DE69735905T2

DE69735905T2 - Plattenstruktur und Reibschweissverfahren

Info

Publication number: DE69735905T2
Application number: DE69735905T
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: 2007-01-11
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

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Reibschweißverfahren, das geeigneter Weise beim Plattenschweißen angewendet wird, welches zum Beispiel bei Gebäuden und Eisenbahnwagen aus Aluminiumlegierungen verwendet wird.
Eine zweiflächige Struktur (Platte) für Eisenbahnwagen mittels hohler Formelemente ist in der offen gelegten Japanischen Patentschrift Nr. 246863/1990 offenbart, und eine weitere mittels geschichteter Platten wie etwa Wabenplatten ist in der offen gelegten Japanischen Patentschrift Nr. 106661/1994 offenbart.
Reibrührschweißen wird ausgeführt, indem ein in einem Verbindungsbereich eingeführtes rundes Werkzeug gedreht wird, um den Verbindungsbereich zu erhitzen und formbar zu machen, wodurch eine Schweißung gebildet wird. Dieses Schweißen wird auf einen Stumpfstoß und einen Überlappungsstoß angewendet. Dies ist in WO 93/10935 (die dieselbe WO 0615480B1 und die veröffentlichte Japanische Übersetzung der ausländischen PCT-Patentanmeldung Nr. 505090/1995 ist) sowie in Welding & Metal Fabrication, Januar 1995, S. 13–16, beschrieben. Zur Erklärung des Reibrührschweißens, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sollte auf diese Dokumente zurückgegriffen werden.
Beim Reibrührschweißen bewirkt die Reaktion des formbar gemachten Metalls, dass während des Schweißens von direkt unterhalb des rotierenden Werkzeugs (Rundstab) zur Oberfläche hin extrudiert wird, eine nach unten auf den Verbindungsbereich wirkende Kraft. Wenn dieses Schweißverfahren daher auf eine zweiflächige Struktur (Platte) angewendet wird, bewirkt diese Kraft nach unten, dass das Verbindungsmaterial im Verbindungsbereich nach unten fließt, wodurch die Verbindung verformt wird. Dies macht es unmöglich, eine zufriedenstellende Schweißung zu erzeugen.
Zweiflächige Strukturen (Platten) beinhalten aus extrudierter Aluminiumlegierung hergestellte hohle Formelemente und Verbundplatten. Das Verbinden solcher Platten ist mittels MIG-Schweißung und TIG-Schweißung bewerkstelligt worden. Wenn das Reibungsschweißen auf solch eine Verbindung angewendet wird, wird die Verbindung nach unten gebogen oder das Material im Verbindungsbereich wird dazu gebracht, durch eine während des Reibungsschweißens erzeugte nach unten zeigende Kraft nach unten zu fließen.
Der Erfinder hat die obigen Phänomene in einer Vielzahl von Experimenten festgestellt.
Vorzugsweise ist es eine Aufgabe, eine zufriedenstellende geschweißte Verbindung zu ermöglichen, indem die Verformung des Verbindungsbereichs minimiert wird, wenn zwei Flächen reibungsverschweißt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Metallelement zur Verfügung, das zur Verwendung beim Reibrührschweißen geeignet ist und in Anspruch 1 beschrieben ist. Die Erfindung stellt ebenfalls Verfahren zum Reibrührschweißen wie in Ansprüchen 7 und 8 beschrieben zur Verfügung.
1 ist ein vertikaler Querschnitt einer beispielhaften Struktur, die nützlich zum Verständnis dieser Erfindung ist.
2 ist ein vertikaler Querschnitt von 1 nach dem Reibrührschweißen.
3 ist ein vertikaler Querschnitt eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung.
4 ist ein vertikaler Querschnitt von 3 nach dem Reibrührschweißen.
5 ist ein vertikaler Querschnitt eines anderen zum Verständnis der Erfindung nützlichen Beispiels.
6 ist ein vertikaler Querschnitt von 5 nach dem Reibrührschweißen.
7 ist ein vertikaler Querschnitt noch eines weiteren Beispiels.
8 ist ein vertikaler Querschnitt von 7 nach dem Reibrührschweißen.
9 ist ein vertikaler Querschnitt, der den Vorgang des Reibrührschweißens eines weiteren Ausführungsbeispiels dieser Erfindung zeigt.
10 ist ein vertikaler Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels dieser Erfindung.
11 ist ein vertikaler Querschnitt eines weiteren Beispiels.
12 ist ein vertikaler Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels dieser Erfindung.
13 ist ein vertikaler Querschnitt eines weiteren Beispiels.
14 ist ein vertikaler Querschnitt eines weiteren Beispiels.
15 ist eine Perspektivansicht eines Strukturkörpers eines Eisenbahnwaggons.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE UND BEISPIELE
Das in 1 gezeigte Beispiel weist eine Verbindungskonfiguration vom aneinanderstoßenden Typ zwischen hohlen Formelementen 31, 32 als Platten auf. Die hohlen Formelemente 31, 32 weisen an ihren Enden in der Breitenrichtung vertikale Platten 36, 36 auf. Vor dem Schweißen werden die vertikalen Platten 36, 36 unmittelbar unterhalb eines rotierenden Werkzeugs 50 angeordnet. Die vertikalen Platten 36, 36 liegen einander berührend gegenüber. Wenn sie in einem Abstand zueinander angeordnet sind, ist die Entfernung gering und ungefähr 1 mm. Auf der Verlängerung der Zwischenfläche zwischen den vertikalen Platten 36, 36 liegt der Mittelpunkt eines Vorsprungs 52. Die vertikalen Platten 36, 36 weisen eine hinreichend starke Steifigkeit auf, um der zuvor erwähnten nach unten zeigenden Kraft standzuhalten. Die vertikalen Platten 36 sind senkrecht zu zwei Platten 33, 34. Die hohlen Formelemente 31, 32 werden mit extrudierter Aluminiumlegierung gebildet. Die obere und die untere Fläche des hohlen Formelements 31 sind mit den entsprechenden oberen und unteren Flächen des hohlen Formelements 32 bündig gemacht. Das heißt, die hohlen Formelemente 31, 32 weisen die gleiche Dicke auf. Dies trifft auch auf die nachfolgenden Beispiele und Ausführungsbeispiele zu. Während des Reibungsschweißens liegt die Grenze 53 zwischen einem Abschnitt 51 von großem Durchmesser und dem Vorsprung 52 eines Abschnitts von kleinem Durchmesser des rotierenden Werkzeugs 50 oberhalb der oberen Oberflächen der hohlen Formelemente 31, 32. Bezugszeichen 35 bezeichnet mehrere Elemente, die in Strebenweise angeordnet sind, um die zwei Platten 36, 36 zu verbinden. Die hohlen Formelemente 31, 32 weisen jeweils beidseitig symmetrische Endabschnitte auf. Die hohlen Formelemente 31, 32 sind auf einer Unterlage (nicht gezeigt) befestigt und unbeweglich fixiert. Die Unterlage liegt ebenfalls unter den vertikalen Platten 36, 36.
Reibrührschweißen wird mittels des Werkzeugs 50 durchgeführt, indem der Vorsprung 52 in den Verbindungsbereich der hohlen Formelemente 31, 32 eingetaucht und entlang des Verbindungsbereichs bewegt wird. Der Rotationsmittelpunkt des Vorsprungs 52 liegt zwischen den zwei vertikalen Platten 36, 36.
2 zeigt die zwei Platten, nachdem sie reibungsverschweißt wurden. Bezugszeichen 45 bezeichnet die Form einer Schweißrau pe nach dem Schweißen. Auf der Verlängerung der Grenzlinie zwischen den vertikalen Platten 36, 36 ist der Mittelpunkt in Breitenrichtung der Schweißraupe 45 angeordnet. Die Raupe 45 liegt auf einer Fläche auf der Verlängerung der Dicke vertikalen Platten 36, 36. Die Tiefe der Schweißraupe 45 wird durch die Höhe des Vorsprungs 52 am unteren Ende des in den Verbindungsbereich eingeführten rotierenden Werkzeugs 50 bestimmt.
Bei diesem Aufbau verbiegt sich der Verbindungsbereich nicht, da die zu den Platten 33, 34 senkrechten vertikalen Platten 36, 36 der während des Reibungsschweißens erzeugten vertikalen Kraft standhalten, wodurch eine wie in 2 gezeigte zufriedenstellende Verbindung ermöglicht wird. Die vertikale Platte 36 wird soweit wie möglich senkrecht zu den Platten 33, 34 gemacht.
Die vertikale Platte 36 kann durchlöchert sein, um ein leichteres Gewicht zu haben. Dies trifft auch auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele zu.
Das Verschweißen der unteren Seite erfolgt durch das Auf-den-Kopf-Stellen der hohlen Formelemente.
Das Ausführungsbeispiel aus 3 weist eine vertikale Platte 36 am Ende des einen hohlen Formelements 31 auf, aber nicht am gegenüberliegenden Ende des anderen hohlen Formelements 32. Ecken in der vertikalen Richtung der vertikalen Platte 36 des hohlen Formelements 31 sind zurückgesetzt, um so die Enden vorspringender Teile 38, 38 des hohlen Formelements 32 zu empfangen. Diese zurückgesetzten Abschnitte sind in einer Richtung der Dicke des hohlen Formelements 31 und in einer zur Dickenrichtung senkrechten Richtung (zur Seite des hohlen Formelements 32 hin) offen. Wenn die vorspringenden Teile 38 auf den zurückgesetzten Abschnitten platziert werden (überlagert), ist tatsächlich ein Zwischenraum zwischen ihnen, obwohl sie einander in der Figur berühren. Dort ist ebenfalls eine Lücke zwischen den vorderen Enden dieser Elemente (d. h. zwischen den vorspringenden Teilen 38, 38 und den Ecken 33a, 34b). Die aneinandergesetzten Verbindungsabschnitte auf der oberen Flächenseite der zwei hohlen Formelemente 31, 32 und die vertikale Platte 36 sind direkt unterhalb des Mittelpunkts des rotierenden Werkzeugs 50 angeordnet. Der Rotationsmittelpunkt des Vorsprungs 52 des Schweißwerkzeugs 50 ist auf einer Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36 angeordnet. Das heißt, der Verbindungsbereich der Platte 33 (34) und der Platte 33 (34) ist auf der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36 angeordnet. Die von den Platten 33, 34 zu den zurückgesetzten Abschnitten verlaufenden Ecken 33b, 34b liegen auf einer Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36. Im Hinblick auf die Lücke zwischen den Ecken 33b, 34b und den vorspringenden Teilen 38 sind die Ecken 33b und 34b leicht zur Linken der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36 angeordnet. Die vertikale Platte 36 weist eine Starrheit auf, um die nach unten zeigende Kraft zu unterstützen. Die waagerechte Lücke zwischen den vorderen Enden der vorspringenden Teile 38 und des hohlen Formelements 31 ähnelt der in 1 gezeigten. Die Höhe des Vorsprungs 52 des Schweißwerkzeugs 50 gleicht näherungsweise der Dicke des vorspringenden Teils 38. Der Bereich, der plastisch und flüssig ist, erstreckt sich unterhalb des vorspringenden Teils 38 und erhält eine größere Fläche als der Durchmesser des Vorsprungs 52, und die zwei hohlen Formelemente 31, 32 werden reibungsverschweißt. Es ist erwünscht, dass die Reibungsverschweißung so gebildet wird, dass sie sich über die Berührungsfläche zwischen der Unterseite des vorspringenden Teils 38 und der vertikalen Platte 36 hinaus erstreckt.
4 zeigt den Zustand der Verbindung nach dem Schweißen. Die Schweißraupe 45 wird so gebildet, dass der Mittelpunkt in Breitenrichtung der Schweißraupe 45 auf einer Verlängerung der Mitte in Dickenrichtung der vertikalen Platte 36 liegt.
Um die vertikale Kraft zu stützen, ist es erwünscht, dass der Rotationsmittelpunkt des Werkzeugs 50 auf der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36 angeordnet wird. Um das Verbindungsausmaß des linken und des rechten hohlen Formelements 31, 32 gleich zu machen, ist es erwünscht, dass die Ecken 33b, 34b auf der Verlängerung der Mittellinie in Dickenrichtung der vertikalen Platte 36 angeordnet werden. Während der Vorsprung 52 des Werkzeugs 50 vorzugsweise im Bereich zwischen Verlängerungslinien der Dicke der vertikalen Platte 36 platziert werden sollte, wird die Dicke der vertikalen Platte 36 durch die vertikale Kraft, die Position des Vorsprungs 52 und die Stärke der vertikalen Platte 36 bestimmt. Folglich kann der Fall eintreten, dass die Dicke der Platte 36 kleiner als der Durchmesser des Vorsprungs 52 ist. Im Hinblick auf mögliche Fehler in der Position des rotierenden Werkzeugs 50 und solche der Ecken 33b, 34b, ist es erwünscht, dass die Ecken 33b, 34b im Bereich zwischen Verbindungslinien der Dicke der vertikalen Platte 36 positioniert werden und zumindest ein Teil des Vorsprungs 52 des Werkzeugs 50 in diesem Bereich angeordnet wird. Diese Anordnung ermöglicht es, dass die vertikale Platte 36 zumindest einen Teil der vertikalen Kraft empfängt, wodurch die Verformung der Verbindung im Wesentlichen verhindert wird. Im Ergebnis kann eine zufriedenstellende Verbindung gebildet werden. Wenn die Raupe 45 als Bezug genommen wird, kann das Gleiche wie oben gesagt werden, obwohl die Raupe 45 ein wenig größer als der Vorsprung 52 ist. Dies trifft auch auf die anderen Beispiele und Ausführungsbeispiele zu.
Im Vergleich zum Fall von 1 kann diese Verbindungskonfiguration das Oberflächenabsinken des Verbindungsbereichs sogar dann minimieren, wenn die waagerechte Lücke zwischen dem vorspringenden Teil 38 und dem hohlen Formelement 31 groß ist. Im Ergebnis weist die Verbindung ein gutes Aussehen auf und erfordert eine geringere Menge von Kitt zum Anstreichen. Dies liegt daran, dass die Lücke zwischen den zwei Elementen in ei ner Tiefe endet, die gleich der Dicke des vorspringenden Teils 38 ist. Ebenfalls ersichtlich ist, dass diese Verbindungskonfiguration das Gewicht verringern kann. Ferner kann das Positionieren in Höhenrichtung der zwei Elemente, da eines der hohlen Elemente in das andere eingepasst wird, leicht bewerkstelligt werden.
Die Enden des hohlen Formelements 31 sind beidseitig symmetrisch in ihrer Form. Das hohle Formelement 32 ist ebenfalls beidseitig symmetrisch. Alternativ weist das hohle Formelement 31 ein wie in 3 gezeigt geformtes Ende auf, und das andere Ende ist wie das Ende des hohlen Formelements 32 aus 3 geformt.
Im Beispiel aus 5 gibt es tatsächlich keine vertikale Platte 36 unmittelbar unterhalb der Ecken 33b, 34b des zurückgesetzten Abschnitts des hohlen Formelements 31. Das rechte Ende der vertikalen Platte 36 liegt auf der Verlängerung der Ecken 33b, 34b. Auf dieser Verlängerung liegt der Rotationsmittelpunkt des Werkzeugs 50. Der Endabschnitt des hohlen Formelements 31 wird mit einer Starrheit versehen, um der vertikalen Kraft standzuhalten, indem das untere vorspringende Teil 37 an der Verbindung dicker gemacht wird und die Größe der von den vorderen Ende der vorspringenden Teile 37 zur Platte 36 verlaufenden Bögen erhöht wird. Die vorspringenden Teile 38 des anderen hohlen Formelements 32 werden in den zurückgesetzten Abschnitten der vorspringenden Teile 37 wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel aus 3 empfangen. Das zweite hohle Formelement 32 weist eine vertikale Platte 36 nahe den Vorsprüngen 38 zur Verbindung der oberen und der unteren Platte 33, 34 auf. Diese Anordnung verhindert, dass der Verbindungsbereich fehlerhaft ist, sogar dann wenn es keine vertikale Platte 36 unmittelbar unterhalb der Ecken der zurückgesetzten Abschnitte gibt. Es wird allerdings angemerkt, dass unterhalb des Bereichs der Raupe 45 eine vertikale Platte 36 der Platte 31 ist. 6 zeigt den Zustand nach dem Schweißen.
Im Beispiel von 5 kann die Platte 36 des hohlen Formelements 32 entfernt werden.
7 zeigt ein anderes Beispiel, eine Variation des vorhergehenden Beispiels aus 5, bei dem der Verbindungsbereich der zwei hohlen Formelemente 31, 32 mit erhabenen Abschnitten 37a, 38a versehen ist, die nach außen vorspringen. Dies macht den Verbindungsbereich dick. Die Höhen der erhabenen Abschnitte 37a, 38a sind gleich. Andere Teile ähneln denen aus 5, außer dass die vertikale Platte 36 und die Vorsprünge 37 etwas dünner sind.
Bei dieser Konfiguration wird, wenn es vor dem Schweißen eine Lücke zwischen den erhabenen Abschnitten 37a und 38a gibt, die Lücke mit dem Material der erhabenen Abschnitte 37a, 38a gefüllt, wenn geschweißt wird, wodurch das Aussehen verbessert und die Menge des erforderlichen Kitts verringert wird.
Bei herkömmlichen verschweißten Verbindungen weist die Schweißraupe eine Absenkung auf, die dem Volumen des verlorenen Materials 41 entspricht, das aufgrund der nach unten zeigenden Kraft nach unten geflossen ist. In der Verbindungskonfiguration von 7 macht das rotierende Werkzeug 50 die erhabenen Abschnitte 37a, 38a formbar und drängt sie nach unten, um das verlorene Volumen des Materials 41 zu kompensieren. Daher kann das Entstehen von Absenkungen verhindert werden, wodurch eine zufriedenstellende verschweißte Verbindung gesichert wird. 8 zeigt die Form der Raupe 45 nach dem Schweißen. Nach dem Schweißen werden unnötige Teile, falls es welche gibt, wie gezeigt abgeschnitten.
Die erhabenen Abschnitte 37a, 38a können ebenfalls bei 1, 3 und 5 sowie den nachfolgenden Beispielen und Ausführungsbeispielen angewendet werden.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das das Schweißen an der oberen und der unteren Fläche von nur einer Seite erlaubt. Die Enden der hohlen Formelemente 31, 32 auf der unteren Seite weisen vorspringende Teile 34a, 34a, die auf einer Höhe mit den unteren Platten 34, 34 stark zu den gegenüberliegenden Seiten der hohlen Formelemente hin vorspringen. Die vorderen Enden der vorspringenden Teile 34a, 34a berühren einander praktisch. Die vorderen Enden der oberen Platten 33, 33 liegen hinter den vorderen Enden der unteren Platten 34a, 34a. Die vorderen Enden der unteren Platten 33, 33 sind mit den unteren Platten 34, 34 über die vertikalen Platten 36, 36 verbunden. Die vertikalen Platten 36, 36 sind mit Zwischenabschnitten der unteren Platten 34 verbunden. Die oberen Abschnitte der vertikalen Platten 36, 36 sind mit zurückgesetzten Abschnitten 39, 39 versehen, die eine Verbindung 60 empfangen. Wenn sie auf den zurückgesetzten Abschnitten 39, 39 befestigt ist, ist die obere Oberfläche der Verbindung 60 auf einer Höhe mit der oberen Fläche der oberen Platten 33, 33. Die Entfernung zwischen den zwei vertikalen Platten 36, 36 ist weit genug, dass das rotierende Werkzeug 50 eingeführt werden kann, und ist so kurz wie möglich. Das Verhältnis zwischen den vertikalen Platten 36 und den zurückgesetzten Abschnitten 39 ist genauso wie im Ausführungsbeispiel von 3 erklärt.
Der Schweißvorgang wird nun beschrieben werden. Im Zustand von 9(A) werden die vorderen Enden der unteren Platten 34a, 34a mittels des rotierenden Werkzeugs 50 verschweißt. In diesem Moment werden die hohlen Formelemente 31, 32 einschließlich des Verbindungsbereichs der Platten 34a, 34a auf einer Unterlage befestigt. Die obere Oberfläche der Unterlage (die die Raupe stützt) ist eben. Die Höhe des Vorsprungs 52 des rotierenden Werkzeugs 50 ist kleiner als die Dicke der Platten 34a, 34a. Diese Auslegung gewährleistet, dass die untere Oberfläche nach dem Schweißen eben ist. Daher kann die untere Seite leicht als eine Außenfläche der Struktur eines Eisenbahn waggons oder eines Gebäudes (die äußere Oberfläche ist dabei die Oberfläche, auf der keine dekorative Platte befestigt wird) verwendet werden. Im Allgemeinen neigt die obere Fläche der reibungsverschweißten Verbindung dazu, uneben zu sein (in einem Grenzabschnitt 51).
Als Nächstes wird, wie in 9(B) gezeigt, die Verbindung 60 zwischen den zwei hohlen Formelementen 31, 32 befestigt. Die Verbindung 60 ist T-förmig im vertikalen Querschnitt. Wenn beide Enden der Verbindung 60 auf den zurückgesetzten Abschnitten 39, 39 platziert werden, weist das untere Ende eines vertikalen Abschnitts 61 einen Zwischenraum zwischen ihm und der Schweißraupe auf der unteren Platte auf. Der vertikale Abschnitt 61 kann weggelassen werden.
Als Nächstes wird der Verbindungsabschnitt zwischen der Verbindung 60 und dem hohlen Formelement 31, wie in 9(C) gezeigt, mittels des rotierenden Werkzeugs 50 reibungsverschweißt. Das rotierende Werkzeug 50 muss nicht das Gleiche wie das in 9(A) verwendete sein.
Dann wird, wie in 9(D) gezeigt, der Verbindungsabschnitt zwischen der Verbindung 60 und dem hohlen Formelement 32 mittels des rotierenden Werkzeugs 50 reibungsverschweißt.
Dieser Vorgang ermöglicht es, dass das Schweißen von einer Seite aus durchgeführt werden kann, und eliminiert die Umdreharbeit. Im Hinblick auf die eliminierte Umdreharbeit besteht ein Vorteil darin, dass die zum Umdrehen und zum Positionieren erforderliche Zeit sowie das Umdrehgerät unnötig sind, und sogar die Anordnungsgenauigkeit wird verbessert.
10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl die oberen als auch die unteren Seiten der hohlen Formelemente 51, 52 zur gleichen Zeit reibungsverschweißt werden. Ein rotierendes Werkzeug 50a für die untere Seite ist senkrecht unterhalb des Schweißwerkzeugs 50 für die obere Seite. Der Vor sprung 52 des zweiten Schweißwerkzeugs 50a zeigt nach oben. Die einander entgegengerichteten zwei Schweißwerkzeuge 50, 50a werden mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt, um Reibungsschweißen durchzuführen. Mit 70, 70 sind Unterlagen (Tische) bezeichnet. Die Rotationsmittelpunkte der Werkzeuge 50 und 50a liegen auf derselben Linie, auf der der Verbindungsbereich der hohlen Formelemente 31, 32 ist.
Da bei dieser Anordnung der Rotationsmittelpunkt des zweiten Werkzeugs 50a auf der Verlängerung des Rotationsmittelpunkts des ersten Werkzeugs 50 positioniert ist, gleichen die Kräfte einander aus, wodurch das Verschweißen der Verbindung in kurzer Zeit mit geringer Verformung ermöglicht wird. Ferner kann das Schweißen, da das Umdrehen der hohlen Formelemente 31, 32 nicht nötig ist, in kurzer Zeit mit geringer Verformung der Verbindung durchgeführt werden.
Dieses Ausführungsbeispiel kann bei anderen Beispielen und Ausführungsbeispielen angewendet werden.
Die vorhergehenden Beispiele und Ausführungsbeispiele haben hohle Formelemente als zu verbindende Platten verwendet. Die folgenden Beispiele und Ausführungsbeispiele zeigen das auf Verbundplatten angewendete Reibungsschweißen. Wie in 11 gezeigt umfassen die Verbundplatten 80a, 80b zwei Oberflächenplatten 81, 82, Kernelemente 83 mit wabenartigen Zellen und entlang den Kanten der Oberflächenplatten 81, 82 angeordnete Kantenelemente 84, wobei die Kernelemente 83 und die Kantenelemente 84 an die Oberflächenplatten 81, 82 gelötet sind, um einstückige Strukturen zu bilden. Die Oberflächenplatten 81, 82, die Kernelemente 83 und die Kantenelemente 84 sind aus Aluminiumlegierung hergestellt. Die Kantenelemente 84 sind durch Extrusion hergestellt und weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Alle Seiten dieses rechteckigen Querschnitts sind größer in ihrer Dicke als die Oberflächenplatten 81, 82. Die vertikalen Seiten der einander gegenseitig berührenden Kantenelemente 84, 84 weisen, wie in 1 gezeigt, die gleiche Dicke auf. Die zwei Verbundplatten 80a, 80b weisen die gleiche Dicke auf.
Das Beispiel aus 11 entspricht dem in 1 gezeigten. Die Höhe des Vorsprungs 52 des rotierenden Werkzeugs 50 ist größer als die Dicke der Frontplatten 81, 82. Dies ermöglicht, dass die Frontplatten 81, 82 und die Kantenelemente 84, 84 verschweißt werden können. Die auf die Platten 80a, 80b wirkende Last wird vor allem durch die Kantenelemente 84 übertragen. Nach ihrer Herstellung werden die Platten 80a, 80b zusammengestellt und reibungsverschweißt.
Das Ausführungsbeispiel aus 12 entspricht dem in 3 gezeigten. Das Kantenelement 84 der Verbundplatte 80a weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und hat Vertiefungen an den Ecken. Die Kantenelemente 84 der Verbundplatte 80b sind wie ein Kanal, dessen Öffnung der Verbundplatte 80a gegenüberliegt. Die offenen Enden des Kantenelements 84 werden auf die zurückgesetzten Abschnitte des Kantenelements 84 der Verbundplatte 80a gelegt.
Die 5 entsprechende Verbundplatte kann auf eine ähnliche Weise hergestellt werden.
13 zeigt noch ein weiteres Beispiel, das 7 entspricht. Nachdem zwei Verbundplatten 80a, 80b zusammengestellt worden sind, wird eine Platte 86 auf den Frontplatten 81, 81 platziert und zeitweilig mit diesen verschweißt. Die Platte 36 kompensiert das Material, das formbar gemacht wird und ausfließt. In 12 wird ein vertikales Stück des Kantenelements der Verbundplatte 80a entfernt. Die vertikale Kraft wird durch die Dicke des waagerechten Stücks des Kantenelements 84 und die umliegenden Teile gestützt.
14 zeigt ein weiteres Beispiel. Die vorhergehenden Beispiele und Ausführungsbeispiele bis 13 beinhalten Platten mit zwei Flächen (Frontplatten), während das Beispiel aus 14 Platten 91, 92 mit tatsächlich einer einzelnen Fläche (Frontplatten 94, 94) beinhaltet. Reibungsschweißen wird an zwei Stellen durchgeführt, an den aneinanderstoßenden Enden der Platten 91, 92, der Außenseite mit Frontplatten 94 und der Innenseite ohne Frontplatten. Daher werden die Verbindungsbereiche auf der Innenseite mit engen Frontplatten (Frontplatten 93, 93) versehen. Die engen Frontplatten 93, 93 werden durch vertikale Platten 96, 96 gestützt. Auch bei diesem Beispiel sind die vertikalen Platten 96 tatsächlich senkrecht zu den Frontplatten 93, 94. Die Frontplatten 93, 94 werden mit erhabenen Abschnitten 37a, 38a, die den in 7 gezeigten ähneln, versehen. Die Frontplatten 94, 94 weisen mehrere Verstärkungsrippen (Platten) 95, 95 in vorgegebenen Intervallen auf. Die Rippen 95 sind T-förmig im Querschnitt. Die oberen Oberflächen der Rippen 95 sind auf einer Höhe mit denen der Frontplatten 93 des Verbindungsbereichs. Mit den oberen Oberflächen können Verstärkungselemente (wie etwa Säulen) verschweißt werden, oder die oberen Oberflächen dienen als Befestigungsauflagen für Gegenstände. Ferner dienen die Frontplatten 93, 93 auch als eine Auflage zum Steuern der Höhe des Werkzeugs 50. Ein das Werkzeug 50 tragender beweglicher Körper läuft entlang den Frontplatten 93, 93. Da die Frontplatten 93, 94 vorgesehen sind, kann auch gesagt werden, dass die Platten 91, 92 eine zweiflächige Struktur bilden. Die Platten 91, 92 sind extrudierte Formelemente.
Während 14 die vertikalen Platten 96, 96 der einander im Verbindungsbereich gegenüberliegenden Platten 91 und 92 zeigt, ist es wie in der Konfiguration von 1 möglich, eine der vertikalen Platten über die andere zu platzieren, wie es in 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, 5 und 7 gezeigt ist.
15 zeigt ein Beispiel einer Anwendung des obigen Beispiels auf den Strukturkörper eines Eisenbahnwaggons. Der Strukturkörper hat Seitenkörper 101, einen Dachkörper 102, einen Bodenkörper 103 und Giebelkörper 104 an den Enden in der Längsrichtung. Die Seitenkörper 101 und der Dachkörper 102 weisen Platten 31, 32, 80a, 80b, 91, 92 auf, deren lange Seiten in Längsrichtung des Waggons orientiert sind. Die Verbindung zwischen den Seitenkörpern 101 und dem Dachkörper 102 und zwischen den Seitenkörpern 101 und dem Bodenkörper 103 wird mittels MIG-Schweißen bewerkstelligt. Der Dachkörper 102 und die Seitenkörper 101 sind oftmals in Bögen im Querschnitt geformt. Wenn die Platten 91, 92 für die Seitenkörper 101 verwendet werden, wird die Seite mit den vertikalen Platten 96 und Rippen 96 dazu gebracht, zum Inneren des Waggons hin zu zeigen, und die Verstärkungselemente bilden Säulen.
Die Platten 31, 32 aus 9 können in einer spiegelbildlichen Anordnung kombiniert werden. Das Ende der vorspringenden Platte 34a jeder Platte wird auf dem zurückgesetzten Abschnitt 39 der Platte 33 der anderen Platte platziert. Dies vermeidet die Verwendung der Verbindung 60 und erlaubt das gleichzeitige Reibungsschweißen des Verbindungsbereichs sowohl von oben als auch von unten. Die Platten 33, 34a können mit erhabenen Abschnitten, wie in 7 gezeigt, versehen werden.

Claims

Metallelement geeignet zur Verwendung beim Reibrührschweißen, mit einer Struktur, die erste und zweite, parallel in Abstand zueinander angeordnete Stege (33, 34) aufweist, die in Längen- und Breitenrichtung des Elements verlaufen, und wenigstens einem Quersteg (35, 36), der, in einem Querschnitt quer zur Seitenkante gesehen, in der Dickerichtung im wesentlichen senkrecht zu dem ersten und dem zweiten Steg verläuft und den ersten mit dem zweiten Steg verbindet, wobei an einer Seitenkante des ersten Stegs eine Falzformation (33b, 34b) vorhanden ist, die längs der Seitenkante verläuft und durch eine erste, seitwärts weisende Fläche und eine zweite, nach außen in die Dickerichtung weisende Fläche definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Falzformation, in dem Querschnitt quer zu der Seitenkante gesehen, auf den Quersteg ausgerichtet ist.
Element nach Anspruch 1, wobei die erste Fläche der Falzformation (33b, 34b) auf die Mittellinie des Querstegs ausgerichtet ist.
Element nach Anspruch 1, wobei die erste Fläche der Falzformation parallel und versetzt zu der Mittellinie des Querstegs liegt.
Element nach Anspruch 1 mit einer zweiten Falzformation (34b) parallel zu der ersten Falzformation an einer Seitenkante des zweiten Stegs, die längs der Seitenkante des zweiten Stegs verläuft und durch eine dritte, seitwärts in die gleiche Richtung wie die erste Fläche weisende Fläche und eine vierte, nach außen in entgegengesetzter Richtung bezüglich der zweiten Fläche weisende Fläche definiert ist, wobei der Quersteg so zwischen der ersten und der zweiten Falzfor mation verläuft, daß beide Falzformationen auf den Quersteg ausgerichtet sind.
Element nach Anspruch 4, wobei die erste und die dritte Fläche der Falzformationen auf eine Mittellinie des Querstegs, gesehen in einem Querschnitt des Elements quer zu den Seitenkanten, ausgerichtet sind.
Element nach Anspruch 4, wobei die erste und die dritte Fläche der Falzformationen parallel und versetzt zu einer Mittellinie des Querstegs, gesehen in einem Querschnitt des Elements quer zu den Seitenkanten, ausgerichtet sind.
Reibrührschweißverfahren, in dem ein erstes Metallelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 durch Reibrührschweißen mit einem zweiten Metallelement (32) verbunden wird, indem eine Seitenkante des zweiten Metallelements in die Falzformation des ersten Metallelements angeordnet wird und eine Reibrührschweißung an der Falzformation vorgenommen wird.
Reibrührschweißverfahren, in dem ein erstes Metallelement gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 durch Reibrührschweißen mit einem zweiten Metallelement (32), das erste und zweite parallel hervorragende Kantenabschnitte aufweist, verbunden wird, indem die Kantenbereiche des zweiten Metallelements in die erste bzw. die zweite Falzformation (33b, 34b) angeordnet werden und eine Reibrührschweißung an den Falzformationen durchgeführt wird.