WO2008019874A1 - Verfahren und halbzeug zum fügen von werkstücken - Google Patents

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WO2008019874A1
WO2008019874A1 PCT/EP2007/007300 EP2007007300W WO2008019874A1 WO 2008019874 A1 WO2008019874 A1 WO 2008019874A1 EP 2007007300 W EP2007007300 W EP 2007007300W WO 2008019874 A1 WO2008019874 A1 WO 2008019874A1
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WO
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workpieces
starting material
joining
foamable
semifinished product
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PCT/EP2007/007300
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Inventor
Jörg HOHLFELD
Thomas Hipke
Rainer Nestler
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
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    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1125—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
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    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the present invention relates to a method and a semifinished product for joining workpieces.
  • the method and the semifinished product are particularly suitable for joining materials of the same or different kind, e.g. Glass, quartz glass, metal or ceramic and for high temperature applications.
  • organic adhesives usually have only the thermal resistance up to temperatures in the range of 200 to 250 ° C. Accordingly, organic adhesives generally fail at temperatures above 200 ° C, age relatively quickly, and are chemically unstable.
  • Ceramic cement or ceramic slurry One possible alternative is the use of ceramic cement or ceramic slurry.
  • the putty / slurry is dried in a heat treatment process.
  • this lengthy heat treatment process usually no sintering of the ceramic material is achieved in itself and with the materials to be joined, since the sintering temperatures are often well above the operating temperatures of the materials to be joined. Consequently, ceramic "join" cement, eg Al 2 O 3 , does not achieve sufficient strength in the drying or heat treatment process, because of the low process temperatures, said sintering of the cement in itself and sintering with the adjacent materials is not achieved.
  • foamable material e.g. Aluminum
  • foamable material is suitable as a joining material in the high temperature range.
  • the present object is achieved according to the invention by a method for joining at least two workpieces, with the steps:
  • the foamable starting material with a round, elliptical, square, rectangular or polygonal cross-sectional profile or combinations of these Cross-sectional profiles are formed.
  • a hollow profile is possible.
  • cross-sectional profiles which can be produced by an extrusion process can be used.
  • the foamable starting material can be flexible and wound on at least one of the workpieces to be joined.
  • the foamable starting material can also be prefabricated as a helix and introduced into the connection region.
  • the starting material does not necessarily have to be flexible.
  • a molding material prefabricated as a strand is "wound up" into a helix around one of the workpieces
  • a selection of a spacing of the windings, a number of windings, a pitch of the helix, a number of windings the helix, a cross-sectional shape or area of the starting material, and / or a type and density of the starting material are set such that an increase in volume, density and / or mass of a porous material resulting in the heating process can be set.
  • the foamable starting material can be prefabricated as a tubular portion ("sleeve” or “tube”) and attached to at least one of the workpieces.
  • the helix or the tubular portion may have a round, elliptical, square, rectangular or polygonal cross-sectional profile or combinations of these cross-sectional profiles.
  • the cross-sectional profile can also be adapted to the shape of the at least one workpiece.
  • one or more workpieces to be joined are arranged on, around or in the vicinity of the workpiece enclosed by the foamable starting material and the starting material is foamed by heating.
  • two workpieces are arranged adjacent to each other and the foamable starting material is arranged so that it encloses both workpieces before it is foamed.
  • the present object is achieved according to the invention by a semifinished product for joining workpieces with the method according to one of the above-discussed exemplary embodiments, in particular for high-temperature applications, wherein the semifinished product is formed from a foamable starting material that can be arranged in a connection region of the workpieces in such a way, that the semifinished product encloses at least one of the workpieces.
  • the foamable precursor material can have a round, elliptical, square, rectangular or polygonal cross-sectional profile or a combination of these cross-sectional profiles.
  • the starting material can be applied flexibly and as a winding on at least one of the workpieces to be joined.
  • the starting material can also be formed as a prefabricated helix which can be introduced into the connection region or as a tubular section which can be attached to one of the workpieces.
  • the semifinished product encloses the workpiece such that one or more workpieces to be joined can be arranged on, around or in the vicinity of the workpiece enclosed by the semifinished product, wherein the starting material can be foamed by heating.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the joining method and of the semifinished product, wherein the semifinished product is formed from a winding of foamable starting material and arranged between a first and a second body,
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the joining method and of the semifinished product, in which, compared to FIG. 1, a winding with a higher material density is arranged between the bodies,
  • Fig. 3 shows another embodiment of the semifinished product
  • Fig. 4 shows another embodiment of the semifinished product.
  • FIGS. 1 and 2 a first outer body 1 and a second inner body 2 are shown schematically, which are to be interconnected.
  • the outer body 1 is formed as a sleeve, but the present invention is not limited to such a design as (for example, axisymmetric) sleeve. Rather, a variety of geometric shapes for the inner body 2 and the outer body 1 are possible.
  • a semifinished product 3 is shown schematically as a winding of the foamable starting material present.
  • a round or elliptical cross-sectional profile can be formed in a wire-like design.
  • a rectangular, square or polygonal cross-sectional profile can be formed in the case of band-shaped formation.
  • the cross section may have both a solid profile and a hollow profile in wire or band-shaped training.
  • the described foamable starting material is therefore not in the narrower sense band or wire-shaped, but may have all possible profile shapes, in particular those that can be produced by extrusion.
  • the starting material has some flexibility in all the above embodiments (but the present invention is not necessarily limited thereto). Thus, it is usually in all the above training to a stretched and flexible material. Therefore, the foamable precursor may be suitably, e.g. on a roll, possibly endlessly provided. Via a corresponding feed unit, the starting material can be applied to one of the bodies to be joined (in the present case to the inner body 2). For this purpose, the winding of a wire or strip-shaped starting material lends itself to.
  • one or more parts to be further attached are positioned on or around the first body, and the semi-finished product formed by winding the starting material on the inner body is foamed by a suitable heating method.
  • the metal foam accordingly fills the gap between the bodies 1 and 2.
  • the wire or strip-shaped starting material is already formed in a voraltenen process as a helix to form the semifinished product and then the finished shaped coil between the body to be joined 1, 2 is introduced in a suitable form.
  • the volume increase and density of the resulting in the heating process porous material is significantly determined.
  • the Vormaterialmenge can be adapted to the space to be filled and the density of the resulting metal (foam) in the process typical limits can be set as desired.
  • a deliberate influence and variation of the density of the foam along the extension of the gap is made possible.
  • the properties of the resulting compound are accordingly influenced in a wide technological framework.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate the low-material density winding (FIG. 1) and the high-density material winding (FIG. 2).
  • FIG. 3 an embodiment of the semifinished product is shown as a winding of the foamable starting material with flat spring ends.
  • the semifinished product is shown in FIG. 4 as the winding of the foamable starting material with unperformed spring ends.
  • the present semifinished product could also be produced as a tubular or a profile-shaped section (ie as a "hollow profile", in particular as a “sleeve” or as a “tube”) not necessarily be flexible, but can also be designed as rigid hollow profiles / sleeves / tubes.
  • the tubular or profile-shaped portion may in particular have a (circular) round, elliptical, polygonal, or adapted to the shape of / the parts to be joined cross-sectional shape
  • the tubular or profile-shaped section (the tube) can then at least one of the components or on several of the connecting parts are attached, followed by the foaming followed.
  • the formation of the sleeve-shaped semifinished product allows a simple and cost-effective application form, since over an optionally varying wall thickness or a possibly varying density of the wall of the sleeve and the amount of foamable material and thus the formation of the compound itself can be influenced. Therefore, tubes of foamable material, which can be plugged in customized lengths and diameters, particularly relevant embodiments of the present semifinished product.
  • the combination of materials of the same or different types as set out above allows with foamable material, the present method and the semifinished product are particularly suitable for compounds that higher temperatures (particularly about +200 0 C ) or temperature changes are exposed. Accordingly, the joining of these materials with organic adhesives (which usually fail above 200 ° C) is avoidable. Also mechanical joining methods or ceramic masses are replaceable.
  • the above description discloses a method for joining workpieces, in which a tool consisting of a foamable starting material is arranged in a connection region of the workpieces in such a way that the semifinished product encloses one of the workpieces.
  • the semifinished product is applied to one of the workpieces to be joined, in particular by winding.
  • the semifinished product in particular as a helix, can be prefabricated in the connection region.
  • a universal adaptation of a predefined in its geometrical data Vormaterials (semi-finished) is universally possible for a varying part spectrum.
  • one or more workpieces to be joined are arranged on, around or in the vicinity of the workpiece enclosed by the semifinished product and the starting material is foamed by heating. It is also advantageous if an increase in volume, density and / or mass of the resulting in the heating process porous material, in particular by a selection a distance of the windings, a number of windings, a pitch of the helix, a number of turns of the helix, a cross-sectional shape or area of the starting material, and / or a type and density of the starting material itself is set.
  • the above description further discloses a semi-finished product formed of a foamable primary material and having a shape with which the semi-finished product can be arranged in a connecting region of the workpieces such that the semi-finished product encloses one of the workpieces. It is advantageous if the semifinished product on one of the workpieces to be joined, in particular by winding, can be applied or the semifinished product as a prefabricated helix, which is flexibly adaptable to the connection area formed. It is furthermore advantageous if the semifinished product encloses the workpiece such that one or more workpieces to be joined can be arranged on, around or in the vicinity of the workpiece enclosed by the semifinished product and the starting material can be foamed by heating.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren und ein Halbzeug zum Fügen von Werkstücken, wobei ein aus einem schäumbaren Vormaterial bestehendes Halbzeug in einem Verbindungsbereich der Werkstücke derart angeordnet wird, daß das Halbzeug eines der Werkstücke umschließt.

Description

Verfahren und Halbzeug zum Fügen von Werkstücken
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Halbzeug zum Fügen von Werkstücken.
Das Verfahren und das Halbzeug sind insbesondere geeignet zum Fügen von Werkstoffen gleicher oder unterschiedlicher Art, z.B. Glas, Quarzglas, Metall oder Keramik und für Anwendungen im Hochtemperaturbereich.
Es ist bekannt, daß sich Verbindungen, die höheren Temperaturen und Temperaturwechseln ausgesetzt sind, meist nicht mit organischen Klebern fügen lassen, da diese alterungsanfällig sind, eine unzureichende chemische Beständigkeit aufweisen, und da deren thermische Beständigkeit begrenzt ist. So weisen organische Kleber meist nur die thermische Beständigkeit bis zu Temperaturen im Bereich von 200 bis 250° C auf. Dementsprechend versagen organische Kleber in der Regel bei Temperaturen oberhalb 200°, altern relativ schnell und sind chemisch unbeständig.
Sollen dementsprechend Werkstoffe gefügt werden, die über der Grenze der thermischen Beständigkeit des jeweiligen organischen Fügewerkstoffes eingesetzt werden, muß auf alternative Fügeverfahren zurückgegriffen werden.
Eine mögliche Alternative besteht in der Verwendung keramischen Kitts oder keramischer Schlicker. Der Kitt/Schlicker wird in einem Wärmebehandlungsprozeß getrocknet. In diesem langwierigen Wärmebehandlungsprozeß wird jedoch meist kein Sintern des keramischen Materials in sich selbst und mit den zu verbindenden Werkstoffen erreicht, da die Sintertemperaturen häufig deutlich über den Einsatztemperaturen der zu verbindenden Werkstoffe liegen. Folglich erreicht keramischer „Füge"-Kitt, z.B. Al2θ3, im Trocknungs- oder auch Wärmebehandlungsprozeß keine ausreichende Festigkeit, da aufgrund der niedrigen Verfahrenstemperaturen das genannte Sintern des Kitts in sich und das Versintern mit den angrenzenden Werkstoffen nicht erreicht wird.
Daher weisen derartige Verbindungen nur eine geringe mechanische Festigkeit auf. Dementsprechend führen Belastungen, die z.B. bei Temperaturänderungen oder einwirkenden Kräften auftreten, zur Lockerung oder Zerstörung der Verbindung. So neigt der „Füge"-Kitt aufgrund dieser Eigenschaften schon bei geringer Belastung durch thermische Ausdehnung oder anderen einwirkenden Kräften zum Reißen und Zerkrümeln. Ebenfalls löst er sich von den angrenzenden Werkstoffen ab. Die genannten Mechanismen führen dazu, daß sich die Verbindung lockert und löst sowie der Kitt aus dem Kontakt- bzw. Verbindungsbereich herausfällt.
Es wurde zum Verbinden von Quarzglaskörpern und Metallhülsen vorgeschlagen, schäumbares Material, z.B. Aluminium, als Fügewerkstoff zu verwenden. Derartiges schäumbares Material ist als Fügewerkstoff auch im Hochtemperaturbereich geeignet.
Allerdings ist ein universeller Einsatz des schäumbaren Materials, insbesondere für Serien mit großen Stückzahlen und einem variierenden Teilespektrum, nicht möglich, da für jedes Teilespektrum eine Anpassung der geometrischen Daten erforderlich wäre.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Halbzeug zum Fügen von Werkstoffen gleicher oder unterschiedlicher Art, insbesondere für Anwendungen auch im Hochtemperaturbereich, anzugeben, mit denen eine universelle Anpassung für Serien mit großen Stückzahlen und einem variierenden Teilespektrum ermöglicht ist.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die vorliegende Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Werkstücken, mit den Schritten:
Herstellen eines schäumbaren Vormaterials,
Anordnen dieses Vormaterial im nicht-geschäumten Zustand in einem
Verbindungsbereich der Werkstücke, derart, daß das Vormaterial zumindest eines der Werkstücke umschließt, und
Aufschäumen des Vormaterials zur Herstellung der Fügeverbindung zwischen den Werkstücken.
Dabei kann das schäumbare Vormaterial mit einem runden, elliptischen, quadratischen, rechteckigen oder polygonen Querschnittsprofil oder mit Kombinationen dieser Querschnittsprofile ausgebildet werden. Auch ein Hohlprofil ist möglich. Insbesondere sind durch ein Strangpressverfahren herstellbare Querschnittsprofile verwendbar.
Weiterhin kann das schäumbare Vormaterial flexibel sein und auf zumindest eines der zu fügenden Werkstücke aufgewickelt werden.
Das schäumbare Vormaterial kann auch als Wendel vorgefertigt und in den Verbindungsbereich eingebracht werden. In diesem Falle muß das Vormaterial nicht zwingend flexibel sein. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn ein als Strang vorgefertigtes Formmaterial zu einer Wendel um eines der Werkstücke herum „aufgewickelt" wird. Bei beiden Ausführungsbeispielen kann eine Auswahl eines Abstandes der Wicklungen, einer Anzahl an Wicklungen, einer Steigung der Wendel, einer Anzahl an Windungen der Wendel, einer Querschnittform oder -fläche des Vormaterials, und/oder einer Art und Dichte des Vormaterials derart festgelegt werden, daß eine Volumenzunahme, Dichte und/oder Masse eines im Erwärmungsprozess entstehenden porösen Materials eingestellt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das schäumbare Vormaterial als rohrförmiger Abschnitt („Hülse" bzw. „Röhrchen") vorgefertigt und auf zumindest eines der Werkstücke aufgesteckt werden.
Zudem können die Wendel oder der rohrförmige Abschnitt ein rundes, elliptisches, quadratisches, rechteckiges oder polygones Querschnittsprofil oder Kombinationen dieser Querschnittsprofile aufweisen.
Das Querschnittsprofil kann auch an die Form des zumindest einen Werkstückes angepaßt sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden ein oder mehrere zu fügende Werkstücke am, um oder in der Nähe des vom schäumbaren Vormaterial umschlossenen Werkstückes angeordnet und das Vormaterial wird durch Erwärmung aufgeschäumt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden zwei Werkstücke benachbart zueinander angeordnet und das schäumbare Vormaterial wird derart angeordnet, daß es beide Werkstücke umschließt, bevor es aufgeschäumt wird.
In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die vorliegende Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbzeug zum Fügen von Werkstücken mit dem Verfahren nach einem der vorstehend diskutierten Ausführungsbeispiele, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, wobei das Halbzeug aus einem schäumbaren Vormaterial ausgebildet ist, das in einen Verbindungsbereich der Werkstücke derart anordenbar ist, daß das Halbzeug zumindest eines der Werkstücke umschließt.
Das schäumbare Vormaterial kann ein rundes, elliptisches, quadratisches, rechteckiges oder polygones Querschnittsprofil oder eine Kombinationen dieser Querschnittsprofile aufweisen.
Das Vormaterial kann flexibel und als Wicklung auf zumindest eines der zu fügenden Werkstücke aufbringbar sein.
Das Vormaterial kann auch als vorgefertigte in den Verbindungsbereich einbringbare Wendel oder als rohrförmiger auf eines der Werkstücke aufsteckbarer Abschnitt ausgebildet sein.
Zudem kann das Halbzeug das Werkstück derart umschließt, daß ein oder mehrere zu fügende Werkstücke am, um oder in der Nähe des vom Halbzeug umschlossenen Werkstückes anordenbar sind, wobei das Vormaterial durch Erwärmung aufschäumbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind durch eine Auswahl eines Abstandes der Wicklungen, einer Anzahl an Wicklungen, einer Steigung der Wendel, einer Anzahl an Windungen der Wendel, einer Querschnittform oder -fläche des Vormaterials, und/oder einer Art und Dichte des Vormaterials eine Volumenzunahme, Menge, und/oder Dichte eines im Erwäπmungsprozess entstehenden porösen Materials festlegbar. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Fügeverfahrens und des Halbzeuges, wobei das Halbzeug aus einer Wicklung schäumbaren Vormaterials ausgebildet und zwischen einem ersten und einem zweiten Körper angeordnet ist,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Fügeverfahrens und des Halbzeuges, bei dem im Vergleich zu Fig. 1 eine Wicklung mit höherer Vormaterialdichte zwischen den Körpern angeordnet ist,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbzeuges, und
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbzeuges.
In den Fig. 1 und 2 sind jeweils ein erster äußerer Körper 1 und ein zweiter innerer Körper 2 schematisch dargestellt, welche miteinander verbunden werden sollen.
Dabei ist vorliegend der äußere Körper 1 als Hülse ausgebildet, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf eine derartige Ausbildung als (beispielsweise achssymmetrische) Hülse beschränkt ist. Vielmehr sind eine Vielzahl an geometrischen Formen für den inneren Körper 2 und den äußeren Körper 1 möglich.
Im Verbindungsbereich zwischen diesen Körpern 1, 2 ist vorliegend ein Halbzeug 3 als Wicklung des schäumbaren Vormaterials schematisch dargestellt.
Dabei ist im Vergleich der Fig. 1 und 2 ersichtlich, daß die Wicklung in Fig. 1 eine niedrigere Vormaterialdichte aufweist als die Wicklung in Fig. 2. Dies wird vorliegend durch die verschiedene Anzahl an Wendungen der Wicklungen erreicht.
Vorliegend dient ein in der Regel draht- oder bandförmiges (= „strangförmiges") Vormaterial als Halbzeug, wobei das Vormaterial beispielsweise in Anlehnung an ein pulverschmelzmetallurgisches Schäumverfahren vorgefertigt ist (d.h. als eine Art „nicht aufgeschäumter Preßling" vorliegt).
Bei einer drahtförmigen Ausbildung kann beispielsweise ein rundes bzw. elliptisches Querschnittsprofil ausgebildet werden. Desgleichen kann bei bandförmiger Ausbildung ein rechteckiges, quadratisches oder polygones Querschnittsprofil ausgebildet werden. Zudem kann der Querschnitt bei draht- oder bandförmiger Ausbildung sowohl ein Vollprofil als auch ein Hohlprofil aufweisen.
Das beschriebene schäumbare Vormaterial ist also nicht im engeren Sinne band- oder drahtförmig, sondern kann alle möglichen Profilformen aufweisen, insbesondere solche, die durch Strangpressen herstellbar sind.
Im allgemeinen weist das Vormaterial in sämtlichen obigen Ausbildungen eine gewisse Flexibilität auf (wobei die vorliegende Erfindung aber nicht notwendigerweise hierauf beschränkt ist). Somit handelt es sich im Regelfall bei sämtlichen obigen Ausbildungen um ein längserstrecktes und flexibles Material. Daher kann das schäumbare Vormaterial in geeigneter Weise, z.B. auf einer Rolle, ggf. endlos zur Verfügung gestellt werden. Über eine entsprechende Zuführeinheit kann das Vormaterial auf einen der zu fügenden Körper (vorliegend auf den inneren Körper 2) aufgebracht werden. Hierzu bietet sich das Aufwickeln eines draht- oder bandförmigen Vormaterials an.
Anschließend werden ein oder mehrere weiterhin zu fügende Teile am, um oder in der Nähe des ersten Körpers positioniert und das durch Aufwickeln des Vormaterials auf den inneren Körper entstandene Halbzeug wird durch eine geeignete Erwärmungsmethode zum Schäumen gebracht. Der Metallschaum füllt dementsprechend den Zwischenraum zwischen den Körpern 1 und 2 aus.
Auch ist denkbar, daß das draht- oder bandförmige Vormaterial bereits in einem vorgeschaltenen Prozeß als Wendel zur Bildung des Halbzeuges ausgeformt wird und dann die fertig geformte Wendel zwischen die zu verbindenden Körper 1 ,2 in geeigneter Form eingebracht wird. Über einen Abstand der Wicklungen bzw. der Wendung der Wendel, eine Querschnittsform und/oder Fläche des Vormaterials, sowie die Art und Dichte des Vormaterials wird die Volumenzunahme und Dichte des im Erwärmungsprozeß entstehenden porösen Materials maßgeblich bestimmt. Auf diese Weise kann die Vormaterialmenge dem auszufüllenden Raum angepaßt und die Dichte des entstehenden Metalls (Schaum) in den verfahrenstypischen Grenzen nach Wunsch eingestellt werden. Auch ist eine bewusste Beeinflussung und Variation der Dichte des Schaumes entlang der Erstreckung des Zwischenraums ermöglicht.
Die Eigenschaften der entstehenden Verbindung sind dementsprechend in einem weiten technologischen Rahmen beeinflussbar.
Zur Verdeutlichung der vorstehenden Methode zur Beeinflussung der Vormaterialmenge sind in den Fig. 1 und 2 die Wicklung mit niedriger Vormaterialdichte (Fig. 1) und die Wicklung mit hoher Vormaterialdichte (Fig. 2) abgebildet.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Halbzeuges als Wicklung des schäumbaren Vormaterials mit flachen Federenden abgebildet.
Als weiteres Ausführungsbeispiel des Halbzeugs ist in Fig. 4 das Halbzeug als Wicklung des schäumbaren Vormaterials mit unbearbearbeiteten Federenden dargestellt.
Insbesondere aus den Fig. 3 und 4 ist die Verwendung eines vorgeformten Halbzeuges und eine mögliche Ausbildung des Halbzeuges selbst entnehmbar.
Alternativ zur vorstehend diskutierten Ausbildung als Wendel könnte das vorliegende Halbzeug auch als ein rohrförmiger bzw. einen profilförmigen Abschnitt (d.h. als ein „Hohlprofil", insbesondere als „Hülse" bzw. als „Röhrchen") hergestellt werden. Dieses Hohlprofil bzw. diese Hülse müssen nicht notwendigerweise flexibel sein, sondern können auch als starre Hohlprofile/Hülsen/Röhrchen ausgebildet werden. Der rohrförmige bzw. profilförmige Abschnitt kann insbesondere einen (kreis-)runden, elliptischen, polygonen, oder an die Ausformung des/der zu verbindenden Teile angepasste Querschnittsform aufweisen. Der rohrförmige bzw. profilförmige Abschnitt (das Röhrchen) kann dann auf jedenfalls eines der Bauteile oder auf mehrere der zu verbindenden Teile aufgesteckt werden, woran sich dann der Aufschäumvorgang anschließt.
Insbesondere die Ausbildung des hülsenförmigen Halbzeuges ermöglicht eine einfache und kostengünstige Anwendungsform, da über eine ggf. variierende Wandstärke bzw. eine ggf. variierende Dichte der Wand der Hülse auch die Menge an aufschäumbaren Material und damit die Ausbildung der Verbindung selbst beeinflussbar ist. Daher sind Röhrchen aus schäumbarem Material, die in angepassten Längen und Durchmessern aufgesteckt werden können, besonders relevante Ausführungsbeispiele des vorliegenden Halbzeuges.
Mit dem vorliegenden Verfahren und dem vorliegenden Halbzeug ist, wie vorstehend ausgeführt, die Verbindung von Werkstoffen gleicher oder unterschiedlicher Art mit schäumbarem Material ermöglicht, wobei das vorliegende Verfahren und das Halbzeug besonders geeignet sind für Verbindungen, die höheren Temperaturen (insbesondere über +2000C) bzw. Temperaturwechseln ausgesetzt sind. Dementsprechend wird das Fügen dieser Werkstoffe mit organischen Klebern (welche über 200° C in der Regel versagen) vermeidbar. Auch mechanische Fügeverfahren oder keramische Massen werden ersetzbar.
Die vorstehende Beschreibung offenbart insbesondere ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken, bei dem ein aus einem schäumbaren Vormaterial bestehendes Werkzeug in einem Verbindungsbereich der Werkstücke derart angeordnet wird, daß das Halbzeug eines der Werkstücke umschließt. Vorzugsweise wird das Halbzeug auf eines der zu fügenden Werkstücke, insbesondere durch Wickeln, aufgebracht. Alternativ hierzu kann das Halbzeug, insbesondere als Wendel, vorgefertigt in den Verbindungsbereich eingebracht werden. Insbesondere in einer dieser Ausbildungen ist eine universelle Anpassung eines in seinen geometrischen Daten vordefinierten Vormaterials (Halbzeug) universell für ein variierendes Teilespektrum ermöglicht. Vorzugsweise wird beim vorliegenden Verfahren zum Fügen von Werkstücken ein oder mehrere zu fügende Werkstücke am, um oder in der Nähe des vom Halbzeug umschlossenen Werkstückes angeordnet und das Vormaterial durch Erwärmen aufgeschäumt. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn eine Volumenzunahme, Dichte und/oder Masse des im Erwärmungsprozeß entstehenden porösen Materials, insbesondere durch eine Auswahl eines Abstandes der Wicklungen, einer Anzahl an Wicklungen, einer Steigung der Wendel, einer Anzahl an Windungen der Wendel, einer Querschnittsform oder -fläche des Vormaterial, und/oder einer Art und Dichte des Vormaterials selbst festgelegt wird.
Die vorstehende Beschreibung offenbart weiterhin ein Halbzeug, das aus einem schäumbaren Vormaterial ausgebildet ist und eine Form aufweist, mit der das Halbzeug in einem Verbindungsbereich der Werkstücke derartig anordenbar ist, daß das Halbzeug eines der Werkstücke umschließt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Halbzeug auf eines der zu fügenden Werkstücke, insbesondere durch Wickeln, aufbringbar ist oder das Halbzeug als vorgefertigte Wendel, welche flexibel an den Verbindungsbereich anpassbar ist, ausgebildet ist. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Halbzeug das Werkstück derart umschließt, daß ein oder mehrere zu fügende Werkstücke am, um oder in der Nähe des vom Halbzeug umschlossenen Werkstückes anordenbar sind und das Vormaterial durch Erwärmung aufschäumbar ist. Zudem ist es vorteilhaft, wenn insbesondere durch Auswahl eines Abstandes der Wicklungen, einer Anzahl an Wicklungen, einer Steigung der Wendel, einer Anzahl an Windungen der Wendel, einer Querschnittsform oder -fläche des Vormaterials und/oder einer Art und Dichte des Vormaterials eine Volumenzunahme, Menge und/oder Dichte eines im Erwärmungsprozeß entstehenden porösen Materials festlegbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Werkstücken, mit den Schritten:
- Herstellen eines schäumbaren Vormaterials,
- Anordnen dieses Vormaterial im nicht-geschäumten Zustand in einem Verbindungsbereich der Werkstücke, derart, daß das Vormaterial zumindest eines der Werkstücke umschließt, und
- Aufschäumen des Vormaterials zur Herstellung der Fügeverbindung zwischen den Werkstücken.
2. Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 1 , wobei das schäumbare Vormaterial mit einem runden, elliptischen, quadratischen, rechteckigen oder polygonen Querschnittsprofil oder mit Kombinationen dieser Querschnittsprofile ausgebildet wird.
3. Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 1 oder 2, wobei das schäumbare Vormaterial flexibel ist und auf zumindest eines der zu fügenden Werkstücke aufgewickelt wird.
4. Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 1 oder 2, wobei das schäumbare Vormaterial als Wendel vorgefertigt und in den Verbindungsbereich eingebracht wird.
5. Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine Auswahl eines Abstandes der Wicklungen, einer Anzahl an Wicklungen, einer Steigung der Wendel, einer Anzahl an Windungen der Wendel, einer Querschnittform oder -fläche des Vormaterials, und/oder einer Art und Dichte des Vormaterials derart festgelegt wird, daß eine Volumenzunahme, Dichte und/oder Masse eines im Erwärmungsprozess entstehenden porösen Materials eingestellt werden.
6. Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 1 , wobei das schäumbare Vormaterial als rohrförmiger Abschnitt vorgefertigt und auf zumindest eines der Werkstücke aufgesteckt wird.
7. Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Wendel oder der rohrförmige Abschnitt ein rundes, elliptisches, quadratisches, rechteckiges oder polygones Querschnittsprofil oder Kombinationen dieser Querschnittsprofile aufweist.
8. Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Querschnittsprofil an die Form des zumindest einen Werkstückes angepaßt ist.
9. Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein oder mehrere zu fügende Werkstücke am, um oder in der Nähe des vom schäumbaren Vormaterial umschlossenen Werkstückes angeordnet und das Vormaterial durch Erwärmung aufgeschäumt wird.
10. Verfahren zum Fügen von Werkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zwei Werkstücke benachbart zueinander angeordnet werden und das schäumbare Vormaterial derart angeordnet wird, daß es beide Werkstücke umschließt, bevor es aufgeschäumt wird.
11. Halbzeug zum Fügen von Werkstücken mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, wobei das Halbzeug aus einem schäumbaren Vormaterial ausgebildet ist, das in einen Verbindungsbereich der Werkstücke derart anordenbar ist, daß das Halbzeug zumindest eines der Werkstücke umschließt.
12. Halbzeug zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 11 , wobei das schäumbare Vormaterial ein rundes, elliptisches, quadratisches, rechteckiges oder polygones Querschnittsprofil oder eine Kombinationen dieser Querschnittsprofile aufweist.
13. Halbzeug zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Vormaterial flexibel ist und als Wicklung auf zumindest eines der zu fügenden Werkstücke aufbringbar ist.
14. Halbzeug zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 11 bis 13, wobei das Vormaterial als vorgefertigte Wendel oder als rohrförmiger Abschnitt ausgebildet ist, der in den Verbindungsbereich einbringbar der auf eines der Werkstücke aufsteckbar ist.
15. Halbzeug zum Fügen von Werkstücken nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Halbzeug das Werkstück derart umschließt, daß ein oder mehrere zu fügende Werkstücke am, um oder in der Nähe des vom Halbzeug umschlossenen Werkstückes anordenbar sind, und wobei das Vormaterial durch Erwärmung aufschäumbar ist.
16. Halbzeug zum Fügen von Werkstücken nach Anspruch 15, wobei insbesondere durch eine Auswahl eines Abstandes der Wicklungen, einer Anzahl an Wicklungen, einer Steigung der Wendel, einer Anzahl an Windungen der Wendel, einer Querschnittform oder -fläche des Vormaterials, und/oder einer Art und Dichte des Vormaterials eine Volumenzunahme, Menge, und/oder Dichte eines im Erwärmungsprozess entstehenden porösen Materials festlegbar sind.
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