WO2010130271A1 - Method for material bonding by means of friction welding using an adhesive - Google Patents

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Uwe Reisgen
Markus Schleser
Alexander Harms
Eva Regina Thiele
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Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
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Definitions

  • the invention relates to a method for materially joining at least two joining parts by means of friction welding, in particular friction stir welding (FSW) or stirring friction point welding or friction stir welding or friction spot welding.
  • friction welding in particular friction stir welding (FSW) or stirring friction point welding or friction stir welding or friction spot welding.
  • the friction welding process is understood to mean any type of welding in which the welding energy is introduced by rubbing by means of a tool into the parts to be joined.
  • a typical method is agitation friction welding, or stirring friction welding, in which a rotating tool comprises a substantially cylindrical member having a friction shoulder from which a pin protrudes.
  • the tool Under rotation, the tool is pressed with its pin into the parts to be joined with great force, until the friction shoulder comes to rest on the part or parts and by the effect of rubbing enters energy into the parts to be joined, so that the material piast the joining ie softens, but does not melt.
  • the pin is moved through the plasticized material of the parts to be joined and stirred in the latter
  • the invention is equally applicable to the method of Reibyaksch resumeens, which is a subspecies of the stirring Reibyaksch resumeens, in which the aforementioned pin on the tool in the axial direction relative to the shoulder of the tool is displaceable.
  • This has the particular advantage that at the end of a weld or at the point of a spot weld joint no hole remains in the parts to be joined, which is otherwise typical for the rigid-pin agitation friction welding method.
  • the method according to the invention can be used both with a rigid and with an axially movable pin, in particular in the case of the stirring-friction welding method described above.
  • the solution to this problem is inventively achieved in that the joining parts to be joined are fixed relative to each other before the friction welding by an adhesive and during the subsequent friction welding by the adhesive the forces occurring during friction welding, in particular agitating friction welding and / or moments that tend to change the relative position of the parts to each other to be completely absorbed.
  • the essential idea of the invention is thus to render the tensioning devices, which were customary in the prior art, completely dispensable for absorbing the joining forces in the seam area, for which purpose an adhesive is used.
  • joining parts can be connected to one another by the method of friction welding, in particular stirred friction welding, which according to the original known prior art could not be tensioned with the hitherto known clamping devices, in particular due to geometric restrictions.
  • the method according to the invention therefore makes not only the usual clamping tools dispensable, but opens up further fields of application that could hitherto not be processed by the use of the usual clamping technology.
  • an adhesive in which the adhesion forces between adhesive and adherends and / or between adhesives and auxiliary elements and the cohesive forces in Adhesives are set to be greater than the forces acting in the process of joining (friction welding) between the parts to be joined or between a joining part and an auxiliary element. Accordingly, when selecting appropriate adhesives, tensioning tools previously used are dispensable since the forces acting on are completely removed by the adhesive and thus the parts to be joined remain stable in position during the implementation of a connection by friction welding, in particular stirring friction welding.
  • This may be, for example, two-component adhesives, which would however be associated with a disadvantage in that they require a certain setting time in order to achieve sufficient strength and thus are suitable for taking up forces and moments only after this minimum required time.
  • Two-component adhesives can continue to offer advantages, namely, if by the registered by the friction process welding such a reactive adhesive and thus the connection between the joining parts, which is given in addition to the pure Reibsch spatagen also by the adhesive, a particularly high stability.
  • pressure-sensitive adhesives or contact adhesives can be used, for example as an adhesive tape or in liquid form between the parts to be joined or a joining part and an auxiliary element, wherein such pressure-sensitive adhesives or contact adhesives reach their necessary initial strength immediately immediately when joining the parts to be bonded.
  • it can be provided in one embodiment, for example, two joining parts to arrange each other at least partially overlapping, wherein an adhesive, for example a liquid adhesive or an adhesive in the form of an adhesive tape, in the overlapping region of the joining parts is arranged.
  • an auxiliary element serves in particular to achieve the stability of the two parts to each other, which would otherwise not be given only by an adhesive bond between the abutting surfaces of the parts to be joined.
  • An auxiliary element can therefore serve, for example, only temporarily as a contact element or supporting element in the welding process in order to guarantee the positional stability of the parts to be joined during the execution of the welded connection.
  • the two joining parts are connected to one another and to the auxiliary element.
  • the auxiliary element has the particular advantage that a recess which is produced at the end of a weld by a pin of a stirring friction tool, can be arranged in the material thickness of the auxiliary element and thus can be completely removed by the cutting removal of the Hiifsimplantations without the between the actual parts to be welded existing existing negative influence. It can be that way by means of an auxiliary element surface flush welded joints are also produced with conventional stirring reaming tools with a fixed pin.
  • two joining parts are arranged in abutment, with an adhesive being arranged between the opposite abutting sides of the joining parts.
  • Such an arrangement can be chosen, for example, if the butt-facing sides or surfaces of the joining parts provide a sufficient size to achieve sufficient absorption of the process forces and / or moments by arranging an adhesive between these surfaces / sides, without that it requires another auxiliary element.
  • the adhesive is chosen so that it is displaced during joining from the region of the compound, so the friction weld or Reibsch dockits.
  • the adhesive may be chosen to have sufficient strength in the cold temperature range to absorb the process forces, but soften the additional heat in the immediate area of the joint where the welding tool introduces the frictional heat into the adherends. that a displacement from the connection area is made possible.
  • an adhesive is arranged at a distance from the region of the subsequent connection / weld / weld point.
  • the adhesive can be arranged on one side only at a distance or else in another embodiment on both sides at a distance to a later connection, in particular a longitudinally extending connection seam. This embodiment has the advantage that a sufficient fixation of the joining parts is given relative to each other along the connection to be performed, but in the actual connection region no adhesive is present.
  • the adhesive connection between the parts to be joined takes place over the opposing abutment sides, the adhesive is at a distance from the surface of the parts to be joined, so that it lies below a submerged welding tool with friction shoulder and pin during welding the lowest end of the pin is arranged.
  • the adhesive thus has at any time during a welding process at a distance from the weld and does not affect them.
  • an adhesive in addition to the advantage of clamping tool-free fixation of the parts to each other still bring the further advantage that any gaps between the parts to be joined after Performing a weld by the adhesive can be filled and thus the adhesive seals such gaps, in particular whereby also a tendency to corrosion is reduced.
  • the adhesive can be arranged so that it enters by displacing during the friction welding in one or more remaining column.
  • the adhesive surface between two parts to be joined or a joining part and a Auxiliary part is set smaller in the direction of a connection to be performed. This method step is based on the consideration that only initially, in particular when no joining connection has yet been produced by friction welding, the forces and moments introduced by friction welding into the parts to be joined must be completely and exclusively absorbed by the adhesive.
  • At least one welding additive is arranged in the region of a later welded joint.
  • a welding additive may be contained directly in the adhesive.
  • the adhesive is also arranged directly in the connection region between two joining parts. It can thus be effected, for example, that a welding additive is introduced from the adhesive in the (stirring) friction weld and thus in the mixed materials of the two parts to be joined. For example, this can alloy the weld.
  • a welding additive to be present, for example, as a particle within the liquid adhesive, and for example as an adhesive bead or adhesive dots as a result of the application is applied simultaneously with the adhesive between two parts to be joined or a joining part and an auxiliary element.
  • a welding additive is arranged along the longitudinal extent of the adhesive tape, e.g. occupies a web region, in particular a web region between two adhesive web regions of the adhesive.
  • a welding additive is arranged along the longitudinal extent of the adhesive tape, e.g. occupies a web region, in particular a web region between two adhesive web regions of the adhesive.
  • such an adhesive tape may accordingly have a structure in which a web-shaped welding additive is surrounded on the right and left sides by adhesive areas.
  • one of the joining parts as a sheet, in particular a very thin-walled sheet or a foil, for example, is given with a thickness of less than 1 mm.
  • friction or agitation friction welding it came by touching the Reibschulter of the tool to warping of the joining part, ie in particular the thin sheet or the film due to the low stability or rigidity of the joining part and insufficient attachment of the Joining parts by the clamping tools in the area of the weld to be performed.
  • the method according to the invention now opens up the possibility here of attaching such critical adherends, such as sheets and thin foils, to one another with an adhesive, in particular in such a way that the adhesive extends completely adjacent to the subsequent weld seam, such a foil or such a thin sheet metal supported or even the adhesive is completely arranged under such a sheet or a film on the joint area. Due to this type of bonding, warping in or adjacent to the joining area can be completely avoided, and thus for the first time such particularly thin joining parts are connected to one another.
  • the method according to the invention is particularly suitable for joining metals, for example those metals which can not or only with difficulty be connected with classical welding methods, such as light metals, e.g. Aluminum or magnesium. Also alloys, such as e.g. Brass are to be welded by such a method. There is also the possibility of non-material joining parts, e.g. Aluminum and stainless steel or metal and plastic together, as well as basically non-metallic materials such. Thermoplastic plastics in the parts to be joined.
  • An adhesive may in principle be applied manually or automatically, e.g. liquid, for example as a bead, flat, punctiform or by spraying, as well as by means of an adhesive tape.
  • FIG. 1 shows in FIG. 1 a) a possibility of overlap welding, in which two parts 1 and 2 are arranged in a partially overlapping manner, wherein in the overlapping region completely, but preferably also directly in the welding region 5, i. the area in which the rubbing process is performed with a stirring-friction tool 3, an adhesive 4 is arranged.
  • This adhesive 4 may be any suitable adhesive capable of completely absorbing the forces and moments involved and thus guaranteeing the positional stability of the adherends 1 and 2 to each other during the performance of the agitation friction welding process.
  • an inserted adhesive 4 has sufficient strength even before carrying out the friction-welding or agitating friction-welded connection in order to absorb the forces and moments acting on it and thus the positional stability of the joining part 1 and 2 to secure.
  • FIG. 1b shows an arrangement with overlapping joining parts 1 and 2, in which adhesive 4 is arranged on both sides of a connection zone 5, in which the agitating friction-welded connection is made. It can be avoided so that adhesive 4 enters the welding zone 5 and in particular, no displacement of the adhesive 4 from the welding zone 5 is required.
  • FIG. 1c shows a further possibility of fixing the joining parts 1 and 2 by means of an adhesive 4, in which this adhesive 4 is arranged in the overlapping region only to one side of the joining region 5.
  • this adhesive 4 is arranged in the overlapping region only to one side of the joining region 5.
  • the adhesive may also have the advantage that a possible gap between the joining parts 1 and 2 is closed or sealed by this adhesive 4.
  • FIG. 2 shows in several illustrations the production of butt welds.
  • two joining parts 1 and 2 are abutted against each other, here with a slight, possibly unavoidable, distance of the abutting sides, wherein the joining part 1 is connected to an auxiliary element 6 by means of an adhesive 6
  • the joining part 1 and the joining part 2 are fixed relative to one another in a positionally stable manner only by means of an adhesive 4 and it is possible to weld into the joint area 5 by means of the agitating friction tool 3 perform.
  • the implementation of the welded joint may be such that only joining part 1 and 2 or even the joining part 1 and 2 and auxiliary element 6 are connected to each other.
  • the use of an auxiliary element 6 is particularly advantageous here when an adhesive bond over the relatively small-area abutment sides of the joining parts 1 and 2 is not sufficient strength of an adhesive bond between the Divide 1 and 2 would result.
  • Figure 2b shows an embodiment with two joining parts 1 and 2, which are connected at their abutting sides by means of an adhesive 4 are. It is in this embodiment by two hollow profiles with square cross-section, this example is to be understood as non-limiting.
  • a sufficient positional stability can be achieved by the adhesive 4 between the abutting sides of the joining parts 1 and 2.
  • FIG. 2c shows a variant in which two U-profiles are welded on impact and an auxiliary element 6 serves for fixing the parts to be joined.
  • the implementation of gluing and welding is otherwise equivalent to FIG. 2a).
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a possible welded joint, in which joining part 1 and joining part 2 are abutted against one another in this illustration and here again, for example, are made out as hollow profiles.
  • an auxiliary element 6 is provided overlapping the butt joint, wherein in each case between joining part 1 and auxiliary element 6 and also joining part 2 and auxiliary element 6, an adhesive 4 is applied.
  • a welded connection is made by immersing the agitating reaming tool 3 through the auxiliary member 6 through into the joining parts 1 and 2 or the butt joint of the two.
  • the adhesive 4 can be arranged such that it is arranged in the joining region or at a distance thereto.
  • the auxiliary element 6 is thus arranged between the joining parts 1 and 2 and the tool 3. It is achieved so that a welded joint between joining part 1 and 2 and auxiliary element 6 results, with the possibility of removing the auxiliary element 6 after performing the weld, which here has the advantage that any, remaining through the pin of the stirring friction tool at the end of the weld hole as well is removed and results in a flush to the parts 1 and 2 flush welded joint.

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Abstract

The invention relates to a method for the material bonding of at least two joined parts (1, 2) by means of friction welding, in particular friction stir welding, friction stir spot welding or friction stir seam welding or friction spot welding, wherein the joined parts (1, 2) to be bonded are fixed in relation to each other before the friction welding by an adhesive (4) and, during the subsequent friction welding, the forces and/or moments that occur during the bonding and tend to change the relative position of the joined parts (1, 2) in relation to each other are absorbed by the adhesive (4).

Description

VERFAHREN ZUM STOFFSCHLUSSIGEN VERBINDEN MITTELS REIBSCHWEISSEN UNTER VERWENDUNG EINES KLEBEMITTELS PROCESS FOR CONNECTIVELY CONNECTING WITH FRICTION WELDING USING AN ADHESIVE AGENT
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.The invention relates to a method for materially joining at least two joining parts by means of friction welding, in particular friction stir welding (FSW) or stirring friction point welding or friction stir welding or friction spot welding.
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.Welding techniques for integrally joining at least two parts to be joined are well known in the art. Special attention has recently been given to a process in which the energy necessary for bonding is introduced by means of a rubbing process into the parts to be joined.
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.In the context of the invention, the friction welding process is understood to mean any type of welding in which the welding energy is introduced by rubbing by means of a tool into the parts to be joined. A typical method is agitation friction welding, or stirring friction welding, in which a rotating tool comprises a substantially cylindrical member having a friction shoulder from which a pin protrudes.
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 dieserUnder rotation, the tool is pressed with its pin into the parts to be joined with great force, until the friction shoulder comes to rest on the part or parts and by the effect of rubbing enters energy into the parts to be joined, so that the material piastifiziert the joining ie softens, but does not melt. As a result of a movement of the tool along a path to be welded with respect to the parts to be joined, the pin is moved through the plasticized material of the parts to be joined and stirred in the latter
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.BESTÄTIGÜNGSKOPIE Movement of the plasticized materials of the joining parts, so that sets a cohesive connection. This method of stirring-friction welding, which can be carried out both as seam and spot welding, has received a high level of attention because it operates below the melting temperatures of the materials involved and thus high-quality joint joints can be created without serious structural changes and resulting therefrom Property changes of the material as in other welding processes.
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.The invention is equally applicable to the method of Reibpunktschweißens, which is a subspecies of the stirring Reibpunktschweißens, in which the aforementioned pin on the tool in the axial direction relative to the shoulder of the tool is displaceable. This has the particular advantage that at the end of a weld or at the point of a spot weld joint no hole remains in the parts to be joined, which is otherwise typical for the rigid-pin agitation friction welding method.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann demnach besonders bei den eingangs beschriebenen Rühr-Reibschweißverfahren sowohl mit starrem als auch mit axial beweglichem Stift eingesetzt werden.Accordingly, the method according to the invention can be used both with a rigid and with an axially movable pin, in particular in the case of the stirring-friction welding method described above.
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.It is perceived as disadvantageous in these known methods that due to the extremely high process forces, which are registered by means of the tool in the Fügeteile, the Fügeteile previously fixed by means of external clamping devices must be fixed to each other stable, so that the joining parts maintain their relative position to each other during the rubbing process , However, the use of such tensioning devices is problematic or space-constrained in some desired applications not possible, especially so that just joining parts that move in the dimensioning of the tool can not be fixed with the usual fixtures in a sufficient manner or only with extreme effort. In so-designed joint connections is usually a complex device construction for fixing the weldments necessary and for special applications, the cost of fixation can be about 1/3 of the total cost.
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.It is therefore an object of the invention to provide a method for materially bonded connection of at least two parts to be joined by friction welding, in particular the above-mentioned stirring friction welding, which makes the previously used elaborate clamping technology by means of external clamping devices in the joining area completely unnecessary.
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.The solution to this problem is inventively achieved in that the joining parts to be joined are fixed relative to each other before the friction welding by an adhesive and during the subsequent friction welding by the adhesive the forces occurring during friction welding, in particular agitating friction welding and / or moments that tend to change the relative position of the parts to each other to be completely absorbed.
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.The essential idea of the invention is thus to render the tensioning devices, which were customary in the prior art, completely dispensable for absorbing the joining forces in the seam area, for which purpose an adhesive is used. For example, it can also be achieved that joining parts can be connected to one another by the method of friction welding, in particular stirred friction welding, which according to the original known prior art could not be tensioned with the hitherto known clamping devices, in particular due to geometric restrictions. The method according to the invention therefore makes not only the usual clamping tools dispensable, but opens up further fields of application that could hitherto not be processed by the use of the usual clamping technology.
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.According to the invention, it is therefore preferred to choose an adhesive in which the adhesion forces between adhesive and adherends and / or between adhesives and auxiliary elements and the cohesive forces in Adhesives are set to be greater than the forces acting in the process of joining (friction welding) between the parts to be joined or between a joining part and an auxiliary element. Accordingly, when selecting appropriate adhesives, tensioning tools previously used are dispensable since the forces acting on are completely removed by the adhesive and thus the parts to be joined remain stable in position during the implementation of a connection by friction welding, in particular stirring friction welding.
Grundsätzlich können bei diesem Verfahren sämtliche Klebemittel eingesetzt werden, die geeignet sind, die beim Schweißprozess entstehenden Kräfte und Momente aufzunehmen.In principle, all adhesives which are suitable for absorbing the forces and moments arising during the welding process can be used in this process.
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.This may be, for example, two-component adhesives, which would however be associated with a disadvantage in that they require a certain setting time in order to achieve sufficient strength and thus are suitable for taking up forces and moments only after this minimum required time.
Der Einsatz reaktiver Klebstoffe, wie beispielsweise vonThe use of reactive adhesives, such as from
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.Two-component adhesives, however, can continue to offer advantages, namely, if by the registered by the friction process welding such a reactive adhesive and thus the connection between the joining parts, which is given in addition to the pure Reibschweißverbindung also by the adhesive, a particularly high stability.
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 a particularly preferred application, for example, pressure-sensitive adhesives or contact adhesives can be used, for example as an adhesive tape or in liquid form between the parts to be joined or a joining part and an auxiliary element, wherein such pressure-sensitive adhesives or contact adhesives reach their necessary initial strength immediately immediately when joining the parts to be bonded. According to the invention, it can be provided in one embodiment, for example, two joining parts to arrange each other at least partially overlapping, wherein an adhesive, for example a liquid adhesive or an adhesive in the form of an adhesive tape, in the overlapping region of the joining parts is arranged.
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 another embodiment, it may also be provided to abut two joining parts, wherein an adhesive between a first joining part and an auxiliary element and between a second joining part and a, preferably the same auxiliary element is arranged. Here, an auxiliary element serves in particular to achieve the stability of the two parts to each other, which would otherwise not be given only by an adhesive bond between the abutting surfaces of the parts to be joined. An auxiliary element can therefore serve, for example, only temporarily as a contact element or supporting element in the welding process in order to guarantee the positional stability of the parts to be joined during the execution of the welded connection.
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 conjunction with an auxiliary element, it can therefore be provided that this is not involved in the welding process itself, so only the two joining parts, which are interconnected by the auxiliary element, are connected by the method of friction welding.
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 another embodiment, it may also be provided that the two joining parts are connected to one another and to the auxiliary element. In such an embodiment, it may for example also be provided in addition that an auxiliary element is removed by machining after performing the welding operation. Here, the auxiliary element has the particular advantage that a recess which is produced at the end of a weld by a pin of a stirring friction tool, can be arranged in the material thickness of the auxiliary element and thus can be completely removed by the cutting removal of the Hiifselementes without the between the actual parts to be welded existing existing negative influence. It can be that way by means of an auxiliary element surface flush welded joints are also produced with conventional stirring reaming tools with a fixed pin.
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.In a further arrangement, it can also be provided that two joining parts are arranged in abutment, with an adhesive being arranged between the opposite abutting sides of the joining parts. Such an arrangement can be chosen, for example, if the butt-facing sides or surfaces of the joining parts provide a sufficient size to achieve sufficient absorption of the process forces and / or moments by arranging an adhesive between these surfaces / sides, without that it requires another auxiliary element.
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.In all of these aforementioned embodiments and especially in the at least partially overlapping welding of two parts to be joined, it may be provided in a possible application that an adhesive is arranged below / below the later joining seam / the later joining point. In such a method, therefore, the adhesive is directly in the region of the subsequent connection, so it can be made in particular in an overlapping welding through the adhesive through the welded joint.
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.It is felt to be particularly advantageous if the adhesive is chosen so that it is displaced during joining from the region of the compound, so the friction weld or Reibschweißpunktes. For example, the adhesive may be chosen to have sufficient strength in the cold temperature range to absorb the process forces, but soften the additional heat in the immediate area of the joint where the welding tool introduces the frictional heat into the adherends. that a displacement from the connection area is made possible. In another embodiment, it may also be provided that an adhesive is arranged at a distance from the region of the subsequent connection / weld / weld point. For example, here the adhesive can be arranged on one side only at a distance or else in another embodiment on both sides at a distance to a later connection, in particular a longitudinally extending connection seam. This embodiment has the advantage that a sufficient fixation of the joining parts is given relative to each other along the connection to be performed, but in the actual connection region no adhesive is present.
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.In particular, in the case of butt welding, it may be provided that, when the adhesive connection between the parts to be joined takes place over the opposing abutment sides, the adhesive is at a distance from the surface of the parts to be joined, so that it lies below a submerged welding tool with friction shoulder and pin during welding the lowest end of the pin is arranged. The adhesive thus has at any time during a welding process at a distance from the weld and does not affect them.
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.Just here, and in principle in all applications in which an adhesive is used for fixing the joining parts relative to each other, an adhesive in addition to the advantage of clamping tool-free fixation of the parts to each other still bring the further advantage that any gaps between the parts to be joined after Performing a weld by the adhesive can be filled and thus the adhesive seals such gaps, in particular whereby also a tendency to corrosion is reduced. In this case, the adhesive can be arranged so that it enters by displacing during the friction welding in one or more remaining column.
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.In one embodiment of the invention, it may be provided that the adhesive surface between two parts to be joined or a joining part and a Auxiliary part is set smaller in the direction of a connection to be performed. This method step is based on the consideration that only initially, in particular when no joining connection has yet been produced by friction welding, the forces and moments introduced by friction welding into the parts to be joined must be completely and exclusively absorbed by the adhesive.
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.However, if a first portion of a Reibschweiß- in particular a stirring Reibschweißverbindung already formed, so this contributes already partially welded portion for force and moment recording with, so that accordingly the forces and moments no longer need to be completely absorbed by the adhesive alone. There is therefore the possibility of reducing the adhesive surface in the direction of a connection to be made, for example a weld, which means that the adhesive area in the welding direction can be reduced while the adhesive layer thickness remains the same.
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.In another application, it may also be provided that, together with an adhesive, at least one welding additive is arranged in the region of a later welded joint. For example, such a welding additive may be contained directly in the adhesive. In such an arrangement, it can be provided, for example, as described above, that the adhesive is also arranged directly in the connection region between two joining parts. It can thus be effected, for example, that a welding additive is introduced from the adhesive in the (stirring) friction weld and thus in the mixed materials of the two parts to be joined. For example, this can alloy the weld.
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.In the case of a liquid adhesive, provision can be made, for example, for a welding additive to be present, for example, as a particle within the liquid adhesive, and for example as an adhesive bead or adhesive dots as a result of the application is applied simultaneously with the adhesive between two parts to be joined or a joining part and an auxiliary element.
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.When using an adhesive in the form of an adhesive tape or liquid adhesive it may be provided that a welding additive is arranged along the longitudinal extent of the adhesive tape, e.g. occupies a web region, in particular a web region between two adhesive web regions of the adhesive. Thus, such an adhesive tape may accordingly have a structure in which a web-shaped welding additive is surrounded on the right and left sides by adhesive areas. An arrangement can thus be achieved in which such an inventive adhesive tape is arranged between two parts to be joined, for example in the case of overlapping joining or also between a joining part and an auxiliary element, namely e.g. in such a way that the adhesive areas connect the parts to be joined or the joining part with the auxiliary element and the web area of the welding additive comes to lie directly in or below the later connecting area of the joining parts. Thus, a welding additive from such an adhesive tape can be entered directly into the weld, without the adhesive portion of such an adhesive tape influencing the quality of the welded joint.
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.The inventive method, as described above, not only conventional clamping tools are unnecessary, but it also opens up applications that were previously not available with the usual clamping tools.
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.For example, there is the possibility of one of the joining parts as a sheet, in particular a very thin-walled sheet or a foil, for example, is given with a thickness of less than 1 mm. Here was the disadvantage of the known in the prior art friction or agitation friction welding that it came by touching the Reibschulter of the tool to warping of the joining part, ie in particular the thin sheet or the film due to the low stability or rigidity of the joining part and insufficient attachment of the Joining parts by the clamping tools in the area of the weld to be performed.
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.The method according to the invention now opens up the possibility here of attaching such critical adherends, such as sheets and thin foils, to one another with an adhesive, in particular in such a way that the adhesive extends completely adjacent to the subsequent weld seam, such a foil or such a thin sheet metal supported or even the adhesive is completely arranged under such a sheet or a film on the joint area. Due to this type of bonding, warping in or adjacent to the joining area can be completely avoided, and thus for the first time such particularly thin joining parts are connected to one another.
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.The method according to the invention is particularly suitable for joining metals, for example those metals which can not or only with difficulty be connected with classical welding methods, such as light metals, e.g. Aluminum or magnesium. Also alloys, such as e.g. Brass are to be welded by such a method. There is also the possibility of non-material joining parts, e.g. Aluminum and stainless steel or metal and plastic together, as well as basically non-metallic materials such. Thermoplastic plastics in the parts to be joined.
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.An adhesive may in principle be applied manually or automatically, e.g. liquid, for example as a bead, flat, punctiform or by spraying, as well as by means of an adhesive tape.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die dabei genutzten Anordnungen der Fügeteile und Klebemittel zueinander wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:The method according to the invention as well as the arrangements of the parts to be joined and adhesives used in this case will be explained in more detail with reference to the following figures. Show it:
Figur 1 ÜberlappschweißungenFigure 1 overlap welds
Figur 2 Stoßschweißungen Figur 3 OrbitalschweißungenFigure 2 butt welds FIG. 3 orbital welds
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.FIG. 1 shows in FIG. 1 a) a possibility of overlap welding, in which two parts 1 and 2 are arranged in a partially overlapping manner, wherein in the overlapping region completely, but preferably also directly in the welding region 5, i. the area in which the rubbing process is performed with a stirring-friction tool 3, an adhesive 4 is arranged.
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.This adhesive 4 may be any suitable adhesive capable of completely absorbing the forces and moments involved and thus guaranteeing the positional stability of the adherends 1 and 2 to each other during the performance of the agitation friction welding process.
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.It is essential here, as in principle in all conceivable method steps according to the invention, that an inserted adhesive 4 has sufficient strength even before carrying out the friction-welding or agitating friction-welded connection in order to absorb the forces and moments acting on it and thus the positional stability of the joining part 1 and 2 to secure.
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.In the case of FIG. 1a), it is therefore such that by carrying out the stirring / friction-welding connection with the tool 3, the adhesive 4 can be displaced out of a connection region 5 without being thermally damaged. A thermal damage can be avoided here in particular because the friction energy is only sufficient to achieve a plastification of the involved joining parts 1 and 2, but a melting is avoided. The resulting temperature during joining is low enough to avoid damage to the adhesive 4.
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.On the other hand, FIG. 1b) shows an arrangement with overlapping joining parts 1 and 2, in which adhesive 4 is arranged on both sides of a connection zone 5, in which the agitating friction-welded connection is made. It can be avoided so that adhesive 4 enters the welding zone 5 and in particular, no displacement of the adhesive 4 from the welding zone 5 is required.
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.FIG. 1c) shows a further possibility of fixing the joining parts 1 and 2 by means of an adhesive 4, in which this adhesive 4 is arranged in the overlapping region only to one side of the joining region 5. Such an arrangement may be advantageous if, for example, the joint connection 5 is to be carried out close to one of the joining parts 1 or 2. Here, as well as in all other variants of the method, the adhesive may also have the advantage that a possible gap between the joining parts 1 and 2 is closed or sealed by this adhesive 4.
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.FIG. 2 shows in several illustrations the production of butt welds. Here, in an embodiment according to FIG. 2 a, it can be provided, for example, that two joining parts 1 and 2 are abutted against each other, here with a slight, possibly unavoidable, distance of the abutting sides, wherein the joining part 1 is connected to an auxiliary element 6 by means of an adhesive 6 As a result of the auxiliary element 6, the joining part 1 and the joining part 2 are fixed relative to one another in a positionally stable manner only by means of an adhesive 4 and it is possible to weld into the joint area 5 by means of the agitating friction tool 3 perform. Here, the implementation of the welded joint may be such that only joining part 1 and 2 or even the joining part 1 and 2 and auxiliary element 6 are connected to each other. The use of an auxiliary element 6 is particularly advantageous here when an adhesive bond over the relatively small-area abutment sides of the joining parts 1 and 2 is not sufficient strength of an adhesive bond between the Divide 1 and 2 would result.
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 contrast, Figure 2b shows an embodiment with two joining parts 1 and 2, which are connected at their abutting sides by means of an adhesive 4 are. It is in this embodiment by two hollow profiles with square cross-section, this example is to be understood as non-limiting.
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.In this embodiment, a sufficient positional stability can be achieved by the adhesive 4 between the abutting sides of the joining parts 1 and 2. In this case, provision may be made for the adhesive 4 (not illustrated here) to be arranged at a distance from the connection region 5 such that the upper edge of the adhesive 4 lies below the immersed pen tip of the stirring tool 3. It is also possible, as shown here, apply the adhesive 4 over the entire surface over the entire impact surface, if the presence of an adhesive in the connection region 5 is not considered to be disadvantageous.
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)FIG. 2c) shows a variant in which two U-profiles are welded on impact and an auxiliary element 6 serves for fixing the parts to be joined. The implementation of gluing and welding is otherwise equivalent to FIG. 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.FIG. 3 shows a further embodiment of a possible welded joint, in which joining part 1 and joining part 2 are abutted against one another in this illustration and here again, for example, are made out as hollow profiles. Regardless of the type of embodiment of the joining parts 1 and 2, it may be provided that an auxiliary element 6 is provided overlapping the butt joint, wherein in each case between joining part 1 and auxiliary element 6 and also joining part 2 and auxiliary element 6, an adhesive 4 is applied.
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. In this embodiment, a welded connection is made by immersing the agitating reaming tool 3 through the auxiliary member 6 through into the joining parts 1 and 2 or the butt joint of the two. In this case, the adhesive 4 can be arranged such that it is arranged in the joining region or at a distance thereto. The auxiliary element 6 is thus arranged between the joining parts 1 and 2 and the tool 3. It is achieved so that a welded joint between joining part 1 and 2 and auxiliary element 6 results, with the possibility of removing the auxiliary element 6 after performing the weld, which here has the advantage that any, remaining through the pin of the stirring friction tool at the end of the weld hole as well is removed and results in a flush to the parts 1 and 2 flush welded joint.

Claims

Patentansprüche claims
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.1. A method for cohesive joining of at least two joining parts (1, 2) by friction welding, in particular stirring friction welding or stirring Reibpunktschweißen or stirring Reibnahtschweißen or Reibpunktschweißen, characterized in that the joining parts to be joined (1, 2) before the friction welding an adhesive (4) are fixed relative to one another and during the subsequent friction welding by the adhesive (4) the forces occurring during connection and / or moments which tend to change the relative position of the joining parts (1, 2) to each other, are collected.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die2. The method according to claim 1, characterized in that the
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).Adhesive forces between adhesive (4) and adherends (1, 2) and / or at least one auxiliary element (6) and the cohesive forces in the adhesive (4) are set to be greater than the forces acting in the process of joining forces between the joining parts (1, 2) or between a joining part (1, 2) and at least one auxiliary element (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.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that two joining parts (1,2) are arranged overlapping each other, wherein an adhesive (4) in the overlapping region of the joining parts (1, 2) is arranged.
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. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that two joining parts (1, 2) are arranged in abutment, wherein an adhesive (4) between a first joining part (1) and an auxiliary element (6) and between a second joining part ( 2) and the same auxiliary element (6) is arranged, in particular wherein only the two joining parts (1, 2) are interconnected.
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.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that two joining parts (1, 2) are arranged in abutment, wherein an adhesive (4) between the opposite abutting sides of the joining parts (1, 2) is arranged.
6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein6. The method according to claim 3 to 5, characterized in that a
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.Adhesive (4) is arranged below / below the subsequent joining seam (5) / the subsequent joining point, in particular wherein the joining of the joining parts (1, 2) through the adhesive (4) is carried out.
7. Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das7. The method according to claim 3 to 6, characterized in that the
Klebemittel (4) beim Verbinden aus dem Bereich der Verbindung (5) verdrängt wird.Adhesive (4) is displaced upon connection from the region of the compound (5).
8. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein8. The method according to claim 3 to 5, characterized in that a
Klebmittel (4) in einem Abstand zum Bereich der späteren Verbindung (5), insbesondere zu einer oder beiden Seiten einer späteren Verbindungsnaht (5) angeordnet wird.Adhesive (4) is arranged at a distance from the region of the subsequent connection (5), in particular to one or both sides of a later connecting seam (5).
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) .9. The method according to claim 4, characterized in that the two joining parts (1, 2) with each other and with the auxiliary element (6), in particular with a tool (3) from the side of the auxiliary element (6) are connected, in particular after joining the auxiliary element (6) is removed by cutting, in particular up to a level / height of the joining parts (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.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface between two parts to be joined (1, 2) or a joining part (1, 2) and an auxiliary part (6) in the direction of the connection to be performed (5) is set smaller.
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.11.Verfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the joining parts (1, 2) is a sheet or a film, in particular with a thickness of less than 1 mm.
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.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that together with an adhesive (4) at least one welding additive is arranged in the region of a later connection (5), in particular a welding additive which is contained in the adhesive (4).
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.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as adhesive (4) a pressure-sensitive adhesive or contact adhesive is used as an adhesive tape or in liquid form.
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. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as adhesive (4) a reactive adhesive is used, which cures by introducing the frictional heat during bonding.
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