schienenfahrzeuge unter Verwendung von Hohlelementen ist in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 246863/1990 offenbart, und eine andere unter Verwendung laminierter Platten, wie Wabenplatten, ist in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 106661/1994 offenbart.
Reibrührschweißen wird dadurch ausgeführt, dass ein in einen Verbindungsbereich eingeführtes rundes Werkzeug gedreht wird, um den Verbindungsbereich zu erwärmen und zu erweichen, um so eine Schweißnaht auszubilden. Dieses Schweißen wird bei einer Stumpfschweiß- und einer Überlapptschweißverbindung angewandt. Dies ist in WO 93/10935 (übereinstimmend mit EP 0615480B1 und der veröffentlichten japanischen Übersetzung einer PCT-Patentanmeldung aus einem anderen Land mit der Nr. 505090/1995) sowie in Welding & Metal Fabrication, Januar 1995, S. 13 – 16 beschrieben. Diese Dokumente sollten zur Erläuterung des Reibrührschweißens, wie es bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, studiert werden. Das Reibrührschweißen von Schienenfahrzeugen ist in "Friction stir welding welds Aluminium alloys", C. J. Daves et al., Welding Journal, Vol. 75, No. 3, 01.03.1996 beschrieben.
Beim Reibrührschweißen führt die Reaktion des erweichten Metalls, das von unmittelbar unter dem rotierenden Werkzeug (Rundstab) während des Schweißvorgangs zur Oberfläche austritt, zu einer auf den Verbindungsbereich wirkenden Abwärtskraft. Demgemäß führt diese Abwärtskraft, wenn dieses Schweißverfahren bei einer Konstruktion (Platte) mit zwei Flächen angewandt wird, dazu, dass das Verbindungsmaterial im Verbindungsbereich nach unten fließt und die Verbindung verformt. Dies macht es unmöglich, eine zufriedenstellende Schweißnaht zu erzeugen.
Zu Konstruktionen mit zwei Flächen (Platten) gehören Hohlelemente aus einer extrudierten Aluminiumlegierung sowie Wabenplatten. Das Verbinden derartiger Platten erfolgte durch MIG- und TIG-Schweißen. Wenn Reibschweißen bei einer derartigen Verbindung angewandt wird, wird sie nach unten gebogen oder das Material im Verbindungsbereich wird durch die während des Reibschweißens erzeugte Abwärtskraft dazu gezwungen, nach unten zu fließen.
Der Erfinder hat die obigen Effekte bei einer Anzahl von Versuchen herausgefunden.
Es besteht die Aufgabe, es zu ermöglichen, zwei Flächen innerhalb kurzer Zeit bei geringer Verformung miteinander zu verschweißen.
Vorzugsweise besteht die Aufgabe, es zu ermöglichen, zwei Flächen mit einem Verbindungselement, das zwei zwei Flächen bildende Platten verbindet, miteinander zu verschweißen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass rotierende Werkzeuge zum Reibschweißen zu beiden Seiten der zu verschweißenden Objekte angeordnet werden, das Rotationszentrum eines der Werkzeuge an einer Verlängerung des Rotationszentrums des anderen Werkzeugs platziert wird und gleichzeitig Reibschweißvorgänge ausgeführt werden.
Die 1 ist ein Vertikalschnitt eines Beispiels eines Reibrührschweißverfahrens.
2 ist ein Vertikalschnitt der 1 nach dem Reibschweißen.
3 ist ein Vertikalschnitt eines anderen Beispiels.
4 ist ein Vertikalschnitt der 3 nach dem Reibschweißen.
5 ist ein Vertikalschnitt eines anderen Beispiels.
6 ist ein Vertikalschnitt der 5 nach dem Reibschweißen.
7 ist ein Vertikalschnitt noch eines anderen Beispiels.
8 ist ein Vertikalschnitt der 7 nach dem Reibschweißen.
9 ist ein Vertikalschnitt, das die Reibschweißprozedur bei einem anderen Beispiel zeigt.
10 ist ein Vertikalschnitt einer Ausführungsform der Erfindung.
11 ist ein Vertikalschnitt eines weiteren Beispiels.
12 ist ein Vertikalschnitt eines weiteren Beispiels.
13 ist ein Vertikalschnitt eines weiteren Beispiels.
14 ist ein Vertikalschnitt eines weiteren Beispiels.
15 ist eine perspektivische Ansicht eines Konstruktionskörpers eines Schienenfahrzeugs.
Die Beispiele der 1 – 9 sowie 11 – 13 dienen zu veranschaulichenden Zwecken, und sie sind nicht durch die Ansprüche abgedeckt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das in der 1 dargestellte Beispiel verfügt über eine Stumpfverbindungskonfiguration zwischen Hohlelementen 31, 32 als Platten. Die Hohlelemente 31, 32 verfügen an ihren Enden in der Breitenrichtung über vertikale Platten 36, 36. Vor dem Schweißen werden die vertikalen Platten 36, 36 unmittelbar unter einem rotierenden Werkzeug 50 angeordnet. Die vertikalen Platten 36, 36 werden in Kontakt stehend einander gegenüberstehend angeordnet. Wenn sie voneinander beabstandet sind, ist der Abstand klein und beträgt ungefähr 1 mm. An der Verlängerung der Grenzfläche zwischen den vertikalen Platten 36, 36 liegt das Zentrum einer Projektion 52. Die vertikalen Platten 36, 36 verfügen über eine Steifigkeit, die dazu ausreicht, der bereits genannten Abwärtskraft stand zu halten. Die vertikalen Platten 36 verlaufen orthogonal zu zwei Platten 33, 34. Die Hohlelemente 31, 32 werden durch Extrudieren einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die Ober-und die Unterseite des Hohlelements 31 fluchtet mit der entsprechenden Ober- und Unterseite des Hohlelements 32. D.h., dass die Hohlelemente 31, 32 über dieselbe Dicke verfügen. Dies gilt auch für die folgenden Beispiele. Während des Reibschweißens liegt die Grenze 53 zwischen einem Abschnitt 51 großen Durchmessers und der Projektion 52 eines Abschnitts kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 50 über den Oberseiten der Hohlelemente 31, 32. Die Zahl 35 kennzeichnet mehrere Elemente, die fachwerkartig angeordnet sind, um die zwei Platten 36, 36 zu verbinden. Die Hohlelemente 31, 32 verfügen jeweils über bilateral symmetrische Endabschnitte. Die Hohlelemente 31, 32 werden auf einem Bett (nicht dargestellt) montiert und unbeweglich befestigt. Das Bett liegt ebenfalls unter den vertikalen Platten 36, 36.
Durch Drehen des Werkzeugs 50 wird ein Reibrührschweißen ausgeführt, wobei der Vorsprung 52 in den Verbindungsbereich der Hohlelemente 31, 32 eintaucht und er entlang dem Verbindungsbereich bewegt wird. Das Rotationszentrum des Vorsprungs 52 befindet sich zwischen den zwei vertikalen Platten 36, 36.
Die 2 zeigt die zwei Platten nach dem Reibschweißen. Die Bezugszahl 45 kennzeichnet die Form einer Schweißnaht nach dem Schweißen. In der Verlängerung der Grenzlinie zwischen den vertikalen Platten 36, 36 liegt das Breitenzentrum der Schweißnaht 45. Die Schweißnaht 45 liegt im Verlängerungsgebiet der Dicke der vertikalen Platten 36, 36. Die Tiefe der Schweißnaht 35 ist durch die Höhe des Vorsprungs 52 am unteren Ende des in den Verbindungsbereich eingeführten rotierenden Werkzeugs 50 bestimmt.
Bei dieser Konstruktion verbiegt sich der Verbindungsbereich nicht, was zu einer zufriedenstellenden Verbindung führt, wie sie in der 2 dargestellt ist, da die orthogonal zu den Platten 33, 34 verlaufenden vertikalen Platten 36, 36 der während des Reibschweißens erzeugten Vertikalkraft standhalten. Die vertikale Platte 36 wird so gut wie möglich orthogonal zu den Platten 33, 34 ausgerichtet.
Die vertikale Platte 36 kann für geringeres Gewicht mit Löchern versehen sein. Dies gilt auch für die folgenden Beispiele.
Das Verschweißen der Unterseite erfolgt durch Umdrehen der Hohlelemente.
Das Beispiel der 3 verfügt über eine vertikale Platte 36 am Ende eines Hohlelements 31, jedoch nicht am gegenüberstehenden Ende des anderen Hohlelements 32. Die Ecken in der vertikalen Richtung der vertikalen Platte 36 des Hohlelements 31 sind ausgespart, um die Enden der Vorsprungsstücke 38, 38 des Hohlelements 32 aufzunehmen. Diese ausgesparten Abschnitte sind in der Dickenrichtung des Hohlelements 31 und einer Richtung orthogonal zur Dickenrichtung (zur Seite des Hohlelements 32 hin) offen. Wenn die Vor sprungsstücke 38 an den ausgesparten Abschnitten platziert (über diesen angeordnet) werden, existiert tatsächlich ein Abstand zwischen ihnen, obwohl sie in der Figur miteinander in Kontakt stehen. Zwischen den Vorderenden dieser Elemente existiert ebenfalls ein Spalt (d.h. zwischen den Vorsprungsstücken 38, 38 und den Ecken 33a, 34b). Die Stumpfverbindungsabschnitte an der Oberseite der zwei Hohlelemente 31, 32 und der vertikalen Platte 36 liegen direkt unter dem Zentrum des rotierenden Werkzeugs 50. Das Rotationszentrum des Vorsprungs 52 des Schweißwerkzeugs 50 wird in der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36 angeordnet. D.h., dass der Verbindungsbereich der Platte 33 (34) und der Platte 33 (34) in der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36 liegt. Die sich ausgehend von den Platten 33, 34 zu den ausgesparten Abschnitten erstreckenden Ecken 33b, 34b liegen in der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36. Unter Berücksichtigung des Spalts zwischen den Ecken 33b, 34b und den Vorsprungsstücken 38 liegen die Ecken 33b, 34b leicht links von der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36. Die vertikale Platte 36 verfügt über Stabilität, um der Abwärtskraft stand zu halten. Der Horizontalabstand zwischen den Vorderenden der Vorsprungsstücke 38 und dem Hohlelement 31 ist ähnlich dem in der 1 dargestellten. Die Höhe des Vorsprungs 52 des Schweißwerkzeugs 50 entspricht ungefähr der Dicke des Vorsprungsstücks 38. Der Bereich, der plastisch und fluid ist, erstreckt sich unter dem Vorsprungsstück 38, und er erlangt ein größeres Gebiet, als es dem Durchmesser des Vorsprungs 52 entspricht, und die zwei Hohlelemente 31, 32 werden reibverschweißt. Es ist wünschenswert, dass die Reibschweißnaht so ausgebildet wird, dass sie sich über das Kontaktgebiet zwischen der Unterseite des Vorsprungsstücks 38 und der vertikalen Platte 36 erstreckt.
Die 4 zeigt den Zustand der Verbindung nach dem Schweißen. Die Schweißnaht 45 ist so ausgebildet, dass das Breitenzentrum derselben in einer Verlängerung des Dickenzentrums der vertikalen Platte 36 liegt.
Um die vertikale Kraft abzustützen, ist es wünschenswert, dass das Rotationszentrum des Werkzeugs 50 in der Verlängerung der Mittellinie in der Dicke der vertikalen Platte 36 liegt. Um den Verbindungsumfang links und rechts von den Hohlelementen 31, 32 gleich zu machen, ist es wünschenswert, dass sich die Ecken 33b, 34b in der Verlängerung der Dickenmittellinie der vertikalen Platte 36 befinden. Während der Vorsprung 52 des Werkzeugs 50 vorzugsweise im Bereich zwischen den Dickeverlängerungslinien der vertikalen Platte 36 platziert werden sollte, wird die Dicke der vertikalen Platte 36 durch die vertikale Kraft, die Position des Vorsprungs 52 und ihre Festigkeit bestimmt. Demgemäß kann der Fall existieren, dass die Dicke der Platte 36 kleiner als der Durchmesser des Vorsprungs 52 ist. Angesichts möglicher Fehler in der Position des rotierenden Werkzeugs 50 und solcher der Ecken 33b, 34b ist es wünschenswert, dass die letzteren im Bereich zwischen den Dickenverlängerungslinien der vertikalen Platte 36 positioniert sind und zumindest ein Teil des Vorsprungs 52 des Werkzeugs 50 in diesem Bereich liegt. Diese Anordnung ermöglicht es, dass die vertikale Platte 36 den größten Teil der vertikalen Kraft aufnimmt, um eine Verformung der Verbindung im Wesentlichen zu verhindern. Im Ergebnis kann eine zufriedenstellende Verbindung erzeugt werden. Wenn die Naht 45 als Bezug verwendet wird, ist sie zwar etwas größer als der Vorsprung 52, jedoch kann dasselbe wie oben ausgeführt werden. Dies gilt auch für die anderen Beispiele.
Im Vergleich zum Fall der 1 kann diese Verbindungskonfiguration ein Einsinken der Oberfläche des Verbindungsbereichs selbst dann minimieren, wenn der Horizontalabstand zwischen dem Vorsprungsstück 38 und dem Hohlelement 31 groß ist. Im Ergebnis verfügt die Verbindung über ein gutes Aussehen, und sie benötigt einen verringerten Polierumfang vor dem Anstrich. Dies gilt, da der Zwischenraum zwischen den zwei Elementen auf einer Tiefe endet, die der Dicke des Vorsprungsstücks 38 entspricht. Es wird auch davon ausgegangen, dass diese Verbindungskonfiguration das Gewicht verringern kann. Ferner kann, da eines der Hohlelemente im anderen befestigt wird, die Positionierung in der Höhenrichtung der zwei Elemente leicht bewerkstelligt werden.
Die Enden des Hohlelements 31 sind von bilateral symmetrischer Form. Das Hohlelement 32 ist ebenfalls bilateral symmetrisch. Alternativ verfügt das Hohlelement 31 über ein Ende, das so geformt ist, wie es in der 3 dargestellt ist, und ein anderes Ende, das so wie das Ende des Hohlelements 32 in der 3 geformt ist.
Beim Beispiel der 5 existiert praktisch keine vertikale Platte 36 unmittelbar unter den Ecken 33b, 34b des ausgesparten Abschnitts des Hohlelements 31. Das rechte Ende der vertikalen Platte 36 liegt in der Verlängerung der Ecken 33b, 34b. In dieser Verlängerung befindet sich das Rotationszentrum des Werkzeugs 50. Der Endabschnitt des Hohlelements 31 ist stabil ausgebildet, um der Vertikalkraft standzuhalten, und zwar dadurch, dass das untere Vorsprungsstücks 37 an der Verbindungsstelle dicker ausgebildet ist und die Größe der Bogen erhöht ist, die sich von den Vorderenden der Vorsprungsstücke 37 zur Platte 36 erstrecken. Die Vorsprungsstücke 38 des anderen Hohlelements 32 werden in den ausgesparten Abschnitten der Vorsprungsstücke 37 aufgenommen, wie beim vorigen Beispiel der 3. Das zweite Hohlelement 32 verfügt über eine vertikale Platte 36 nahe den Vorsprüngen 38 für Verbindung mit der oberen und der unteren Platte 33, 34. Diese Anordnung verhindert selbst dann, wenn keine vertikale Platte 36 unmittelbar unter den Ecken der ausgesparten Abschnitte liegt, einen mangelhaften Verbindungsbereich. Es ist jedoch zu beachten, dass unter dem Bereich der Schweißnaht 35 eine vertikale Platte 36 der Platte 31 vorhanden ist. Die 6 zeigt den Zustand nach dem Schweißen.
Beim Beispiel der 5 kann die Platte 36 des Hohlelements 32 weggelassen werden.
Die 7 zeigt ein anderes Beispiel, nämlich eine Variation des vorigen Beispiels der 5, bei dem der Verbindungsbereich der zwei Hohlelemente 31, 32 mit erhöhten Abschnitten 37a, 38a versehen ist, die nach außen vorstehen. Dies macht den Verbindungsbereich dick. Die Höhen der erhöhten Abschnitte 37a, 38a sind gleich. Andere Teile sind denen der 5 ähnlich, jedoch mit der Ausnahme, dass die vertikale Platte 36 und die Vorsprünge 37 geringfügig dünner sind.
Wenn bei dieser Konfiguration zwischen den erhöhten Abschnitten 37a und 38a vor dem Schweißen ein Zwischenraum vorliegt, wird dieser beim Schweißen durch das Material der erhöhten Abschnitte 37a, 38a aufgefüllt, was das Aussehen verbessert und den erforderlichen Polierumfang verringert.
Bei herkömmlichen Schweißverbindungen zeigt die Schweißnaht eine Vertiefung, die dem Volumen des verlorenen Materials 41 entspricht, das durch die Abwärtskraft nach unten floss. Bei der Verbindungskonfiguration der 7 erweicht das rotierende Werkzeug 50 die erhöhten Abschnitten 37a, 38a und drückt sie nach unten, wodurch das verlorene Volumen des Materials 41 ausgeglichen wird. So kann die Ausbildung einer Vertiefung verhindert werden, wodurch eine zufriedenstellende Schweißverbindung geschaffen ist. Die 8 zeigt die Form der Schweißnaht 45 nach dem Schweißen. Nach dem Schweißen werden überflüssige Teile, falls welche vorhanden sind, abgeschnitten, wie es dargestellt ist.
Die erhöhten Abschnitte 37a, 38a können auch bei den 1, 3 und 5 sowie den folgenden Beispielen angewandt werden.
Die 9 zeigt ein weiteres Beispiel, das ein Schweißen der Ober- und der Unterseite nur von einer Seite ermöglicht. Die Enden der Hohlelemente 31, 32 an der Unterseite verfügen über Vorsprungsstücke 34a, 34a, die fluchtend mit den unteren Platten 34, 34 stark zu den Seiten des gegenüberstehenden Hohlelements vorstehen. Die Vorderenden der Vorsprungsstücke 34a, 34a stehen praktisch in Kontakt miteinander. Die Vorderenden der oberen Platten 33, 33 sind gegenüber den Vorderenden der unteren Platten 34a, 34a zurückgesetzt. Die Vorderenden der oberen Platten 33, 33 sind über die vertikalen Platten 36, 36 mit den unteren Platten 34, 34 verbunden. Die vertikalen Platten 36, 36 sind mit mittleren Abschnitten der unteren Platten 34 verbunden. Die oberen Abschnitte der vertikalen Platten 36, 36 sind mit ausgesparten Abschnitten 39, 39 versehen, die eine Verbindung 60 aufnehmen. Wenn die Oberseite der Verbindung 60 an den ausgesparten Abschnitten 39, 39 angebracht ist, fluchtet sie mit der Oberseite der oberen Platten 33, 33. Der Abstand zwischen den zwei vertikalen Platten 36, 36 ist ausreichend lang dafür, dass das rotierende Werkzeug 50 eingeführt werden kann, und er ist so klein wie möglich. Die Beziehung zwischen den vertikalen Platten 36 und den ausgesparten Abschnitten 39 ist dieselbe, wie sie für die Beispiele der 5 und 7 erläutert wurde.
Nachfolgend wird die Schweißprozedur beschrieben. Im Zustand der 9(A) werden die Vorderenden der unteren Platten 34a, 34a durch das rotierende Werkzeug 50 verschweißt. Dabei sind die Hohlelemente 31, 32, mit dem Verbindungsbereich der Platten 34a, 34a an einem Bett montiert. Die Oberseite des Betts (das die Schweißnaht abstützt) ist eben. Die Höhe des Vorsprungs 52 des rotierenden Werkzeugs 50 ist kleiner als die Dicke der Platten 34a, 34a. Dieses Design gewährleistet, dass die Unterseite nach dem Schweißen eben ist. So kann die Unterseite leicht als Außenseite der Konstruktion eines Schienenfahrzeugs oder eines Gebäudes verwendet werden (wobei die Außenseite eine Fläche ist, an der keine Zierplatte angebracht wird). Im Allgemeinen besteht die Tendenz, dass die Oberseite einer durch Reibschweißen erzeugten Verbindung ungleichmäßig ist (im Grenzabschnitt 51).
Als Nächstes wird, wie es in der 9(B) dargestellt ist, die Verbindung 60 zwischen den zwei Hohlelementen 31, 32 angebracht. Die Verbindung 60 ist im Vertikalschnitt T-förmig. Wenn die beiden Enden der Verbindung 60 an den ausgesparten Abschnitten 39, 39 platziert sind, existiert am unteren Ende eines vertikalen Abschnitts 31 zwischen diesem und der Schweißnaht an der unteren Platte ein Abstand. Der vertikale Abschnitt 61 kann weggelassen werden.
Als Nächstes erfolgt, wie es in der 9(C) dargestellt ist, durch das rotierende Werkzeug 50 ein Reibschweißvorgang für den Verbindungsabschnitt zwischen der Verbindung 60 und dem Hohlelement 31. Das rotierende Werkzeug 50 muss nicht dasselbe sein, wie es in der 9(A) verwendet wurde.
Dann wird, wie es in der 9(D) dargestellt ist, der Verbindungsbereich zwischen der Verbindung 60 und dem Hohlelement 32 durch das rotierende Werkzeug 50 einem Reibschweißen unterzogen.
Diese Prozedur ermöglicht es, das Schweißen von einer Seite her auszuführen, und der Umkehrvorgang wird beseitigt. Bei beseitigtem Umkehrvorgang besteht der Vorteil, dass die zum Umkehren und Positionieren erforderliche Zeit und eine Umkehrvorrichtung überflüssig sind und dass sogar die Zusammenbaugenauigkeit verbessert ist.
Die 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der sowohl die Ober- als auch die Unterseite der Hohlelemente 51, 52 gleichzeitig einem Reibschweißen unterzogen werden. Ein rotierendes Werkzeug 50a für die Unterseite befindet sich vertikal unter dem rotierenden Werkzeug 50 für die Oberseite. Der Vorsprung 52 des zweiten Schweißwerkzeugs 50a zeigt nach oben. Die zwei einander zugewandten Schweißwerkzeuge 50, 50a werden mit derselben Geschwindigkeit bewegt, um ein Reibschweißen auszuführen. Mit 70, 70 sind Betten (Tische) bezeichnet. Die Rotationszentren der Werkzeuge 50 und 50a liegen in derselben Linie, in der sich der Verbindungsbereich der Hohlelemente 31, 32 befindet.
Wegen dieser Anordnung ist das Rotationszentrum des zweiten Werkzeugs 50a in der Verlängerung des Rotationszentrums des ersten Werkzeugs 50 positioniert, und Kräfte stehen im Gleichgewicht, was es ermöglicht, die Verbindung innerhalb kurzer Zeit bei geringer Verformung anzuschweißen. Ferner kann, da es nicht erforderlich ist, die Hohlelemente 31, 32 umzudrehen, der Schweißvorgang bei geringer Verformung der Verbindung innerhalb kurzer Zeit ausgeführt werden.
Diese Anordnung kann bei den verschiedenen Beispielen angewandt werden.
Bei den vorigen Beispielen wurden Hohlelemente als zu verbindende Platten verwendet. Die folgenden Beispiele zeigen das bei Wabenplatten angewandte Reibschweißen. Wie es in der 11 dargestellt ist, verfügen die Wabenplatten 80a, 80b über zwei Oberflächenplatten 81, 82, Kernelemente 83 mit wabenförmigen Zellen sowie Kantenelemente 84, die entlang den Kanten der Oberflächenplatten 81, 82 angeordnet sind, wobei die Kernelemente 83 und die Kantenelemente 84 mit den Oberflächenplatten 81, 82 verlötet sind, um einstückige Konstruktionen zu bilden. Die Oberflächenplatten 81, 82, die Kernelemente 83 und die Kantenelemente 84 bestehen aus einer Aluminiumlegierung. Die Kantenelemente 84 werden durch Extrudieren hergestellt, und sie verfügen über einen rechteckigen Querschnitt. Alle Seiten dieses rechteckigen Querschnitts verfügen über eine größere Dicke als die Oberflächenplatten 81, 82. Die vertikalen Seiten der miteinander in Kontakt stehenden Kantenelemente 84, 84 verfügen über dieselbe Dicke, wie es in der 1 dargestellt ist. Die zwei Wabenplatten 80a, 80b verfügen über dieselbe Dicke.
Das Beispiel der 11 entspricht dem in der 1 dargestellten. Die Höhe des Vorsprungs 52 des rotierenden Werkzeugs 50 ist größer als die Dicke der Oberflächenplatten 81, 82. Dies ermöglicht es, die Oberflächenplatten 81, 82 und die Kantenelemente 84, 84 zu verschweißen. Die auf die Platten 80a, 80b wirkende Belastung wird hauptsächlich durch die Kantenelemente 84 übertragen. Nach der Herstellung werden die Platten 80a, 80b zusammengesetzt und durch Reibschweißen verbunden.
Das Beispiel der 12 entspricht dem in der 3 dargestellten. Das Kantenelement 84 der Wabenplatte 80a verfügt über einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, und an den Ecken weist es Aussparungen auf. Das Kantenelement 84 der Wabenplatte 80b ist kanalartig, wobei seine Öffnung der Wabenplatte 80a zugewandt ist. Die offenen Enden des Kantenelements 84 werden in die Aussparungsabschnitte des Kantenelements 84 der Wabenplatte 80a eingesetzt.
Die der 5 entsprechende Wabenplatte kann auf ähnliche Weise hergestellt werden.
Die 13 zeigt noch ein anderes Beispiel, das der 7 entspricht. Nachdem zwei Wabenplatten 80a, 80b zusammengesetzt wurden, wird auf den Oberflächenplatten 81, 81 eine Platte 86 platziert, und sie wird vorübergehend an diese angeschweißt. Die Platte 86 gleicht das Material aus, das erweicht und herausfließt. In der 12 ist ein vertikales Stück des Kantenelements der Wabenplatte 80a weggelassen. Die vertikale Kraft wird durch die Dicke des Horizontalstücks des Kantenelements 84 und die umgebenden Teile abgestützt.
Die 14 zeigt ein weiteres Beispiel der Erfindung. Die vorgehenden Beispiele bis zur 13 beinhaltet Platten mit zwei Flächen (Oberflächenplatten), wohingegen die Ausführüngsform der 14 über Platten 91, 92 mit praktisch einer einzelnen Fläche (Oberflächenplatten 94, 94) verfügt. Ein Reibschweißen wird an zwei Stellen ausgeführt, nämlich den stumpf aneinander stoßenden Enden der Platten 91, 92, der Außenseite mit den Oberflächenplatten 94 und der Innenseite ohne Oberflächenplatten. Daher sind die Verbindungsbereiche an der Innenseite mit schmalen Oberflächenplatten versehen (Oberflächenplatten 93, 93). Die schmalen Oberflächenplatten 93, 93 werden durch vertikale Platten 96, 96 abgestützt. Auch bei diesem Beispiel verlaufen die vertikalen Platten 96 praktisch orthogonal zu den Oberflächenplatten 93, 94. Die Oberflächenplatten 93, 94 sind ähnlich wie die in der 7 dargestellten mit erhöhten Abschnitten 37a, 38a versehen. Die Oberflächenplatten 94, 94 verfügen über mehrere Verstärkungsrippen (Platten) 95, 95 mit speziellen Intervallen. Die Rippen 95 verfügen über T-förmigen Querschnitt. Die Oberseiten der Rippen 95 fluchten mit denen der Oberflächenplatten 93 im Verbindungsbereich. An die Oberseiten können Verstärkungselemente (wie Säulen) angeschweißt werden, oder die Oberseiten dienen als Montagesitze für Gegenstände. Ferner dienen die Oberflächenplatten 93, 93 als Sitz zum Kontrollieren der Höhe des Werkzeugs 50. Ein das Werkzeug 50 tragender verstellbarer Körper läuft entlang den Oberflächenplatten 93, 93. Wegen des Vorliegens der Oberflächenplatten 93, 94 kann auch gesagt werden, dass die Platten 91, 92 eine Konstruktion mit zwei Flächen bilden. Die Platten 91, 92 sind extrudierte Formelemente.
Während die 14 zeigt, dass die vertikalen Platten 96, 96 der Platten 91 und 92 im Verbindungsbereich einander gegenüberstehen, wie bei der Konfiguration der 1, ist es möglich, eine der vertikalen Platten über der anderen zu platzieren, wie es in den 3, 5 und 7 dargestellt ist.
Die 15 zeigt ein Anwendungsbeispiel dieser Ausführungsform beim Konstruktionskörper eines Schienenfahrzeugs. Der Konstruktionskörper verfügt über Seitenkörper 101, einen Dachkörper 102, einen Bodenkörper 103 sowie Giebelkörper 104 an den Enden an der Längsrichtung. Die Seitenkörper 101 und der Dachkörper 102 verfügen über Platten 31, 32, 80a, 80b, 91, 92, deren lange Seiten in der Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet sind. Die Verbindung zwischen den Seitenkörpern 101 und dem Dachkörper 102 sowie zwi schen den Seitenkörpern 101 und dem Bodenkörper 103 erfolgt durch MIG-Schweißen. Der Dachkörper 102 und die Seitenkörper 101 sind häufig mit bogenförmigem Querschnitt ausgebildet. Wenn die Platten 91, 92 für die Seitenkörper 101 verwendet werden, wird dafür gesorgt, dass die Seite mit den vertikalen Platten 96 und den Rippen 95 dem Inneren des Fahrzeugs zugewandt ist und die Verstärkungselemente Säulen bilden.
Die Platten 31, 32 der 9 können in einer spiegelbildlichen Anordnung kombiniert werden. Das Ende der vorstehenden Platte 34a jeder Platte wird im ausgesparten Abschnitt 39 der Platte 33 der anderen Platte platziert. Dies vermeidet die Verwendung der Verbindung 60 und erlaubt ein gleichzeitiges Reibschweißen des Verbindungsbereichs sowohl von oben als auch von unten. Die Platten 33, 34a können mit erhöhten Abschnitten versehen sein, wie es in der 7 dargestellt ist.

Claims

Verfahren zum Verbinden zweier Platten (31, 32) durch Reibrührschweißen, umfassend Bereitstellen der ersten und der zweiten Platte (31, 32), die jeweils eine erste und eine zweite parallele Stirnplatte (33, 34) sowie eine die Stirnplatten miteinander verbindende und orthogonal zu diesen an deren jeweiligen Kanten verlaufende Querplatte (36) aufweisen, Anordnen der ersten und der zweiten Platte aneinander in einer Schweißposition, so daß deren erste Stirnplatte (33) und deren zweite Stirnplatte (34) aneinander anliegen, und Reibrührschweißen der ersten und der zweiten Stirnplatte zusammen mittels zweier Drehwerkzeuge (50, 50a), die einander auf gegenüberliegenden Seiten der Platten in Schweißposition gegenüberliegen und die während des Reibrührschweißens entlang der Platten mit im wesentlichen gleicher Geschwindigkeit bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Rotationsachsen der zwei Rotationswerkzeuge (50, 50a) übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Platte (31, 32) jeweils mehrere weitere, die erste und die zweite Platte (33, 34) verbindende und schräg zur ersten und zur zweiten Platte (33, 34) verlaufende Querplatten (35) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Platte wabenförmige Platten (80a, 80b) sind, die jeweils Flächenplatten (81, 82) als erste und zweite Stirnplatte, die Flächenplatten verbindende wabenförmige Kernelemente (83) und die Flächenplatten an deren Kanten verbindende und die Querplatte vorgebende Kantenelemente (84) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeweils in der ersten und der zweiten Platte (91, 92) die erste Stirnplatte (94) eine durchgehende Platte ist und die zweite Stirnplatte (93) relativ schmal ist, wobei auf der ersten Stirnplatte (94) Verstärkungsrippen (95) angeordnet sind, die in derselben Richtung hervorragen wie die die zweite Stirnplatte (93) tragende Querplatte (96).