EP2516096A1 - REIBSCHWEIßVERBINDUNG VON MINDESTENS ZWEI AUFEINANDER LIEGENDEN PLATTENFÖRMIGEN BAUTEILEN - Google Patents

REIBSCHWEIßVERBINDUNG VON MINDESTENS ZWEI AUFEINANDER LIEGENDEN PLATTENFÖRMIGEN BAUTEILEN

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EP2516096A1
EP2516096A1 EP10796028A EP10796028A EP2516096A1 EP 2516096 A1 EP2516096 A1 EP 2516096A1 EP 10796028 A EP10796028 A EP 10796028A EP 10796028 A EP10796028 A EP 10796028A EP 2516096 A1 EP2516096 A1 EP 2516096A1
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Definitions

  • the invention relates to a Reibsch disturbthetic at least two superimposed plate-shaped components, of which the lowermost component made of high strength steel with a tensile strength greater than 1000 megapascals and the or the upper components made of penetrable material, in particular light metal, consisting of a Reibsch resumeelement are penetrated, which is connected via a Reibsch waitharm with the bottom component.
  • Friction weld joint is a lower component made of steel and an upper component made of aluminum or plastic.
  • the friction-welding element itself is made of steel which has received the desired friction-welded connection with the lower component.
  • the first (top) sheet metal component consists of a softer material than the second (lower) sheet metal component 40.
  • it may be in the first component to an aluminum sheet and the second component to act a steel sheet.
  • the invention has for its object to provide a material composition that optimally meets the requirements placed on them and not only has the necessary properties of the environment opposite, but also ensures the production of Reibsch spall with high security. According to the invention, this is done by the
  • Alloy welded friction element having carbon contents of 0.17% to 0.45%, chromium of 0.70% to 1.5%, and molybdenum of 0.15% to 0.80%. These are, for example, the materials 21CrMoV57 and 40CrMoV47.
  • the Reibsch spathetic the material of Reibsch resumeimplantations plays a special role in that on the one hand without penetrating the upper components penetrate through their plasticizing, can easily rub through a possible coating of the lowermost component and enters with the lowermost component a Reibsch dieeducation through special toughness and strength and thus gives the created by the friction-welded joint plate composite very high strength.
  • the joining material is therefore particularly suitable for the production of automobile bodies, since it is particularly stable because of the use of high-strength steel and provides the desired lightweight construction.
  • a suitable for the present invention such a design is z.
  • the particular composition according to the invention of the friction-welding element gives it the property of initially not losing its hardness, in spite of the fact that it is melted through the upper component (s) itself, with the result that the penetration process itself can proceed undisturbed.
  • FIG. 1 an embodiment of the finished design of a friction-welded joint according to the invention is shown.
  • the figure shows the bolt 1, which is shown with its connecting element 2 on the composition of an upper plate 3 and a lower plate 4, wherein the plates 3 and 4 represent the component in which the plates 3 and 4 are interconnected by a friction-welded connection
  • the plate 3 is an aluminum plate
  • the plate 4 is a steel plate.
  • the connecting element 2 has passed with its projection 5 through the plate 2 during the friction welding process and has finally reached the plate 4, where due to rotation and pressure, the friction welding zone 60 has resulted.
  • the plate 3 is pressed against the plate 4 continuously over the Reibsch capitaelement 2 with its shoulder 7 against the plate 4, so that At the end of the friction welding process, a fixed connection between the two plates 3 and 4, given the friction-welded connection 6, is produced.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibschweißverbindung mit mindestens zwei aufeinanderliegenden plattenförmigen Bauteilen (3, 4), von denen das unterste Bauteil (4) aus hochfestem Stahl mit einer Zugfestigkeit von größer als 1000 Megapascal und das bzw, die oberen Bauteile (3) aus durchdringbarem Material, insbesondere Leichtmetall, bestehen, die von einem Reibschweißelement (1, 2) durchdrungen sind, das über eine Reibschweißverbindung (5, 6) mit dem untersten Bauteil (4) verbunden ist. Das Reibschweißelement (1, 2) besteht aus legiertem Stahl mit Gehalten an Kohlenstoff von 0,17% bis 0,45%, an Chrom von 0,70% bis 1,5% und an Molybdän von 0,15% bis 0,80%..

Description

Reibschweißverbindung von mindestens zwei aufeinander liegenden plattenförmigen Bauteilen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibschweißverbindung mindestens zweier aufeinander liegender plattenförmiger Bauteile, von denen das unterste Bauteil aus hochfestem Stahl mit einer Zugfestigkeit von größer als 1000 Megapascal und das bzw. die oberen Bauteile aus durchdringbarem Material, insbesondere Leichtmetall, bestehen, die von einem Reibschweißelement durchdrungen sind, das über eine Reibschweißverbindung mit dem untersten Bauteil verbunden ist.
Eine derartige Reibschweißverbindung ist aus der DE 10 2006 013 529.1 bekannt. Bei dieser
Reibschweißverbindung handelt es sich um ein aus Stahl bestehendes unteres Bauteil und einem aus Aluminium oder Kunststoff bestehenden oberen Bauteil. Das Reibschweißelement selbst besteht aus Stahl, das mit dem unteren Bauteil die erwünschte Reibschweißverbindung eingegangen ist.
Anwendungsfälle derartiger Reibschweißverbindungen sind Plattengestaltungen, die einerseits eine hohe Festigkeit aufzuweisen haben und andererseits widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse sind, wie dies beispielsweise für Karosserie-Bleche erforderlich ist. Eine derartige Gestaltung ist wohl in der DE 10 2006 013 529 A1 und der DE 10 2009 006 775 A1 offenbart. Dabei wird in der letzteren Druckschrift unter Abschnitt 0027 darauf hingewiesen, dass das erste (oberste) Blechbauteil aus einem weicheren Material besteht als das zweite (untere) Blechbauteil 40. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Bauteil um ein Aluminiumblech und bei dem zweiten Bauteil um ein Stahlblech handeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Materialzusammensetzung anzugeben, die optimal den an sie gestellten Anforderungen entspricht und dabei nicht nur die notwendigen Eigenschaften der Umwelt gegenüber aufweist, sondern darüber hinaus die Herstellung der Reibschweißverbindung mit hoher Sicherheit gewährleistet. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass das
Reibschweißelement aus legiertem Stahl mit Gehalten an Kohlenstoff von 0,17 % bis 0,45 %, an Chrom von 0,70 % bis 1 ,5 % und an Molybdän von 0,15 % bis 0,80 % besteht. Es handelt sich dabei zum Beispiel um die Werkstoffe 21CrMoV57 und 40CrMoV47. In dieser Gestaltung der Reibschweißverbindung spielt das Material des Reibschweißelementes insofern eine besondere Rolle, als es einerseits ohne eigene Veränderung die oberen Bauteile durch deren Plastifizieren durchdringen, einen eventuellen Belag des untersten Bauteils leicht durchreiben kann und mit dem untersten Bauteil eine Reibschweißverbindung eingeht, die sich durch besondere Zähigkeit und Festigkeit auszeichnet und damit dem durch die Reibschweißverbindung erstellten Plattenverbund eine sehr hohe Festigkeit verleiht. Das Verbindungsmaterial ist daher insbesondere für die Herstellung von Automobil-Karosserien geeignet, da es wegen der Verwendung des hochfesten Stahls besonders stabil ist und für den erwünschten Leichtbau sorgt. Eine für die vorliegende Erfindung geeignete derartige Gestaltung ist z. B. in der DE 10 2006 013 529, Figuren 4, 5 und 6 dargestellt, wobei allerdings für das Verbundmaterial nur zwei plattenförmige Bauteile vorgesehen sind, nämlich für das obere Bauteil ein relativ weiches Material und das untere Material ein hochfestes härteres Material (siehe dort Abschnitt 0037). Die erfindungsgemäße besondere Zusammensetzung des Reibschweißelementes gibt diesem die Eigenschaft, zunächst trotz der beim Durchschmelzen durch das bzw. die oberen Bauteile selbst praktisch nicht an Härte zu verlieren, womit der Durchdringungsvorgang selbst ungestört verlaufen kann. Auch beim Auftreffen des Reibschweißelements auf das unterste Bauteil behält ersteres zunächst bis zum Reibschweißen des letzteren Bauteils weitgehend seine Festigkeit, die erst beim eigentlichen Reibschweißen des untersten Bauteils ebenfalls zum Verschweißen des Reibschweißelementes führt. Dies ist für den sicheren Ablauf der Herstellung der Reibschweißverbindung von besonderer Bedeutung und kann bei Verwendung eines mangan- und/oder bohrhaltigen Stahls aufgrund dessen zu geringer Warenfestigkeit nicht prozesssicher gewährleistet werden, wie diese Materialverwendung in der eingangs erwähnten DE 10 2009 006 775 im Abschnitt 0014 erwähnt ist.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der fertigen Gestaltung einer Reibschweißverbindung gemäß der Erfindung dargestellt. Die Figur zeigt den Bolzen 1 , der mit seinem Verbindungselement 2 auf die Zusammenstellung einer oberen Platte 3 und einer unteren Platte 4 dargestellt ist, wobei die Platten 3 und 4 das Bauteil darstellen, in dem die Platten 3 und 4 durch eine Reibschweißverbindung miteinander verbunden sind, Bei der Platte 3 handelt es sich um eine Aluminiumpiatte, bei der Platte 4 um eine Stahlplatte. Das Verbindungselement 2 ist mit seinem Vorsprung 5 durch die Platte 2 während des Reibschweißvorganges hindurchgetreten und hat schließlich die Platte 4 erreicht, wo sich aufgrund von Rotation und Druck die Reibschweißzone 60 ergeben hat. Dabei wird die Platte 3 gegen die Platte 4 dauernd über das Reibschweißelement 2 mit dessen Schulter 7 gegen die Platte 4 gedrückt, so dass am Ende des Reibschweißvorganges eine die Reibschweißverbindung 6 gegebene feste Verbindung zwischen den beiden Platten 3 und 4 hergestellt ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Reibschweißverbindung mindestens zweier aufeinander liegender plattenförmiger Bauteile (3, 4), von denen das unterste Bauteil (4) aus hochfestem Stahl mit einer Zugfestigkeit von größer als 1000 Megapascal und das bzw. die oberen Bauteile (3) aus durchdringbarem Material, insbesondere Leichtmetall, bestehen, die von einem Reibschweißelement (2) durchdrungen sind, das über eine Reibschweißverbindung (6) mit dem untersten Bauteil (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibschweißelement (2) aus legiertem Stahl mit Gehalten an Kohlenstoff von 0, 17 % bis 0,45 %, an Chrom von 0,70 % bis 1 ,5 % und an Molybdän von 0, 15 % bis 0,80 % besteht.
2. Reibschweißverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Reibschweißelement zusätzlich Vanadium mit einem Anteil von 0,20 % bis 0,35 % enthält.
3. Reibschweißverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Reibschweißelement eine Zugfestigkeit größer als 1000 Megapascal aufweißt.
4. Reibschweißverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die oberen zu durchdringenden Platten aus Kunststoff bestehen.
5. Reibschweißverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die unterste Platte aus höchstfestem Stahl besteht, der von dem Reibschweißelement nicht durchdrungen ist.
6. Reibschweißverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die unterste Platte von dem Reibschweißelement durchdrungen ist.
7. Reibschweißverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Reibschweißelement eine Beschichtung aufweist.
EP10796028A 2009-12-22 2010-12-20 REIBSCHWEIßVERBINDUNG VON MINDESTENS ZWEI AUFEINANDER LIEGENDEN PLATTENFÖRMIGEN BAUTEILEN Withdrawn EP2516096A1 (de)

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