DE69933978T2

DE69933978T2 - Drehendes Reibungschweissen und so hergestellte Schweissstrukturen

Info

Publication number: DE69933978T2
Application number: DE69933978T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Hitachi-shi Satou; Masakuni Kudamatsu-shi Ezumi; Kazusige Kudamatsu-shi Fukuyori
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: US6471112B2; US6315187B1; CN1298481C; CN1762638A; DE69933978D1; KR20000023529A; CN101249832A; EP0992314B1; US20030000997A1; CN1249979A; US20020027154A1; US20030000996A1; EP0992314A3; KR100616581B1; CN1483546A; EP0992314A2; US6733900B2; AU5011399A; CN100441357C; US6777107B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Reibrührschweißverfahren, das beispielsweise für Rahmenelemente aus einem Aluminiumlegierungsmaterial usw. verwendet wird, und insbesondere betrifft sie ein Reibrührschweißverfahren, das beispielsweise dann verwendet wird, wenn die Höhenposition von dem Schweißen unterzogenen Abschnitten zweier aneinander gesetzter Rahmenelemente aus Aluminiumlegierungsmaterialien verschieden ist. Die Erfindung betrifft auch Strukturen, die durch Reibrührschweißen hergestellt werden.
Das Dokument JP-A-10193143 offenbart die Merkmale des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 13 in Kombination.
Wie es in EP-A-797043 angegeben ist, ist Reibrührschweißen ein Verfahren, bei dem durch Drehen eines Rundstabs (als rotierendes Werkzeug bezeichnet), der in einen Schweißabschnitt zweier aneinander gesetzter Elemente eingeführt wird, und durch Bewegen dieses rotierenden Werkzeugs entlang einer Schweißlinie, der Schweißabschnitt der zwei Elemente thermoplastisch erwärmt wird und einer plastischen Fluidbildung unterzogen wird und dadurch verschweißt wird.
Das rotierende Werkzeug verfügt über einen Abschnitt kleinen Durchmessers zum Einführen in den Schweißabschnitt sowie einen Abschnitt großen Durchmessers, der an einem Ende des Abschnitts kleinen Durchmessers positioniert ist. Die Abschnitte kleinen und großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs sind auf derselben Achse positioniert, und sie drehen sich gemeinsam. Reibrührschweißen wird in einem Stoßabschnitt und einem Überlappungsabschnitt der zwei Rahmenelemente ausgeführt, die beispielsweise aus Aluminiumlegierungsmaterialien bestehen.
Ferner kann der Schweißabschnitt eines oder beider Rahmenelemente, die dem Schweißvorgang zu unterziehen sind, über einen erhöhten Abschnitt oder einen Vorsprung nach oben verfügen, der zum Abschnitt großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs vorsteht. Dieser erhöhte Abschnitt des Rahmenelements ist einstückig an einem Ende eines Querelements eines hohlextrudierten Rahmenelements vorhanden. Der erhöhte Abschnitt liefert Material zum Auffüllen eines Zwischenraums, der zwischen den zwei Rahmenelementen gebildet wird. Wenn eine Fläche eines Rahmenelements eine Außenfläche eines Erzeugnisses bildet, beispielsweise die Außenseite einer Karrosserie eines Schienenfahrzeugs, wird jeglicher Rest des erhöhten Abschnitts des Rahmenelements nach dem Schweißen abgeschnitten.
Wenn ein erhöhter Abschnitt an einem extrudierten Rahmenelement vorhanden ist, kann er sich in der Extrusionsrichtung erstrecken. Jedoch kann ein erhöhter Abschnitt des Rahmenelements nicht in einem Endabschnitt eines extrudierten Elements vorhanden sein; anders gesagt, kann ein erhöhter Abschnitt eines Rahmenelements nicht orthogonal zur Extrusionsrichtung vorhanden sein.
Im Ergebnis ist dann, wenn zwei extrudierte Rahmenelemente orthogonal zueinander angeordnet werden und Endabschnitte derselben durch das Reibrührschweißverfahren zu verschweißen sind, an einem Endabschnitt eines extrudierten Rahmenelements ein integraler, erhöhter Abschnitt vorhanden, jedoch ist am anderen extrudierten Rahmenelement kein erhöhter Abschnitt vorhanden.
Demgemäß ist davon auszugehen, dass kein zufriedenstellendes Verschweißen der zwei extrudierten Rahmenelemente ausgeführt werden kann, da eines derselben über keinen erhöhten Abschnitt in der Schweißzone verfügt.
Der oben beschriebene Fall ist ein Beispiel dafür, dass die Höhenpositionen der Flächen in der Breitenrichtung der zwei extrudierten Rahmenelemente im Schweißabschnitt voneinander verschieden sind; anders gesagt, unterscheidet sich die Höhenposition der Oberfläche in der Breitenrichtung des einen Rahmenelements von derjenigen der Oberfläche in der Breitenrichtung des anderen Rahmenelements, oder die Höhenposition der Oberfläche in der Breitenrichtung des einen Rahmenelements ist höher oder niedriger als diejenige der Oberfläche in der Breitenrichtung des anderen Rahmenelements.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Reibrührschweißvorgang zu schaffen, mit dem eine gute Verschweißung selbst dann erzielt werden kann, wenn die Hö henpositionen der Oberflächen der zwei Elemente im Schweißabschnitt verschieden sind.
Gemäß der Erfindung sind ein Reibrührschweißverfahren, wie es im Anspruch 1 dargelegt ist, und eine Struktur, wie sie im Anspruch 13 dargelegt ist, geschaffen.
Ferner zeigt der Ausdruck "die Höhenpositionen der Oberflächen zweier Elemente im Schweißabschnitt sind verschieden" an, dass beispielsweise die Oberflächenseite der Elemente einen oberen und einen unteren Abschnitt in Bezug auf das rotierende Werkzeug, das den Bezug zum Bestimmen der Position bildet, aufweist; dies bedeutet, dass beispielsweise der Abstand vom rotierenden Werkzeug zur Oberfläche des Schweißabschnitts verschieden ist. Der Ausdruck "das Element auf der Unterseite" kennzeichnet das Element, das den größeren Abstand zum rotierenden Werkzeug hat.
Entlang mindestens einem Teil oder Teilen der Reibrührschweißlinie wird ein Paddingschweißen, oder Auffüllschweißen, ausgeführt, um die Oberfläche des tiefen Elements auf das Niveau der Oberfläche des hohen Elements anzuheben, um dadurch zumindest teilweise die Höhendifferenz dort zu beseitigen, wo die Auffüllung oder die Auffüllungen gebildet sind. Das Paddingschweißen kann kontinuierlich oder intermittierend entlang der Reibrührschweißlinie erfolgen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nun werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Längsschnittansicht eines Schweißabschnitts zweier Rahmenelemente bei einem Reibrührschweißen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, sowie eine Schnittansicht entlang einer Linie I-I in der 6;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Schweißabschnitts der zwei Rahmenelemente der 1;
3 ist eine Schnittansicht einer Rippe des Rahmenelements der 1 entlang einer Linie III-III in der 1;
4 ist eine Längsschnittansicht eines Schweißabschnitts entlang einer Linie IV-IV in der 6 für zwei andere Rahmenelemente, wie sie bei dieser Ausführungsform der Erfindung verschweißt werden;
5 zeigt den Zustand nach dem an den zwei Rahmenelementen der 4 ein Reibrührschweißen ausgeführt wurde;
6 ist eine Seitenansicht einer Karrosserie eines Schienenfahrzeugs, an der das Reibrührschweißen gemäß der Erfindung ausgeführt wird;
7 ist eine Seitenansicht einer anderen Karrosserie eines anderen Schienenfahrzeugs, an dem ein Reibrührschweißen gemäß der Erfindung ausgeführt wird;
8 ist eine Schnittansicht der zwei Rahmenelemente der 7 entlang einer Linie VIII-VIII in der 7; und
9 ist eine Schnittansicht, die eine Karrosserie eines weiteren Schienenfahrzeugs zeigt, an dem das Reibrührschweißen gemäß der Erfindung ausgeführt wird, und sie entspricht der in der 8 dargestellten Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsformen
Nun wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 ein Reibrührschweißverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung auf ein Karrosserie eines Schienenfahrzeugs beschrieben.
In der 6 ist es dargestellt, dass ein Teil der Seitenstruktur 20 der Karrosserie des Schienenfahrzeugs dadurch aufgebaut wird, dass mehrere aus einer Aluminiumlegierung extrudierte Rahmenelemente 30, 40 und 50 kombiniert werden. Die Extrusionsrichtung der Rahmenelemente 30, die zwischen einer Eingangs- und Ausgangstür oder einem Türbereich 21 und einem Fenster 25 sowie zwischen benachbarten Fenstern 25 angeordnet sind, verläuft in der 6 orthogonal zur Längsrichtung der Karrosserie. Die Extrusionsrichtung der extrudierten Rahmenelement 40 unter dem Fenster 25 ist die Längsrichtung in der 6. Anders gesagt, verlaufen die jeweiligen Extrusionsrichtungen der extrudierten Rahmenelemente 30 und der extrudierten Rahmenelemente 40 orthogonal.
Die Extrusionsrichtung des über der Tür 21 angeordneten extrudierten Rahmenelements 50 verläuft in der 6 in der Längsrichtung der Karrosserie. Die Bezugszahl 28 kennzeichnet einen Bodenrahmen der Karrosserie. Alle diese Elemente werden durch Reibrührschweißen und herkömmliches MIG-Schweißen miteinander verschweißt.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 wird nun das Reibrührschweißen für zwei der extrudierten Rahmenelemente 30, deren Extrusionsrichtungen gleich sind, miteinander erläutert. Das Reibrührschweißen für die benachbarten extrudierten Rahmenelemente 40 miteinander wird ähnlich ausgeführt.
Das extrudierte Rahmenelement 30 (und auch jedes der Rahmenelemente 40 und 50) verfügt an der Außenseite der Karrosserie über eine flache Platte 31 sowie an der Innenseite der Karrosserie über Rippen 33 senkrecht zur Platte 31. Die Rippen 33 erstrecken sich in der Extrusionsrichtung des extrudierten Rahmenelements 30.
Im Endabschnitt, wo die Rahmenelemente 30 aneinander anstoßen, verfügt das extrudierte Rahmenelement 30 in der Breitenrichtung (in der Richtung orthogonal zur Extrusionsrichtung) über eine Verdickung, die aus einem Vorsprung nach oben oder einem erhöhten Abschnitt 32 auf der Karrosserieinnenseite gebildet ist. Die Vorsprungshöhe des erhöhten Abschnitts 32 des Rahmenelements 30 ist als h dargestellt. Die Endfläche 32b der Platte 31 und der erhöhte Abschnitt 32 verlaufen im Wesentlichen orthogonal zur Außenfläche der Platte 31 des Rahmenelements 30 und zur Oberseite 32c des erhöhten Abschnitts 32. Demgemäß stehen, wenn die zwei extrudierten Rahmenelemente 30 aneinandergesetzt sind, die Endflächen 32b der Endabschnitte der Platten 31 der zwei Rahmenelemente 30 miteinander in Kontakt. Jedoch ist dies der Idealfall. Es kann gesagt werden, dass der Stoßabschnitt über die Struktur einer I-förmigen Grabenform verfügt.
Wenn an den zwei Rahmenelementen 30 ein Reibrührschweißen ausgeführt wird, werden, um keinen Zwischenraum zwischen ihnen zu bilden (oder um einen Zwischenraum mit vorbestimmter Größe zu erzeugen), die Rahmenelemente 30 auf einem Gestell 60 so festgehalten, dass der erhöhte Abschnitt 32 der Platte 31 nach oben gerichtet ist und sie auf dem Gestell 30 liegt. So steht der Schweißabschnitt an den Rändern der extrudierten Rahmenelemente 30 mit dem Gestell 60 in Kontakt und wird durch dieses abgestützt. Das Gestell 60 besteht aus Stahl.
In den Schweißabschnitt wird von oben her ein rotierendes Werkzeug 70 zum Ausführen des Reibrührschweißens der zwei Rahmenelemente 30 eingeführt. Das rotierende Werkzeug 70 verfügt über einen Abschnitt 71 großen Durchmessers und einen Abschnitt 72 kleinen Durchmessers als Vorderende (Unterende) des Abschnitts 71 großen Durchmessers.
Eine Grenze 73 (ein axialer Endabschnitt des Abschnitts 71 großen Durchmessers) zwischen dem Abschnitt 71 großen Durchmessers und dem Abschnitt 72 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 70 verfügt über eine gekrümmte Form und ist zum Abschnitt 71 großen Durchmessers hin vertieft. Der Abschnitt kleinen Durchmessers verfügt über eine Schraubkonstruktion. Während des Reibrührschweißens wird die Grenze 73 im erhöhten Abschnitt 32 des Rahmenelements 30 positioniert. Anders gesagt, wird die Grenze 73 auf einem Zwischenniveau zwischen dem Niveau der Oberseite 32c des erhöhten Abschnitts 32 und dem Niveau der Fläche 31b auf der Innenseite der Platte 31 des Rahmenelements 30 (das heißt allgemein der Innenseite der Platte 31) positioniert.
Das Rahmenelementen wird dadurch ausgeführt, dass das rotierende Werkzeug 70 gedreht wird und es in den Schweißabschnitt der zwei Rahmenelemente 30 eingeführt wird und es ferner entlang der Schweißlinie der zwei Rahmenelemente 30 gedreht und bewegt wird. Die axiale Mittellinie des rotierenden Werkzeugs 70 wird an den Endflächen 32b der Rahmenelemente 30 positioniert.
Ferner wird die Achse des rotierenden Werkzeugs 70 im Abschnitt 71 großen Durchmessers in Bezug auf die Bewegungsrichtung des rotierenden Werkzeugs 70 nach hinten geneigt. Demgemäß zeigt das Vorderende des Abschnitts 71 großen Durchmessers von der Oberseite 32c des erhöhten Abschnitts 32 des Rahmenelements 30 nach außen (in der 4 über der Oberseite 32c).
Das Hinterende des Abschnitts 71 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 70 in dessen Bewegungsrichtung wird im erhöhten Abschnitt 32 positioniert (d.h. auf dem Niveau einer Linie 32c). Anders gesagt, wird das Hinterende des Abschnitts 71 großen Durchmessers zwischen der Oberseite 32c des er höhten Abschnitts 32 und einer Verlängerungslinie der Fläche 31b der Platte 31 des Rahmenelements 30 positioniert. Die oben genannten Begriffe "vorne" und "hinten" sind unter Bezugnahme auf die Bewegungsrichtung des rotierenden Werkzeugs 70 definiert.
Nun werden die Beziehungen zwischen den Größen der jeweiligen Teile erläutert. Die Breite W1 der Oberseiten 32c der erhöhten Abschnitte 32 der Rahmenelemente 30, wenn sie stumpf aneinandergesetzt sind, ist größer als der Durchmesser d des Abschnitts 72 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 70, jedoch kleiner als der Durchmesser d des Abschnitts 71 großen Durchmessers. Die Breite W1 der Oberseite 32c kann größer als der Durchmesser d des Abschnitts 71 großen Durchmessers sein. Die Breite W2 des Basisabschnitts der zwei erhöhten Abschnitte 32 ist größer als der Durchmesser des Abschnitts 71 großen Durchmessers. Die Oberseite 32c des erhöhten Abschnitts 32 und die Fläche 31b der Platte 31 sind durch eine schräge Fläche 32e verbunden.
Die Höhe H des Abschnitts 72 kleinen Durchmessers ist dergestalt, dass dann, wenn die Grenze 73 am Hinterende dieses Abschnitts 72 in den erhöhten Abschnitten 32 positioniert ist, das Vorderende des Abschnitts 72 kleinen Durchmessers nahe am Gestellt 60 liegt. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen der Außenfläche 32c der Platte 31 und dem Vorderende des Abschnitts 72 kleinen Durchmessers 0,1 mm. Anders gesagt, wird die Position des Vorderendes des Abschnitts 72 kleinen Durchmessers so gewählt, dass ihr Kontakt mit dem Gestell 60 vermieden wird.
Wenn die zwei extrudierten Rahmenelemente 30 am Gestell 60 befestigt sind, wird das Reibrührschweißen ausgeführt. Die Vorrichtung zum Drehen des rotierenden Werkzeugs 70 verfügt über Rollen, die sich mit der Laufbewegung des rotierenden Werkzeugs 70 bewegen. Diese Rollen sind an den beiden Seiten des rotierenden Werkzeugs 70 sowie vor und hinter ihm in seiner Bewegungsrichtung angeordnet, und wenn das rotierende Werkzeug 70 in die zwei Rahmenelemente 30 eingeführt wird, tritt es mit den Flächen 31c der zwei Rahmenelemente 30 in Kontakt, um diese zwei Rahmenelemente 30 zum Gestell 60 zu drücken.
Die 5 zeigt den Zustand oder die Bedingung der zwei Rahmenelemente 30 nach dem Reibrührschweißen. Das Material der erhöhten Abschnitte 32, in die der Abschnitt 71 großen Durchmessers eingeführt wurde, wird an einen Zwi schenraum zwischen den aneinandergesetzten beiden extrudierten Rahmenelementen 30 geliefert, und er füllt die Außenfläche der zwei Rahmenelemente 30 als Fassette aus. Einiges des Materials verbleibt als Rippenpaar. Demgemäß bildet der zentrale Abschnitt der zwei erhöhten Abschnitte 32 einen vertieften Abschnitt 35. Der Zwischenraum zwischen den zwei Rahmenelementen 30 wird durch das Material aufgefüllt, das durch die Drehung des rotierenden Werkzeugs 70 erweicht wird. Beispielsweise bewegt sich das Material der erhöhten Abschnitte 32 in den Zwischenraum, und dieser wird durch dieses Material der erhöhten Abschnitte 32 aufgefüllt.
Durch das Vorderende des Abschnitts 72 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 70 wird erweichtes Material in den tieferen Abschnitt des Zwischenraums bewegt, und dann wird der Zwischenraum durch dieses erweichte Material auf- oder zugefüllt. Als Ergebnis ist der Zwischenraum in den Außenflächen 31c der Rahmenelemente 30 im Wesentlichen bis auf das Niveau dieser Außenflächen 31c aufgefüllt. Die Bezugszahl 36 kennzeichnet eine durch dieses Verfahren gebildete Schweißnaht.
Da der Schweißabschnitt an den Außenflächen 31c im Wesentlichen bis auf das Niveau derselben ausgebildet ist, kann die Poliermitteldicke während des Schweißens gering sein. Ferner kann, da an den Außenflächen 31c kein erhöhter Abschnitt der Naht 36 existiert, die Außenfläche der Karrosserie endbearbeitet werden, beispielsweise durch eine Haarlinienbearbeitung, und es ist keine Beschichtung erforderlich.
Paare extrudierter Rahmenelemente 40 werden auf dieselbe Weise wie Elemente 30 miteinander verschweißt. Als Nächstes werden eine Anordnung der verschweißten, extrudierten Rahmenelemente 30 und eine Anordnung von zwei extrudierten Rahmenelementen 40 auf dem Gestell 60 montiert und fixiert, wie es in den 6 und 1 dargestellt ist. Zuvor werden die Rippen 43 in der Nähe des Stoßbereichs, der zum Schweißabschnitt wird, abgeschnitten. Dieser Teil des Rahmenelements 40 wird glatt gemacht, so dass die Umgebung des Reibrührschweißbereichs während des Reibrührschweißens Druck durch die oben beschriebenen Rollen erfährt.
Als Nächstes wird, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, in den Aneinanderstoßabschnitten (den Schweißabschnitten) der zwei Anordnungen ein Paddingschweißen an den Endabschnitten der zwei extrudierten Rahmenelemente 40 ausgeführt. Es ist wünschenswert, dass die Höhe und die Breite von Auffüllstücken 42 der Höhe und der Breite des erhöhten Abschnitts 32 des Rahmenelements 30 entsprechen. Es ist wünschenswert, dieses Paddingschweißen kontinuierlich entlang der Reibrührschweißlinie auszuführen, jedoch kann es intermittierend ausgeführt werden. Die Auffüllstücke 42 des Paddingschweißens können entweder insgesamt aus Schweißmaterial bestehen, oder sie können Auffüllstücke aus einem Material sein, das durch Schweißmaterial am Ort fixiert ist.
Beispielsweise wird, wie es in der 2 dargestellt ist, das Paddingschweißen wiederholt für ungefähr 1 cm ausgeführt und für ungefähr 1 cm ausgelassen. Das Paddingsschweißmaterial verfügt über eine solche Festigkeit, dass es während des Reibrührschweißens nicht auf Grund der Drehung des rotierenden Werkzeugs 70 herausfliegt. Es ist zulässig, dass das Material durch den Abschnitt 71 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs in Rippen aufgeschichtet wird, wodurch der vertiefte Abschnitt 35 gebildet wird.
Als Nächstes wird, wie oben unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben, an den Rahmenelementen 30 und den Rahmenelementen 40 ein Reibrührschweißen ausgeführt. Durch das Reibrührschweißen wird eine Schweißnaht im Wesentlichen bis auf das Niveau der Außenflächen 31c und 41c der Platten 31 und 41 gebildet, ähnlich, wie es in der 5 dargestellt ist.
Wenn keine Paddingsschweißabschnitte 42 gebildet werden, fließt, da der Abschnitt 71 großen Durchmessers und der Abschnitt 72 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 70 nicht gut in die Stoßzone des Rahmenelements 30 und des Elements 40 eingeführt wird, das Material des erhöhten Abschnitts 32 als Rippen heraus, und es wird kein gutes Einfüllen des Materials in den Zwischenraum erzielt. Im Ergebnis kann an den extrudierten Rahmenelementen 30 und 40 kein guter Schweißvorgang ausgeführt werden.
Jedoch kann bei dieser Ausführungsform der Erfindung, da die Paddingsschweißabschnitte 42 die Funktion der erhöhten Abschnitte 32 des Rahmenelements 30 ausüben, ein gutes Verschweißen der Rahmenelemente 30 und 40 ausgeführt werden.
Die Paddingsschweißabschnitte 42 werden bei dieser Ausführungsform intermittierend ausgebildet, jedoch erfolgt während des Reibrührschweißens eine Mate rialbewegung vom erhöhten Abschnitt 32 des Rahmenelements 30 zur Seite des Rahmenelements 40.
Ferner werden durch die Drehung und die Bewegung des rotierenden Werkzeugs 70 die Materialien des erhöhten Abschnitts 32 und der Paddingschweißabschnitte 32 zur Rückseite des rotierenden Werkzeugs 70 bewegt. Auf diese Weise kann im Wesentlichen ein gutes Verschweißen dort erzielt werden, wo kein Paddingsschweißabschnitt 42 existiert.
Der Schweißabschnitt wird in diesem Fall im Wesentlichen so, wie es in der 5 dargestellt ist. Der erhöhte Abschnitt 32 des extrudierten Rahmenelements 30 ist derselbe wie in der 4, und diejenigen Abschnitte, die dem erhöhten Abschnitt des extrudierten Rahmenelements 40 entsprechen, sind durch das Paddingschweißen gebildet.
Wenn die Außenfläche der Karrosserie ohne Anstrich endbearbeitet wird, kann das Paddingschweißen durch das TIG-Schweißverfahren ausgeführt werden. Das Füllmaterial ist dasselbe wie das der Rahmenelemente 30 und 40. Beispielsweise wird das Füllmaterial durch Beschneiden der Rahmenelemente 30 und 40 gebildet. Beispielsweise werden die Endmaterialien der Rahmenelement 30 und 40 als Füllmaterial verwendet. Durch dieses Verfahren kann ein gutes Aussehen erzielt werden, da im Schweißabschnitt keine Farbänderung auftritt. Wenn das Füllmaterial ein anderes Material ist, erscheint eine Farbänderung im Schweißabschnitt, und es kann kein gutes Aussehen erzielt werden.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können die Rahmenelemente vor oder nach dem Paddingschweißen auf dem Gestell 60 installiert werden.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden extrudierte Rahmenelemente miteinander verschweißt, um den seitlichen Strukturkörper zu bilden, jedoch kann die Erfindung bei anderen Elementen angewandt werden.
Nun wird eine andere Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den 7 und 8 dargestellt ist, erläutert. Extrudierte Rahmenelemente 80 werden mit ihrer Längsrichtung in der Längsrichtung einer Karrosserie angeordnet. Jedes extrudierte Rahmenelement 80 ist ein hohles Rahmenelement aus einem Aluminiumlegierungsmaterial. An den beiden Flächen der Ränder in der Breitenrichtung des extrudierten Rahmenelements 80 ist ein erhöhter Abschnitt ausgebildet.
Das Verschweißen der Rahmenelement 80 miteinander erfolgt durch Reibrührschweißen unter Ausnutzung der erhöhten Abschnitte, wie oben beschrieben. Die 7 zeigt Fenster 86 und eine Eingangs- und Ausgangsöffnung 87.
Extrudierte Rahmenelemente 90, 95 bilden einen Rahmen der Eingangs- und Ausgangsöffnung 87. Die Rahmenelemente 90 bilden die vertikalen Seiten des Rahmens, und die Rahmenelemente 95 bilden die Ober- und die Unterseite des Rahmens.
Die Rahmenelemente 90, 95 werden durch ein geeignetes Schweißverfahren miteinander verschweißt. Die Rahmenelemente 90, 95 und die Rahmenelemente 80 werden durch das Reibrührschweißverfahren miteinander verschweißt. Das Rahmenelement 90 ist ein hohles Rahmenelement aus einem Aluminiumlegierungsmaterial (siehe die 8). An den beiden Schweißabschnitten des Rahmenelements 90 sind erhöhte Abschnitte vorhanden. Ferner sind vorstehende Flansche oder Lippen 93, die zum Rahmenelement 80 vorstehen, vorhanden. Die vorstehenden Lippen 93 werden benachbart zu den Innenseiten der zwei Platten 81, 82 des Rahmenelements 80 eingesetzt. Beim Rahmenelement 80 wird die innere Querrippe 83 abgeschnitten, um ein Einsetzen der vorstehenden Lippen 93 zu ermöglichen. Wie es die 8 zeigt, befinden sich die Stoßflächen des erhöhten Abschnitts 92 und des Rahmenelements 80 in einem Bereich, in dem sich ein Vorsprung der Dicke der Querstrebe 91 des Rahmenelements 90 befindet.
Die Konstruktion des Rahmenelements 95 ist dieselbe wie die des Rahmenelements 90. Die zwei Platten 81 und 82 verlaufen im Wesentlichen parallel.
Nachdem die Rahmenelemente 80 durch Reibrührschweißen verbunden wurden, werden die Rahmenelemente 90 und 95 angeordnet. Die Rahmenelemente 80, 80, 90 und 95 (ohne den erhöhten Abschnitt 92) werden auf dem Gestell 60 montiert. Entlang den Rahmenelementen 90 und 95 wird ein Paddingschweißen zu den Endabschnitten der Rahmenelemente 80 ausgeführt, um entlang jedem erhöhten Abschnitt 92 Füllstücke 42, wie es in ähnlicher Weise, wie es in der 2 dargestellt ist, zu bilden. Danach wird das Reibrührschweißen ausgeführt.
Das Reibrührschweißen wird auf jeder Seite aufeinanderfolgend ausgeführt, oder es wird gleichzeitig an beiden Seiten ausgeführt. Nach dem Reibrührschweißen wird ein Rest des erhöhten Abschnitts und des Paddingschwei ßabschnitts an der Außenseite der Karrosserie des Schienenfahrzeugs abgeschnitten, und dann wird die Außenseite der Karrosserie des Schienenfahrzeugs glatt ausgebildet.
Die oben angegebene Ausführungsform der Erfindung kann dann angewandt werden, wenn der Fensterrahmen entsprechend dem Reibrührschweißen installiert wird. Ferner ist bei der oben angegebenen Ausführungsform ein hohles Rahmenelement verwendet, jedoch kann auch das in der 1 dargestellte Rahmenelement verwendet werden.
Die Erfindung kann dann angewandt werden, wenn Elemente mit verschiedenen Dicken an ihren Enden auf Grund eines Herstellfehlers aneinandergesetzt werden. Wenn die Höhen der Oberflächen im Schweißabschnitt differieren, wird am unteren Element ein Paddingschweißen ausgeführt, und dann kann das Reibrührschweißen ausgeführt werden.
Nun wird eine weitere Ausführungsform erläutert, wie sie in der 9 dargestellt ist. Die in der 9 dargestellte Struktur entspricht beträchtlich derjenigen der 8. Die Rippe 83 des Endabschnitts des hohlen Rahmenelements 80 und der Endabschnitt der Platte 82 an der Innenseite der Karrosserie werden abgeschnitten und entfernt. Ein Endabschnitt eines extrudierten Rahmenelements 100 an der Außenseite der Karrosserie wird stumpf an die Platte 81 gesetzt. In diesem Endabschnitt des extrudierten Rahmenelements 100 ist ein erhöhter Abschnitt 102 vorhanden, und dieser steht zur Außenseite der Karrosserie ab.
Die Außenseite des extrudierten Rahmenelements 100, die nicht dem erhöhten Abschnitt 102 entspricht, und die Außenseite der Platte 81 befinden sich im Wesentlichen auf demselben Niveau. Eine vorstehende Lippe 103 einer Fläche des extrudierten Rahmenelements 100 an der Innenseite der Karrosserie überlappt mit der Platte 82 des extrudierten Rahmenelements 80 an der Innenseite der Karrosserie. Das extrudierte Rahmenelement 100 ist aus Festigkeitsgründen kein hohles Rahmenelement. Dieses extrudierte Rahmenelement 100 ist ein massives Rahmenelement.
Wenn das massive, extrudierte Rahmenelement 100 auf dem Gestell 60 montiert ist, wird am Stoßabschnitt zwischen der Platte 81 und dem extrudierten Rahmenelement 100 von oben her ein Reibrührschweißen ausgeführt. Das Reibrühr schweißen erfolgt entsprechend der Erfindung unter Ausnutzung des erhöhten Abschnitts 102 und durch Reibrührschweißen. Als Nächstes wird der oben angegebene Strukturkörper umgedreht, und dann werden die vorstehende Lippe 103 und die Platte 82 durch Hohlnahtschweißen unter Verwendung des Bogenschweißverfahrens verschweißt. Wenn die vorstehende Lippe 103 fehlt, erfolgt eine Verbindung des Stoßabschnitts zwischen der Platte 82 und dem extrudierten Rahmenelement 100 durch Verschweißen.
Zusammengefasst gesagt, kann durch die Erfindung, wenn die Höhenpositionen der Oberflächen der zwei Elemente im Schweißabschnitt dieser beiden Elemente verschieden sind, eine hervorragende Verschweißung der zwei Elemente erzielt werden.

Claims

Reibrührschweißverfahren umfassend den folgenden Schritt: (i) Aneinandersetzen von Endabschnitten erster und zweiter Elemente (30, 40) entlang einer Schweißlinie, an der die Höhenpositionen der zwei benachbarten Oberflächen der jeweiligen Endabschnitte der zwei Elemente verschieden sind; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (ii) Ausführen von Paddingschweißen an der unteren Oberfläche der aneinandergesetzten Elementoberflächen, um die Höhe des Elements mit der niedrigeren Oberfläche zur Höhenposition der anderen Oberfläche hin anzuheben; und (iii) Durchführen von Reibrührschweißen der aneinandergesetzten Elemente an der Schweißlinie von der Seite der zwei Oberflächen aus, an der das Paddingschweißen ausgeführt wurde.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei das Paddingschweißen an in Abständen zueinander angeordneten Stellen entlang der Richtung des Reibrührschweißens ausgeführt wird.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt (i) des Aneinandersetzens zwischen dem Endabschnitt des ersten Elements (30) mit einer ersten Dicke und einem Endabschnitt des zweiten Elements (40), dessen Endabschnitt dünner als die erste Dicke ist, stattfindet und wobei das Reibrührschweißen an den aneinandergesetzten Endabschnitten von der Seite aus durchgeführt wird, an der das Paddingschweißen durchgeführt wurde.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 3, wobei beide Elemente (30, 40) extrudierte Elemente sind und die Extrusionsrichtung des ersten Elements senkrecht zu der des zweiten Elements in ihrer geschweißten Position ist.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 1, ausgeführt in einem Verfahren zur Herstellung einer Seitenstruktur (20), einer Karosserie, wobei das erste und das zweite Element in Schritt (i) zwei Unteranordnungen extrudierter Elemente (30, 40) sind, die mittels eines Schrittes (a) von Reibrührschweißen mehrere der jeweiligen extrudierten Elemente hergestellt sind; das Aneinandersetzen in Schritt (i) zwischen Schweißabschnitten der zwei Unteranordnungen stattfindet, so daß die jeweiligen Extrusionsrichtungen der extrudierten Elemente der zwei Unteranordnungen im wesentlichen orthogonal zueinander sind, wobei eine erste der Unteranordnungen einen erhabenen Abschnitt (32) entlang ihres Schweißabschnitts an einer Seitenkante des ersten extrudierten Elements (30) aufweist; das Paddingschweißen in Schritt (ii) auf dem Schweißabschnitt der zweiten Unteranordnung vor oder nach dem Aneinandersetzen ausgeführt wird; und das Reibrührschweißen in Schritt (iii) die Unteranordnungen von der Seite aus verbindet, an der das Paddingschweißen durchgeführt wurde.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 5, wobei das Paddingschweißen mittels TIG-Schweißens ausgeführt wird, wobei als Füllmaterial das gleiche Material wie das Material zumindest einer der Unteranordnungen an ihrem Schweißabschnitt verwendet wird.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 1, ausgeführt in einem Verfahren zur Herstellung einer Seitenstruktur (20) einer Karosserie, wobei das erste Element in Schritt (i) eine Unteranordnung extrudierter Elemente (80) ist, die mittels Reibrührschweißen mehrerer extrudierter Elemente (80) erzeugt wurden, und wobei das zweite Element eine Rahmenstruktur (90) ist, die ein Rahmen einer Eingangs-/Ausgangsöffnung oder ein Rahmen eines Fensters ist, wobei der Kantenabschnitt der Rahmenstruktur einen erhabenen Abschnitt (92) entlang ihres Kantenabschnitts aufweist; das Aneinandersetzen in Schritt (i) zwischen den Kantenabschnitten jeweils der Unteranordnung und der Rahmenstruktur (90) stattfindet; das Paddingschweißen in Schritt (ii) an der Unteranordnung entlang ihres Kantenabschnitts vor oder nach dem Aneinandersetzen ausgeführt wird; und das Reibrührschweißen in Schritt (iii) die Unteranordnung und die Rahmenstruktur (90) von der Seite aus verbindet, an der das Paddingschweißen durchgeführt wurde.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 6, wobei der erhabene Abschnitt auf der Innenseite der Karosserie liegt und das Paddingschweißen und das Reibrührschweißen aus zumindest einem der Schritte (iii) und (a) von der Innenseite der Karosserie aus ausgeführt wird.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Element ein extrudiertes hohles Rahmenelement (80) und das zweite Element ein extrudiertes Rahmenelement (90) ist, wobei das Verfahren einen zusätzlichen Schritt (0) aufweist, der vor Schritt (i) ausgeführt wird und in dem eine Querrippe teilweise entfernt wird, die zwischen einander gegenüberliegenden Platten (81, 82) an einem Endabschnitt in der Extrusionsrichtung des extrudierten hohlen Rahmenelements (80) verläuft, wobei das Aneinandersetzen in Schritt (i) zwischen dem extrudierten Rahmenelement (90) und dem Endabschnitt des extrudierten hohlen Rahmenelements (80) stattfindet, wobei die jeweiligen Extrusionsrichtungen des extrudierten hohlen Rahmenelements (80) und des extrudierten Rahmenelements (90) orthogonal sind und das extrudierte Rahmenelement (90) zwischen den einander gegenüberliegenden Platten (81, 82) eingefügt wird, und das Reibrührschweißen in Schritt (iii) am aneinandergesetzten Abschnitt des extrudierten Rahmenelements (90) von außerhalb des extrudierten Rahmenelements (90) aus ausgeführt wird.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 9, wobei ein Endabschnitt des aneinandergesetzten Abschnitts des extrudierten Rahmenelements (90) einen erhabenen Abschnitt (92) aufweist, der nach außen aus der Dicke des extrudierten Rahmenelements (90) herausragt, und das Reibrührschweißen in Schritt (iii) am aneinandergesetzten Abschnitt einschließlich des erhabenen Abschnitts (92) ausgeführt wird.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Element ein extrudiertes hohles Rahmenelement (80) und das zweite Rahmenelement ein extrudiertes Rahmenelement (100) ist, wobei das Verfahren den Schritt (0) umfaßt, in dem eine Querrippe (83) teilweise entfernt wird, die zwischen einander gegenüberliegenden Platten (81, 82) an einem Endabschnitt in der Extrusionsrichtung des extrudierten hohlen Rahmenelements (80) verläuft, und in dem ein Endabschnitt einer ersten der Platten (82) entfernt wird; wobei der Schritt (i) des Aneinandersetzens zwischen dem zweiten Element (100) und dem Endabschnitt des ersten Elements (80) stattfindet und die folgenden Zwischenschritte enthält: (i.a) Überlappen und Aneinandersetzen eines Endabschnitts der zweiten Platte (81) des ersten Elements an das zweite Element; und (i.b) Überlappen und Aneinandersetzen der ersten Platte (82) an das zweite Element (100), wobei die Extrusionsrichtungen des ersten und des zweiten Elements (80, 100) im wesentlichen orthogonal zueinander sind; wobei die aneinanderliegenden Oberflächen eine Außenfläche der zweiten Platte (81) des ersten Elements und eine Außenfläche des zweiten Elements (100) sind und wobei das Reibrührschweißen in Schritt (iii) an dem Abschnitt des zweiten Elements (100), der an die zweite Platte (81) des ersten Elements (80) anstößt, von außerhalb des ersten Elements (80) aus durchgeführt wird.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 11, wobei ein Endabschnitt des Abschnitts des zweiten Elements (100), der an die zweite Platte (81) des ersten Elements (80) anstößt, einen erhabenen Abschnitt (102) ausweist, der nach außen hin herausragt, und das Reibrührschweißen in Schritt (iii) an dem Abschnitt des zweiten Elements, der an die zweite Platte (81) des ersten Elements (80) anstößt, einschließlich des erhabenen Abschnitts (102) ausgeführt wird.
Struktur, bei der: ein Endabschnitt eines ersten Elements (30) und ein Endabschnitt eines zweiten Elements (40), die so aneinander gesetzt sind, daß die Höhenpositionen der zwei benachbarten Oberflächen der jeweiligen Endabschnitte der zwei Elemente verschieden sind, miteinander mittels Reibrührschweißens entlang einer Schweißlinie verbunden sind; an der Schweißlinie ein Schweißabschnitt in der Dickenrichtung der Elemente (30, 40) hervorragt und ein mittlerer Abschnitt in der Breitenrichtung des Schweißabschnitts zurückgesetzt ist; gekennzeichnet dadurch, daß der hervorragende Schweißabschnitt Material des ersten Elements (30) und Paddingschweißmaterial, das mittels Paddingschweißens an die erste Oberfläche des zweiten Elements geschweißt ist, umfaßt, wodurch die Oberfläche des zweiten Elements (40) angehoben ist, um Reibrührschweißen entlang der Schweißlinie zu ermöglichen.
Struktur nach Anspruch 13, wobei das erste Element (30) und das zweite Element (40) extrudierte Rahmenelemente sind und der Endabschnitt des zweiten Elements (40) ein Endabschnitt in der Extrusionsrichtung des zweiten Elements (40) ist.
Karosserie mit einer Struktur nach Anspruch 13, wobei das erste Element (30) ein erstes extrudiertes Element ist und das zweite Element (40) ein zweites extrudiertes Element ist, wobei die Extrusionsrichtungen des ersten und des zweiten extrudierten Elements (30, 40) im wesentlichen orthogonal zueinander sind und wobei der hervorragende Schweißabschnitt an der Innenseite der Karosserie ist.
Karosserie nach Anspruch 15, wobei das erste und das zweite extrudierte Element jeweils mehrere extrudierte Körper aufweisen, die mit gleichgerichteten Extrusionsrichtungen aneinander geschweißt sind; und sich das erste und das zweite extrudierte Element in einer Seitenstruktur einer Karosserie befinden.
Karosserie nach Anspruch 16, wobei das erste Element ein Rahmen (90) einer Eingangs-/Ausgangsöffnung oder ein Rahmen eines Fensters ist.