WO2010130271A1

WO2010130271A1 - Verfahren zum stoffschlüssigen verbinden mittels reibschweissen unter verwendung eines klebemittels

Info

Publication number: WO2010130271A1
Application number: PCT/EP2009/003362
Authority: WO
Inventors: Uwe Reisgen; Markus Schleser; Alexander Harms; Eva Regina Thiele
Original assignee: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-18
Also published as: WO2010130271A8; DE112009004072A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von wenigstens zwei Fügeteilen (1, 2) mittels Reibschweissen, insbesondere Rühr-Reibschweissen oder Rühr-Reibpunktschweissen oder Rühr-Reibnahtschweissen oder Reibpunktschweissen, wobei die zu verbindenden Fügeteile (1, 2) vor dem Reibschweissen durch ein Klebemittel (4) relativ zueinander fixiert werden und beim nachfolgenden Reibschweissen durch das Klebemittel (4) die beim Verbinden auftretenden Kräfte und/oder Momente, die dazu tendieren die relative Lage der Fügeteile (1, 2) zueinander zu ändern, aufgefangen werden.

Description

VERFAHREN ZUM STOFFSCHLUSSIGEN VERBINDEN MITTELS REIBSCHWEISSEN UNTER VERWENDUNG EINES KLEBEMITTELS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von wenigstens zwei Fügeteilen mittels Reibschweißen, insbesondere Rühr- Reibschweißen (engl. Friction-Stir-Welding, FSW) oder Rühr-Reibpunktschweißen oder Rühr-Reibnahtschweißen oder Reibpunktschweißen.

Schweißtechniken zum stoffschlüssigen Verbinden von wenigstens zwei Fügeteilen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Besondere Aufmerksamkeit hat in letzter Zeit ein Verfahren erhalten, bei dem die zum Verbinden notwendige Energie mittels eines Reibvorgangs in die Fügeteile eingetragen wird.

Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Verfahren des Reibschweißens jegliche Art des Schweißens verstanden, bei der die Schweißenergie durch das Reiben mittels eines Werkzeuges in die zu fügenden Teile eingebracht wird. Ein typisches Verfahren ist das Rühr-Reibpunktschweißen oder auch Rühr-Reibnahtschweißen, bei dem ein rotierendes Werkzeug ein im Wesentlichen zylindrisches Element umfasst mit einer Reibschulter, von der aus ein Stift vorspringt.

Unter Rotation wird dabei mit hohem Kraftaufwand das Werkzeug mit seinem Stift in die zu verbindenden Teile eingepresst, bis dass die Reibschulter an dem oder den Fügeteilen zur Anlage kommt und durch den Effekt des Reibens Energie in die Fügeteile einträgt, so dass das Material der Fügeteiie piastifiziert, d.h. weich wird, jedoch nicht aufschmilzt. Durch eine Bewegung des Werkzeugs entlang einer zu schweißenden Strecke gegenüber den Fügeteilen wird der Stift durch das plastifizierte Material der Fügeteile hindurchbewegt und verrührt bei dieser

BESTÄTIGÜNGSKOPIE Bewegung die plastifizierten Materialien der Fügeteile, so dass sich eine stoffschlüssige Verbindung einstellt. Dieses Verfahren des Rühr-Reibschweißens, welches sowohl als Naht- sowie auch als Punktschweißen ausgeführt werden kann, hat eine hohe Beachtung gefunden, da es unterhalb der Schmelztemperaturen der beteiligten Materialien arbeitet und hierdurch hoch qualitative Fügeverbindungen erstellt werden können ohne dass gravierende Gefügeveränderungen und daraus resulierende Eigenschaftsänderungen des Materials wie bei anderen Schweißverfahren vorliegen.

Die Erfindung ist ebenso anwendbar auf das Verfahren des Reibpunktschweißens, welches eine Unterart des Rühr-Reibpunktschweißens darstellt, bei welcher der eingangs genannte Stift am Werkzeug in axialer Richtung relativ zur Schulter des Werkzeugs verschiebbar ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass am Ende einer Schweißnaht oder am Ort einer Punktschweißverbindung kein Loch in den Fügeteilen verbleibt, welches ansonsten für die Rühr-Reibschweißverfahren mit starrem Stift typisch ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann demnach besonders bei den eingangs beschriebenen Rühr-Reibschweißverfahren sowohl mit starrem als auch mit axial beweglichem Stift eingesetzt werden.

Als nachteilig wird es bei diesen bekannten Verfahren empfunden, dass aufgrund der extrem hohen Prozesskräfte, die mittels des Werkzeugs in die Fügeteile eingetragen werden, die Fügeteile bislang mittels externer Spannvorrichtungen lagestabil zueinander fixiert werden müssen, damit die Fügeteile während des Reibprozesses ihre relative Position zueinander beibehalten. Das Verwenden solcher Spannvorrichtungen ist jedoch bei einigen gewünschten Anwendungen problematisch bzw. bauraumbedingt nicht möglich, insbesondere so dass gerade Fügeteile, die sich im Bereich der Dimensionierung des Werkzeugs bewegen, nicht mit den üblichen Spannvorrichtungen in ausreichender Weise oder nur mit extremem Aufwand fixiert werden können. Bei so gestalteten Fügeverbindungen ist üblicherweise ein aufwändiger Vorrichtungsbau zur Fixierung der Schweißteile notwendig und bei speziellen Anwendungen kann der Kostenaufwand zur Fixierung bei ca. 1/3 der Gesamtkosten liegen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbindung von wenigstens zwei Fügeteilen mittels Reibschweißens, insbesondere den eingangs genannten Rühr-Reibschweißverfahren, bereitzustellen, welches die bislang eingesetzte aufwändige Spanntechnik mittels externer Spannvorrichtungen im Fügebereich vollständig entbehrlich macht.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die zu verbindenden Fügeteile vor dem Reibschweißen durch ein Klebemittel relativ zueinander fixiert werden und beim nachfolgenden Reibschweißen durch das Klebemittel die beim Reibschweißen, insbesondere Rühr-Reibschweißen auftretenden Kräfte und/oder Momente, die dazu tendieren, die relative Lage der Fügeteile zueinander zu ändern, vollständig aufgefangen werden.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung ist es also, die bislang im Stand der Technik üblichen Spannvorrichtungen zur Aufnahme der Fügekräfte im Nahtbereich vollständig entbehrlich zu machen, wofür erfindungsgemäß ein Klebemittel eingesetzt wird. Es kann dadurch beispielsweise auch erzielt werden, dass Fügeteile mit dem Verfahren des Reibschweißens, insbesondere Rühr- Reibschweißens miteinander verbunden werden können, die gemäß dem ursprünglichen bekannten Stand der Technik mit den bis dahin bekannten Spannvorrichtungen, insbesondere durch geometrische Restriktionen, nicht zu spannen waren. Das erfindungsgemäße Verfahren macht daher nicht nur die üblichen Spannwerkzeuge entbehrlich, sondern erschließt weitere Anwendungsfelder, die bislang durch den Einsatz der üblichen Spanntechnik nicht bearbeitet werden konnten.

Erfindungsgemäß ist es demnach bevorzugt vorgesehen, ein Klebemittel zu wählen, bei dem die Adhäsionskräfte zwischen Klebemittel und Fügeteilen und/oder zwischen Klebemittel und Hilfselementen und die Kohäsionskräfte im Klebemittel größer eingestellt werden als die beim Prozess des Verbindens (Reibschweißens) wirkenden Kräfte zwischen den Fügeteilen oder zwischen einem Fügeteil und einem Hilfselement. Bei Auswahl entsprechender Klebemittel sind demnach bislang eingesetzte Spannwerkzeuge entbehrlich, da die wirkenden Kräfte vollständig durch das Klebemittel abgetragen werden und somit die zu verbindenden Fügeteile während der Durchführung einer Verbindung mittels Reibschweißen, insbesondere Rühr-Reibschweißen lagestabil verbleiben.

Grundsätzlich können bei diesem Verfahren sämtliche Klebemittel eingesetzt werden, die geeignet sind, die beim Schweißprozess entstehenden Kräfte und Momente aufzunehmen.

Es kann sich dabei beispielsweise um zweikomponentige Klebstoffe handeln, die jedoch insoweit mit einem Nachteil verbunden wären, dass diese eine gewisse Abbindezeit benötigen, um eine ausreichende Festigkeit zu erzielen und somit erst nach dieser minimal benötigten Zeit geeignet sind, Kräfte und Momente aufzunehmen.

Der Einsatz reaktiver Klebstoffe, wie beispielsweise von

Zweikomponentenklebstoffen, kann jedoch weiterhin Vorteile bieten, wenn nämlich durch die mittels des Reibprozesses eingetragene Schweißenergie ein solcher reaktiver Klebstoff nachhärtet und somit die Verbindung zwischen den Fügeteilen, die neben der reinen Reibschweißverbindung auch durch den Klebstoff gegeben ist, eine besonders hohe Stabilität erhält.

In besonders bevorzugter Anwendung können beispielsweise Haftklebstoffe oder Kontaktklebstoffe eingesetzt werden, beispielsweise als Klebeband oder in flüssiger Form zwischen den Fügeteilen oder einem Fügeteil und einem Hilfselement, wobei derartige Haftklebstoffe oder Kontaktklebstoffe ihre notwendige Anfangsfestigkeit bereits unmittelbar anfänglich beim Zusammenfügen der zu verklebenden Teile erreichen. Erfindungsgemäß kann es in einer Ausführung beispielsweise vorgesehen sein, zwei Fügeteile einander zumindest teilweise überlappend anzuordnen, wobei ein Klebemittel, beispielsweise ein flüssiges Klebemittel oder auch ein Klebemittel in Form eines Klebebandes, im Überlappungsbereich der Fügeteile angeordnet wird.

In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, zwei Fügeteile auf Stoß anzuordnen, wobei ein Klebemittel zwischen einem ersten Fügeteil und einem Hilfselement und zwischen einem zweiten Fügeteil und einem, bevorzugt demselben Hilfselement angeordnet wird. Hier dient ein Hilfselement insbesondere dazu, die Stabilität der beiden Fügeteile zueinander zu erzielen, die ansonsten lediglich durch eine Klebverbindung zwischen den auf Stoß liegenden Flächen der Fügeteile nicht gegeben wäre. Ein Hilfselement kann demnach beispielsweise lediglich temporär am Schweißprozess als Anlageelement oder unterstützendes Element dienen, um die Lagestabilität der Fügeteile während der Durchführung der Schweißverbindung zu garantieren.

In Verbindung mit einem Hilfselement kann es demnach vorgesehen sein, dass dieses am Schweißprozess selbst nicht beteiligt ist, also nur die beiden Fügeteile, die durch das Hilfselement untereinander verbunden sind, durch das Verfahren des Reibschweißens verbunden werden.

In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass die zwei Fügeteile untereinander und mit dem Hilfselement verbunden werden. Bei einer solchen Ausführung kann es beispielsweise auch ergänzend vorgesehen sein, dass ein Hilfselement nach dem Durchführen des Schweißvorgangs spanend abgetragen wird. Hier hat das Hilfselement insbesondere den Vorteil, dass eine Aussparung, die am Ende einer Schweißnaht durch einen Stift eines Rühr- Reibwerkzeugs erzeugt ist, in der Materialstärke des Hilfselementes angeordnet sein kann und somit durch das spanende Abtragen des Hiifselementes vollständig entfernt werden kann, ohne die zwischen den eigentlichen Fügeteilen bestehende Schweißverbindung negativ zu beeinflussen. Es können demnach auf diese Weise mittels eines Hilfselementes oberflächenbündige Schweißverbindungen auch mit üblichen Rühr-Reibwerkzeugen mit feststehendem Stift erzeugt werden.

In einer weiteren Anordnung kann es ebenso vorgesehen sein, dass zwei Fügeteile auf Stoß angeordnet werden, wobei ein Klebemittel zwischen den einander gegenüberliegenden Stoßseiten der Fügeteile angeordnet wird. Eine solche Anordnung kann beispielsweise gewählt werden, wenn die auf Stoß einander gegenüberliegenden Seiten bzw. Flächen der Fügeteile eine genügende Größe bieten, um durch das Anordnen eines Klebemittels zwischen diesen Flächen/Seiten eine ausreichende Aufnahme der Prozesskräfte und/oder -momente zu erzielen, ohne dass es eines weiteren Hilfselementes bedarf.

Bei all diesen vorgenannten Ausführungen und besonders beim zumindest teilweise überlappenden Verschweißen von zwei Fügeteilen kann es in einer möglichen Anwendung vorgesehen sein, dass ein Klebemittel unterhalb/unter der späteren Fügenaht/des späteren Fügepunktes angeordnet wird. Bei einem solchen Verfahren liegt demnach das Klebemittel unmittelbar im Bereich der späteren Verbindung, es kann also insbesondere bei einem überlappenden Schweißen durch das Klebemittel hindurch die Schweißverbindung vorgenommen werden.

Dabei wird es als besonders vorteilhaft empfunden, wenn das Klebemittel so gewählt wird, dass es beim Fügen aus dem Bereich der Verbindung, also der Reibschweißnaht oder des Reibschweißpunktes verdrängt wird. Beispielsweise kann das Klebemittel derart gewählt werden, dass es im kalten Temperaturbereich eine ausreichende Festigkeit aufweist, um die Prozesskräfte aufzunehmen, jedoch im unmittelbaren Bereich der Verbindung an derjenigen Stelle, wo das Schweißwerkzeug die Reibwärme in die Fügeteile einträgt, durch die zusätzliche Wärme derart aufweicht, dass eine Verdrängung aus dem Verbindungsbereich ermöglicht wird. In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass ein Klebemittel in einem Abstand zum Bereich der späteren Verbindung / Schweißnaht / Schweißpunkt angeordnet wird. Beispielsweise kann hier das Klebemittel nur in einem Abstand einseitig oder aber auch in einer anderen Ausführung beidseitig in einem Abstand zu einer späteren Verbindung, insbesondere einer längserstreckten Verbindungsnaht angeordnet werden. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass entlang der durchzuführenden Verbindung eine ausreichende Fixierung der Fügeteile relativ zueinander gegeben ist, im tatsächlichen Verbindungsbereich jedoch kein Klebemittel vorliegt.

Insbesondere beim Stoßschweißen kann es vorgesehen sein, dass dann, wenn die Klebverbindung zwischen den Fügeteilen über die einander gegenüberliegenden Stoßseiten erfolgt, das Klebemittel einen Abstand zur Oberfläche der Fügeteile hat, so dass es bezogen auf ein eingetauchtes Schweißwerkzeug mit Reibschulter und Stift während des Schweißens unterhalb des untersten Endes des Stiftes angeordnet ist. Das Klebemittel hat damit zu jeder Zeit während eines Schweißprozesses einen Abstand zur Schweißnaht und beeinflusst diese nicht.

Gerade hierbei sowie grundsätzlich bei allen Anwendungen, bei denen ein Klebemittel zur Fixierung der Fügeteile relativ zueinander zum Einsatz kommt, kann ein Klebemittel neben dem Vorteil der spannwerkzeugfreien Fixierung der Fügeteile zueinander noch den weiteren Vorteil mit sich bringen, dass eventuelle Spalte zwischen den Fügeteilen nach dem Durchführen einer Schweißverbindung durch das Klebemittel gefüllt werden können und somit das Klebemittel solche Spalten abdichtet, insbesondere wodurch auch eine Korrosionsneigung verringert ist. Dabei kann das Klebemittel so angeordnet werden, dass es durch ein Verdrängen während des Reibschweißens in einen oder mehrere verbleibende Spalte eintritt.

In einer Ausführung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Klebemittelfläche zwischen zwei Fügeteilen oder einem Fügeteil und einem Hilfsteil in Richtung einer durchzuführenden Verbindung kleiner werdend eingestellt wird. Diesem Verfahrensschritt liegt die Überlegung zugrunde, dass lediglich anfänglich, insbesondere dann, wenn noch keinerlei Fügeverbindung durch Reibschweißen entstanden ist, die durch das Reibschweißen in die Fügeteile eingetragenen Kräfte und Momente vollständig und ausschließlich nur durch das Klebemittel aufgenommen werden müssen.

Ist jedoch ein erster Teilbereich einer Reibschweiß- insbesondere einer Rühr- Reibschweißverbindung bereits entstanden, so trägt dieser bereits entstandene teilverschweißte Bereich zur Kraft- und Momentenaufnahme mit bei, so dass demnach die wirkenden Kräfte und Momente weiterhin nicht mehr vollständig vom Klebemittel alleine aufgenommen werden müssen. Es besteht demnach die Möglichkeit, in Richtung einer durchzuführenden Verbindung, wie beispielsweise einer Schweißnaht, die Klebemittelfläche zu reduzieren, was bedeutet, dass bei gleich bleibender Klebschichtdicke die Klebefläche in Schweißrichtung verringert werden kann.

In einer anderen Anwendung kann es auch vorgesehen sein, dass zusammen mit einem Klebemittel wenigstens ein Schweißzusatzstoff in den Bereich einer späteren Schweißverbindung angeordnet wird. Beispielsweise kann ein solcher Schweißzusatzstoff direkt im Klebemittel enthalten sein. In einer solchen Anordnung kann es beispielsweise vorgesehen sein, wie eingangs beschrieben, dass das Klebemittel unmittelbar auch im Verbindungsbereich zwischen zwei Fügeteilen angeordnet ist. Es kann so beispielsweise bewirkt werden, dass ein Schweißzusatzstoff aus dem Klebemittel in die (Rühr-)Reibschweißnaht und somit in die vermischten Materialien der beiden Fügeteile eingetragen wird. Zum Beispiel kann hierdurch die Schweißnaht legiert werden.

Bei einem flüssigen Klebemittel kann es dafür z.B. vorgesehen sein, dass ein Schweißzusatzstoff z.B. als Partikel innerhalb des flüssigen Klebemittels enthalten ist und durch den Auftrag beispielsweise als Klebestrang oder Klebepunkte gleichzeitig mit dem Klebemittel appliziert wird zwischen zwei Fügeteilen oder einem Fügeteil und einem Hilfselement.

Bei dem Einsatz eines Klebemittels in Form eines Klebebandes oder flüssigen Klebemittels kann es vorgesehen sein, dass ein Schweißzusatzstoff entlang der Längserstreckung des Klebebandes angeordnet ist, z.B. einen Bahnbereich einnimmt, insbesondere einen Bahnbereich zwischen zwei klebenden Bahnbereichen des Klebemittels. So kann ein solches Klebeband demnach einen Aufbau aufweisen, bei dem ein bahnförmiger Schweißzusatzstoff rechts- und linksseitig von klebenden Bereichen umgeben ist. Es kann so eine Anordnung erzielt werden, bei der ein solches erfindungsgemäßes Klebeband zwischen zwei Fügeteilen, beispielsweise beim überlappenden Fügen oder auch zwischen einem Fügeteil und einem Hilfselement angeordnet ist, nämlich z.B. derart, dass die klebenden Bereiche die Fügeteile bzw. das Fügeteil mit dem Hilfselement verbindet und der Bahnbereich des Schweißzusatzstoffes direkt im bzw. unter dem späteren Verbindungsbereich der Fügeteile zu liegen kommt. So kann ein Schweißzusatzstoff aus einem solchen Klebeband unmittelbar in die Schweißnaht mit eingetragen werden, ohne dass der klebende Anteil eines solchen Klebebandes die Qualität der Schweißverbindung beeinflusst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, wie es zuvor beschrieben ist, werden nicht nur übliche Spannwerkzeuge entbehrlich, sondern es erschließen sich auch Anwendungen, die bislang mit den üblichen Spannwerkzeugen nicht gegeben waren.

Beispielsweise besteht die Möglichkeit, eines der Fügeteile als ein Blech, insbesondere ein sehr dünnwandiges Blech bzw. eine Folie, z.B. mit einer Dicke kleiner als 1 mm gegeben ist. Hier war der Nachteil beim im Stand der Technik bekannten Reib- bzw. Rühr-Reibschweißverfahren, dass es durch die Berührung der Reibschulter des Werkzeugs zu Aufwerfungen des Fügeteils, also insbesondere des dünnen Blechs bzw. der Folie kam aufgrund der zu geringen Stabilität bzw. Steifigkeit des Fügeteils und unzureichender Befestigung des Fügeteils durch die Spann Werkzeuge im Bereich der durchzuführenden Schweißnaht.

Das erfindungsgemäße Verfahren erschließt hier nun die Möglichkeit, solche kritischen Fügeteile, wie Bleche und dünne Folien, mit einem Klebemittel aneinander zu befestigen, insbesondere derart, dass das Klebemittel bis unmittelbar angrenzend an die spätere Schweißnaht, eine solche Folie bzw. ein solches dünnes Blech vollflächig unterstützt bzw. sogar das Klebemittel komplett unter einem solchen Blech bzw. einer Folie auch auf dem Fügebereich angeordnet ist. Durch diese Art der Verklebung können Aufwerfungen im oder angrenzend an den Fügebereich vollständig vermieden werden und somit erstmals solche besonders dünnen Fügeteile miteinander verbunden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Verbinden von Metallen, beispielsweise solchen Metallen, die mit klassischen Schweißverfahren nicht oder nur schwer verbunden werden können, wie beispielsweise Leichtmetalle, z.B. Aluminium oder Magnesium. Auch Legierungen, wie z.B. Messing sind mit einem solchen Verfahren zu schweißen. Es besteht ebenso die Möglichkeit, materialfremde Fügeteile, z.B. Aluminium und Edelstahl oder Metall und Kunststoff miteinander zu verbinden, ebenso wie auch grundsätzlich nichtmetallische Materialien wie z.B. thermoplastische Kunststoffe bei den Fügeteilen.

Ein Klebemittel kann grundsätzlich manuell oder auch automatisiert aufgetragen werden, z.B. flüssig, beispielsweise als Raupe, flächig, punktuell oder auch durch aufsprühen, ebenso wie mittels eines Klebebandes.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die dabei genutzten Anordnungen der Fügeteile und Klebemittel zueinander wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Überlappschweißungen

Figur 2 Stoßschweißungen Figur 3 Orbitalschweißungen

Die Figur 1 zeigt im Figurenteil a) eine Möglichkeit der Überlappungsschweißung, bei der zwei Fügeteile 1 und 2 bereichsweise überlappend angeordnet sind, wobei im überlappenden Bereich hier vollständig, bevorzugt jedoch insbesondere auch unmittelbar im Schweißbereich 5, d.h. dem Bereich, in dem der Reibprozess mit einem Rühr-Reibwerkzeug 3 vorgenommen wird, ein Klebemittel 4 angeordnet ist.

Dieses Klebemittel 4 kann jeglicher geeignete Klebstoff sein, der geeignet ist, die wirkenden Kräfte und Momente vollständig aufzufangen und so die Lagestabilität der Fügeteile 1 und 2 zueinander während des Durchführens des Rühr- Reibschweißprozesses zu garantieren.

Wesentlich ist es also hier, wie grundsätzlich bei allen denkbaren erfindungsgemäßen Verfahrensschritten, dass ein eingesetztes Klebemittel 4 bereits vor dem Durchführen der Reibschweiß- bzw. Rühr-Reibschweißverbindung eine ausreichende Festigkeit hat, um die wirkenden Kräfte und Momente aufzufangen und somit die Lagestabilität der Fügeteil 1 und 2 zu sichern.

Bei der Figur 1a) ist es demnach dergestalt, dass durch das Durchführen der Rühr-Reibschweißverbindung mit dem Werkzeug 3 das Klebemittel 4 aus einem Verbindungsbereich 5 verdrängt werden kann, ohne dass es thermisch geschädigt wird. Eine thermische Schädigung kann hier insbesondere deswegen vermieden werden, da die Reibenergie lediglich ausreichend ist, um ein Plastifizieren der beteiligten Fügeteile 1 und 2 zu erzielen, jedoch ein Aufschmelzen vermieden wird. Die entstehende Temperatur während des Fügens ist gering genug, um eine Schädigung des Klebemittels 4 zu vermeiden.

Demgegenüber zeigt die Figur 1b) eine Anordnung mit überlappenden Fügeteiien 1 und 2, bei welcher Klebemittel 4 beidseits einer Verbindungszone 5 angeordnet ist, in welcher die Rühr-Reibschweißverbindung vorgenommen wird. Es kann so vermieden werden, dass Klebemittel 4 in die Schweißzone 5 gelangt und insbesondere bedarf es keines Verdrängens des Klebemittels 4 aus der Schweißzone 5.

Die Figur 1c) zeigt eine weitere Möglichkeit der Fixierung der Fügeteile 1 und 2 mittels eines Klebemittels 4, bei dem dieses Klebemittel 4 im Überlappungsbereich nur zu einer Seite des Fügebereichs 5 angeordnet ist. Eine solche Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise die Fügeverbindung 5 randnah zu einem der Fügeteile 1 bzw. 2 durchgeführt werden soll. Hier, sowie auch bei allen anderen Verfahrensvarianten kann das Klebemittel weiterhin auch den Vorteil haben, dass ein eventueller Spalt zwischen den Fügeteilen 1 und 2 durch dieses Klebemittel 4 verschlossen bzw. gedichtet wird.

Die Figur 2 zeigt in mehreren Darstellungen das Herstellen von Stoßverschweißungen. Hier kann es in einer Ausführung gemäß der Figur 2a beispielsweise vorgesehen sein, dass zwei Fügeteile 1 und 2 auf Stoß aneinander gelegt werden, hier mit einem leichten, gegebenenfalls nicht zu vermeidenden Abstand der Stoßseiten, wobei Fügeteil 1 mittels eines Klebemittels 4 mit einem Hilfselement 6 verbunden wird, ebenso wie das Fügeteil 2. Durch das Hilfselement 6 sind demnach auch hier Fügeteil 1 und Fügeteil 2 relativ zueinander lediglich mittels eines Klebemittels 4 lagestabil zueinander fixiert und es besteht die Möglichkeit, in den Stoßbereich 5 mittels des Rühr-Reibwerkzeugs 3 die Schweißverbindung durchzuführen. Hier kann die Durchführung der Schweißverbindung derart sein, dass nur Fügeteil 1 und 2 oder aber auch das Fügeteil 1 und 2 und Hilfselement 6 miteinander verbunden werden. Die Durchführung der Verschweißung erfolgt mit dem Werkzeug 3 von der Seite der Fügeteile 1 und 2. Die Verwendung eines Hilfselementes 6 ist hier besonders vorteilhaft, wenn eine Klebeverbindung über die relativ kleinflächigen Stoßseiten der Fügeteile 1 und 2 nicht zu einer ausreichenden Festigkeit einer Klebverbindung zwischen den Teilen 1 und 2 führen würde.

Demgegenüber zeigt die Figur 2b eine Ausführung mit zwei Fügeteilen 1 und 2, die an ihren aneinanderstoßenden Seiten mittels eines Klebemittels 4 verbunden sind. Es handelt sich in dieser Ausführung um zwei Hohlprofile mit quadratischem Querschnitt, wobei diese Beispielsdarstellung als nicht beschränkend zu verstehen ist.

In dieser Ausführung kann eine ausreichende Lagestabilität durch das Klebemittel 4 zwischen den Stoßseiten der Fügeteile 1 und 2 erzielt werden. Dabei kann es vorgesehen sein, das Klebemittel 4 (hier nicht dargestellt) beabstandet zum Verbindungsbereich 5 so anzuordnen, dass die Oberkante des Klebemittels 4 unterhalb der eingetauchten Stiftspitze des Rührwerkzeugs 3 liegt. Es besteht ebenso die Möglichkeit, wie hier dargestellt, das Klebemittel 4 vollflächig über die gesamte Stoßfläche aufzutragen, sofern das Vorhandensein eines Klebemittels im Verbindungsbereich 5 als nicht nachteilig empfunden wird.

Die Figur 2c) zeigt eine Variante, bei der zwei U-Profile auf Stoß verschweißt werden und ein Hilfselement 6 zur Fixierung der Fügeteile dient. Die Durchführung des Klebens und Schweißens ist ansonsten äquivalent zur Figur 2a)

Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung einer möglichen Schweißverbindung, bei der in dieser Darstellung Fügeteil 1 und Fügeteil 2 auf Stoß aneinander gesetzt sind und hier beispielsweise wiederum als Hohlprofile ausgefertigt sind. Unabhängig von der Art der Ausgestaltung der Fügeteile 1 und 2 kann es vorgesehen sein, dass überlappend zur Stoßverbindung ein Hilfselement 6 vorgesehen ist, wobei jeweils zwischen Fügeteil 1 und Hilfselement 6 sowie auch Fügeteil 2 und Hilfselement 6 ein Klebemittel 4 appliziert ist.

Bei dieser Ausführung erfolgt eine Schweißverbindung durch Eintauchen des Rühr-Reibwerkzeugs 3 durch das Hilfselement 6 hindurch bis in die Fügeteile 1 und 2 bzw. die Stoßverbindung der beiden. Dabei kann das Klebemittel 4 derart angeordnet werden, dass es im Fügebereich oder beabstandet hierzu angeordnet ist. Das Hilfselement 6 ist also zwischen den Fügeteilen 1 und 2 und dem Werkzeug 3 angeordnet. Es wird so erreicht, dass sich eine Schweißverbindung zwischen Fügeteil 1 und 2 und Hilfselement 6 ergibt, wobei die Möglichkeit besteht, nach Durchführen der Schweißverbindung das Hilfselement 6 spanend abzutragen, was hier den Vorteil hat, dass ein eventuelles, durch den Stift des Rühr-Reibwerkzeugs am Ende der Schweißverbindung verbleibendes Loch ebenso mit abgetragen wird und sich eine zu den Fügeteilen 1 und 2 oberflächenbündige Schweißverbindung ergibt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von wenigstens zwei Fügeteilen (1 ,2) mittels Reibschweißen, insbesondere Rühr-Reibschweißen oder Rühr- Reibpunktschweißen oder Rühr-Reibnahtschweißen oder Reibpunktschweißen, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Fügeteile (1 ,2) vor dem Reibschweißen durch ein Klebemittel (4) relativ zueinander fixiert werden und beim nachfolgenden Reibschweißen durch das Klebemittel (4) die beim Verbinden auftretenden Kräfte und/oder Momente, die dazu tendieren die relative Lage der Fügeteile (1 ,2) zueinander zu ändern, aufgefangen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Adhäsionskräfte zwischen Klebemittel (4) und Fügeteilen (1 ,2) und/oder wenigstens einem Hilfselement (6) und die Kohäsionskräfte im Klebemittel (4) größer eingestellt werden als die beim Prozess des Verbindens wirkenden Kräfte zwischen den Fügeteilen (1 ,2) oder zwischen einem Fügeteil (1 ,2) und wenigstens einem Hilfselement (6).

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Fügeteile (1,2) einander überlappend angeordnet werden, wobei ein Klebemittel (4) im Überlappungsbereich der Fügeteile (1 ,2) angeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Fügeteile (1 ,2) auf Stoß angeordnet werden, wobei ein Klebemittel (4) zwischen einem ersten Fügeteil (1) und einem Hilfselement (6) und zwischen einem zweiten Fügeteil (2) und demselben Hilfselement (6) angeordnet wird, insbesondere wobei nur die beiden Fügeteile (1 ,2) miteinander verbunden werden.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Fügeteile (1 ,2) auf Stoß angeordnet werden, wobei ein Klebemittel (4) zwischen den einander gegenüberliegenden Stoßseiten der Fügeteile (1 ,2) angeordnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein

Klebemittel (4) unterhalb/unter der späteren Fügenaht (5) / des späteren Fügepunktes angeordnet wird, insbesondere wobei das Verbinden der Fügeteile (1 ,2) durch das Klebemittel (4) hindurch erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das

Klebemittel (4) beim Verbinden aus dem Bereich der Verbindung (5) verdrängt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein

Klebmittel (4) in einem Abstand zum Bereich der späteren Verbindung (5), insbesondere zu einer oder beiden Seiten einer späteren Verbindungsnaht (5) angeordnet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Fügeteile (1 ,2) untereinander und mit dem Hilfselement (6), insbesondere mit einem Werkzeug (3) von der Seite des Hilfselementes (6) aus, verbunden werden, insbesondere wobei nach dem Verbinden das Hilfselement (6) spanend abgetragen wird, insbesondere bis zu einer Ebene / Höhe der Fügeteile (1 ,2) .

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemittelfläche zwischen zwei Fügeteilen (1 ,2) oder einem Fügeteil (1 ,2) und einem Hilfsteil (6) in Richtung der durchzuführenden Verbindung (5) kleiner werdend eingestellt wird.

11.Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Fügeteile (1 ,2) ein Blech bzw. eine Folie ist, insbesondere mit einer Dicke kleiner 1 mm ist.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit einem Klebemittel (4) wenigstens ein Schweißzusatzstoff in den Bereich einer späteren Verbindung (5) angeordnet wird, insbesondere ein Schweißzusatzstoff, der im Klebemittel (4) enthalten ist.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebemittel (4) ein Haftklebstoff oder Kontaktklebstoff als Klebeband oder in flüssiger Form verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebemittel (4) ein reaktiver Klebstoff verwendet wird, der durch das Einbringen der Reibungswärme beim Verbinden nachhärtet.