WO2023272318A1 - Verfahren zum verbinden übereinander angeordneter bauteile, verbundbauteil sowie vorrichtung zur durchführung eines entsprechenden verfahrens - Google Patents

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WO2023272318A1
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stir welding
components
opening
welding tool
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PCT/AT2022/060100
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Paul Alois JARITZ
Mario Leitner
Thomas Weinberger
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Stirtec Gmbh
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    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/38—Conductors

Definitions

  • the invention relates to a method for connecting components arranged one above the other by friction stir welding, the components being clamped by a clamping device having an opening, after which the components are connected by means of a friction stir welding tool which protrudes through the opening and rotates about an axis.
  • the invention further relates to a composite component, having an upper component and a lower component, which are connected by friction stir welding.
  • the invention relates to a device for connecting two components by friction stir welding, having a friction stir welding tool that can be rotated about an axis and a clamping device with an opening.
  • a disadvantage of the methods and devices known from the prior art is that an upper component must always be designed larger than the opening of a clamping device through which opening the friction stir welding tool is guided to the components to be connected, since otherwise there is no stable clamping of the components to be connected is made possible by means of the clamping device.
  • the object of the invention is to specify a method of the type mentioned at the outset, with which components which are arranged one above the other can also be welded to one another by friction stir welding, with an upper component being particularly small or having a very small extent in at least one direction.
  • a corresponding composite component should also be specified.
  • the object of the invention is to specify a device for carrying out a corresponding method.
  • the first object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset, in which an upper component arranged on a lower component protrudes through a groove on an underside of the clamping device along an insertion direction into the opening and is at least partially fixed by means of the groove during friction stir welding .
  • the groove usually extends into the clamp from an underside of the clamp but does not normally reach the top, although an arrangement in which the groove extends from the underside of the clamp to the top of the clamp is also possible.
  • wires can also be welded to plate-shaped components with a method according to the invention, which is advantageous, for example, for applications in the field of electromobility, especially since a very favorable electrical connectivity is achieved by a friction stir welded connection.
  • the upper component does not completely fill the opening in a plan view and in particular a bottom edge of the Clamping device does not rest completely on the upper component.
  • a lateral sealing of a plasticization zone is achieved by a corresponding contact of the bottom edge of the clamping device, which prevents plasticized material from escaping laterally from the opening.
  • a corresponding seal is also made possible in the case of smaller upper components.
  • the bottom edge of the opening can be in contact with the upper component in the area of the groove and in contact with the lower component in the area outside the groove in order to laterally seal the plasticization zone during welding and to fix the components to be connected during friction stir welding.
  • the upper component is preferably made to have an extent in a direction normal to the axis and normal to the direction of insertion which is the same as or less than a diameter of the opening.
  • the groove is usually formed with appropriate dimensions normal to the direction of insertion and normal to the axis, which is also equal to or smaller than a diameter of the opening.
  • the groove is usually made larger than the upper component, although a groove with a cross section that is smaller than a cross section of the upper component is also possible in principle. In such a case, the upper component can be clamped in the groove by the clamping device and deformed elastically and/or plastically.
  • an upper component having a plurality of individual parts, in particular stranded wires is used.
  • a conductor consisting of thin individual wires, a wire rope or the like can be connected to a lower component such as a metal plate or the like.
  • a corresponding connection can be used, for example, as an electrical connection in an electric vehicle.
  • the upper component and/or the lower component has a coating which is thermally decomposed by the friction stir welding and/or is stirred into an area of a connection between the upper component and the lower component.
  • a mechanical and electrical quality of the connection can be influenced and in particular increased in a simple manner.
  • the lower component can be formed by a galvanized sheet steel and the upper component by a magnesium mold steel, the galvanizing and the magnesium mold steel being mixed in a joining zone or plasticizing zone.
  • the upper component protrudes on the one hand out of the groove and on the other hand out of the opening, after which it is upset by moving the friction stir welding tool into the opening, after which the upper component is joined by friction stir welding to the lower component is connected.
  • This has proven particularly useful for connecting non-precompacted bundles of strands, which can form an upper component, to a plate-shaped component, which can form a lower component.
  • the components are additionally connected by ultrasonic welding, with the friction stir welding tool, the clamping device and/or a separate component acting as a sonotrode.
  • the components can then be connected equally by friction stir welding and by ultrasonic welding.
  • a sonotrode is a component through which high-frequency mechanical vibrations are applied to components, with which mechanical vibrations the components to be connected are possibly set into resonance vibrations in order to achieve contacting and connection.
  • the sonotrode thus provides a mechanical connection of a Vibration generator, in particular an ultrasonic generator, to components to be connected.
  • the sonotrode can be formed by a separate component, by the clamping device and/or the friction stir welding tool. If necessary, only the pin or only the sleeve of the friction stir welding tool can also act as a sonotrode in order to achieve a connection of the components in parallel by friction stir welding and by ultrasonic welding.
  • the vibrations applied with the sonotrode particularly preferably have a frequency of more than 1 kHz, in particular more than 20 kHz, although lower frequencies are also possible in principle.
  • a method according to the invention can be used to connect a wide variety of materials. It is preferably provided that components with different melting temperatures are used or that the method is used to connect components with different melting temperatures to one another. Of course, the method can also be used to connect components made of similar or the same materials, for example materials made of Cu-ETB.
  • the friction stir welding tool can be made of one or more of the materials steel,
  • the friction stir welding tool is coated on the surface, in particular with DLC, TiN, TiAIN, AITiN and the like.
  • Pin and sleeve are thus, for example, at a distance from one another in the axial direction, with the pin protruding opposite the sleeve and forming a pin in the sense of a conventional friction stir welding tool, are moved in the same direction and rotating at the same speed axially onto the upper of the components arranged one above the other and onto the upper component is pressed, whereby first the upper component and subsequently also the lower component are plasticized.
  • the pin and sleeve can also be pressed onto the upper component without an axial spacing or with a spacing with the sleeve protruding in relation to the pin.
  • pin and sleeve are at an axial distance from one another during plasticization or at the start of friction stir welding, and also regardless of whether the pin or sleeve protrudes further axially, it is preferred after plasticization of the components to be connected and before cooling of the plasticization zone
  • the pin and sleeve are moved axially in such a way that they are no longer at a distance from one end of the friction stir welding tool that is in contact with the upper component, or the ends of the pin and sleeve are approximately in one plane.
  • the pin and sleeve are then pulled out of the opening of the clamping device in a rotating manner and without any spacing relative to one another in the axial direction, so that the composite component formed from the upper component and the lower component during friction stir welding does not have an end hole.
  • material is fed to a plasticizing zone during the friction stir welding, in particular via the opening and/or the groove.
  • a cross section of the groove is at least slightly larger than a cross section of the upper component, so that material can be fed to the groove via a free cross section.
  • the additionally supplied material is supplied through an additional opening in the clamping device.
  • the material fed to the plasticizing zone ie a zone in which the components to be joined are plasticized by the friction stir welding tool basically any suitable material in any form.
  • the material can also be fed in via a wire feed or in solid form, preferably in the form of a thin flake or a so-called billet, can be inserted into an area that is plasticized during the friction stir welding.
  • the billet can be inserted into the opening or between the components to be connected in order to stir in this material.
  • material is supplied in powder form in order to achieve particularly advantageous properties by distributing the powder in the plasticizing zone.
  • the material supplied can correspond to the components to be connected in terms of properties such as conductivity, strength, elasticity and the like. However, it can also be provided that material that differs from the components to be connected and has significantly different properties, for example with regard to electrical conductivity, hardness, strength, intermetallic phases and the like, is supplied in order to influence properties of the connection in a targeted manner.
  • a corresponding composite component is characterized in particular by the fact that two components are connected, which can consist of a wide variety of materials, with one of the components being able to have a particularly small cross section.
  • the composite component has an upper component and a lower component, which are connected by friction stir welding, with the upper component being formed by a stranded cable.
  • the clamping device has a groove on an underside, with which groove an upper component arranged on a lower component and protruding up to the opening can be fixed so that the upper component is connectable to the lower component by means of the friction stir welding tool positioned in the opening. Due to the bottom groove in the clamping device, a sealing of a plasticizing zone or a joining zone on the bottom side in the opening is also possible if the upper component has a smaller cross section than the opening or does not completely fill the opening.
  • an outside diameter of the friction stir welding tool corresponds to a diameter of the opening, with a diameter of the opening in particular being 0.01 mm to 5 mm larger than an outside diameter of the friction stir welding tool.
  • the clamping device can be designed, for example, as a plate or as a ring, with the opening usually having a circular cross section which corresponds to a cross section or an outer contour of the friction stir welding tool.
  • a method according to the invention can be carried out with any desired friction stir welding tool, ie also with a one-piece friction stir welding tool with a pin and a shoulder.
  • the friction stir welding tool In order to produce a connection without an end hole, however, it is particularly preferred for the friction stir welding tool to have a pin that can be moved relative to a sleeve. The pin and sleeve can then be moved in translation relative to each other in the direction of the axis, so that a smooth surface without an end hole can be achieved by pulling back the pin or sleeve while the upper component is plasticized. Such a surface is particularly advantageous for achieving a favorable electrical resistance.
  • the pin can be positioned in a through hole in the sleeve.
  • the sleeve can then be designed, for example, as a hollow cylinder, with the pin being arranged in a through bore of the hollow cylinder.
  • an outer diameter of the pin usually corresponds to an inner diameter of the hollow-cylindrical sleeve in order to prevent penetration of plasticized material during friction stir welding in an area between the sleeve and the pin.
  • a vibration generator with which high-frequency mechanical vibrations, in particular vibrations with a frequency of more than 1 kHz, preferably more than 20 kHz, particularly preferably ultrasonic vibrations, can be generated is preferably provided, with a sonotrode being provided with which the high-frequency mechanical vibrations the components to be connected are transferrable.
  • the components can then be connected both by friction stir welding and by ultrasonic welding in order to achieve both a favorable mechanical connection and an advantageous electrical connection.
  • the sonotrode can be formed by any component which is connected to the vibration generator on the one hand and to the components to be connected on the other hand. It is particularly favorable if the sonotrode is formed by the clamping device and/or the friction stir welding tool, in particular the pin and/or the sleeve. In any case, these components are in mechanical contact with the components to be connected, which is why a particularly good transmission of the vibrations is achieved here. Moreover, it has been shown that a surprisingly favorable mechanical and equally electrical connection between the components to be connected can be achieved by the transmission of high-frequency vibrations generated by a vibration generator, in particular an ultrasonic generator, with simultaneous friction stir welding.
  • a machine table is preferably provided, against which the components can be pressed during the friction stir welding. As a result, an axial force can be applied in a stable and robust manner, which is advantageous for plasticizing the components.
  • a spindle is usually provided, with which at least part of the friction stir welding tool can be rotated about the axis relative to the machine table.
  • the sleeve and pin are driven at the same speed and in the same direction of rotation, so that in principle one spindle can be sufficient to weld the sleeve and To set the pin in a rotational movement around the axis.
  • the sleeve and the pin are driven independently of one another.
  • two spindles can be provided for this purpose, which can be arranged coaxially in order to drive the sleeve and pin independently of one another.
  • the spindle can either be connected to the machine frame or designed to be movable relative to the machine table by a separate device, in particular a robot.
  • a separate device in particular a robot.
  • this or another robot in particular welding tongs
  • the pin and sleeve or the entire friction stir welding tool can generally be moved relative to the components to be connected independently of the clamping device.
  • a linear drive is preferably provided, with which the friction stir welding tool can be moved translationally along the axis relative to the machine table.
  • the friction stir welding tool can be moved translationally in all spatial directions by means of a corresponding drive, in order to be able to connect components to one another at different positions on the machine table.
  • a linear drive can be provided with which the clamping device can be moved translationally along the axis relative to the machine table in order to fix the components relative to the machine table.
  • a structurally equally simple and robust device results when a machine frame is provided, via which the friction stir welding tool is connected to the machine table, the machine frame being movable relative to the machine table.
  • the machine frame can be movable in a translatory manner relative to the machine table, for example in three spatial directions.
  • the machine frame together with the friction stir welding tool and the clamping device can be moved translationally in the axial direction or in the direction of the axis relative to the machine table in order in particular to press the clamping ring against the components to be connected.
  • the friction stir welding tool can in turn be connected to the machine frame so that it can rotate about the axis and be movable in the axial direction, so that the components to be connected are first clamped by means of the clamping device and then connected to one another by moving the friction stir welding tool in the axial direction relative to the clamping device.
  • a control device with a data processing device is preferably provided for controlling the individual drives, in particular for controlling the spindle, linear drive and machine frame.
  • 1 shows a device for producing an endless friction stir welded connection
  • 2 shows a device
  • FIG. 6 shows a device according to the invention in a sectional view; 7a to 7e components for a method according to the invention;
  • FIG. 1 shows a device of the prior art for producing a friction stir welded joint without an end hole or for carrying out a so-called Refi 11-Friction-Sti r-Spot-Welding process.
  • a corresponding device has a machine table 14, on which the components 1, 2 to be connected are positioned, which according to the prior art, as shown, are usually designed as plates.
  • the device also has a machine frame 15 that can be moved relative to the machine table 14 and in which a friction stir welding tool is arranged so that it can be moved in a translatory manner along an axis 6 and can be rotated about the axis 6 .
  • the friction stir welding tool has an approximately cylindrical central pin 12 and a sleeve 11 formed by a hollow cylinder, which encloses the pin 12 .
  • the pin 12 and sleeve 11 can thus form the pin and shoulder of the friction stir welding tool, with the pin 12 being movable relative to the sleeve 11 here, in contrast to a one-piece conventional friction stir welding tool.
  • the pin 12 can be pulled back into the sleeve 11 to such an extent that the pin 12 and sleeve 11 as shown in FIG.
  • a clamping device 5 formed here by a clamping ring movably connected to the machine frame 15 is provided, which encloses the friction stir welding tool and laterally seals a plasticizing zone at a lower end of the friction stir welding tool during the process.
  • the clamping device 5 is thus also designed as a hollow cylinder here, with the friction stir welding tool being arranged in a central opening 3 of this hollow cylinder.
  • the clamping ring is first placed on an upper component 2, after which the friction stir welding tool, which can be moved translationally along the axis 6 relative to the machine frame 15 and is formed by the pin 12 and sleeve 11, is lowered into the opening 3 and rotated about the axis 6 in the process , in order to connect the components 1, 2 to one another by friction stir welding.
  • the friction stir welding tool which can be moved translationally along the axis 6 relative to the machine frame 15 and is formed by the pin 12 and sleeve 11, is lowered into the opening 3 and rotated about the axis 6 in the process , in order to connect the components 1, 2 to one another by friction stir welding.
  • such a device is not suitable for connecting components 1, 2 to one another in which an upper component 2 has the opening 3 of the Clamping device 5 is not completely filled, especially since otherwise no sealing of the plasticizing zone 13 would be guaranteed.
  • a groove 7 is provided on an underside 16 of the clamping device 5 in a device shown in FIG.
  • the clamping device 5 can lie flat on the side of the upper component 2 on the lower component 1 and thus seal the plasticization zone 13 well, so that a stable connection can be achieved even if the upper component 2 has a smaller cross section than the opening 3.
  • the upper component 2 can be inserted here along an insertion direction 8 into the groove 7 and has an extension 9 in a transverse direction, which is normal to the insertion direction 8 and normal to the axis 6 , which is smaller than a diameter 10 of the opening 3 .
  • FIG. 3a to 3f show different process states of a process according to the invention using the device shown in FIG.
  • a machine table 14 is also provided here, on which the components 1, 2 to be connected are pressed, with the clamping device 5 and the friction stir welding tool, which is also formed here by a central pin 12 and a sleeve 11 surrounding the pin 12, being moved via a non-illustrated and relative to the Machine table 14 movable machine frame 15 are movable.
  • the upper component 2 is first positioned on the lower component 1 , after which the upper component 2 is clamped in the groove 7 by a translational displacement of the clamping device 5 along the axis 6 .
  • the upper component 2 can also be plastically or elastically deformed in the groove 7 so that the upper component 2 can also completely fill the groove 7 .
  • a groove base thus rests on the upper component 2 and the side surfaces of the groove lie laterally on the upper component 2 .
  • a bottom surface or underside 16 of the clamping device 5 lies flat on the lower component 1 in the process states illustrated in FIGS. 3b to 3d.
  • pin 12 and sleeve 11 are moved together along axis 6 downwards.
  • pin 12 and sleeve 11 which usually at the same speed and rotate about the axis 6 in the same direction of rotation, the components 1, 2 to be connected are heated and plastically deformed, so that a plasticization zone 13 is formed.
  • the sleeve 11 is further lowered along the direction of the axis 6 and the pin 12 is slightly raised in the opposite direction, so that the upper component 2 is connected to the lower component 1 by friction stir welding.
  • the relative displacement of pin 12 and sleeve 11 forms a cavity or hollow space below pin 12 and in sleeve 11, into which cavity the plasticized material is moved, so that the cavity is filled by the plasticized material.
  • the clamping device 5 together with the friction stir welding tool formed by the sleeve 11 and the pin 12 are raised, as a result of which the connection as shown in FIG. 3f is completed.
  • the result is a composite component 4 which has the upper component 2 connected to the lower component 1, the connection being end-hole-free. This achieves favorable mechanical and electrical properties.
  • FIGS. 4a to 4e show another method according to the invention, which is implemented essentially analogously to the method steps shown in FIGS. 3a to 3f.
  • the sleeve 11 is not lowered and the pin 12 raised to form the friction stir welded connection, but rather the pin 12 is lowered and the sleeve 11 raised in exactly the opposite way, as can be seen in FIG. 4c.
  • the cavity is thus formed here to the side of the pin 12 and below the sleeve 11 and not inside the sleeve 11 as shown in FIG. 3c.
  • sleeve 11 and pin 12 thus form a conventional friction stir welding tool with a shoulder and pin Tool.
  • a smooth surface or a surface free of end holes is achieved in a subsequent process step by moving the pin 12 and sleeve 11 in the axial direction in such a way that they form an essentially flat plane at the end, while the upper component 2 is still being heated or cooled. is deformable, as can be seen from the plasticizing zone 13 also shown in FIG. 4d.
  • the friction stir welding tool together with the clamping device 5 is lifted again by means of a machine frame 15 (not shown), as can be seen in FIG. 4e.
  • a composite component 4 with a surface free of end holes is also achieved here in the area of the friction stir welded connection.
  • the clamping device 5 shows a further device according to the invention.
  • the clamping device 5 is not formed by a clamping ring but by a clamping plate, which in turn has an opening 3 at the head and a groove 7 that projects into an area of the opening 3. through which groove 7 an upper component 2 with a smaller cross section than the opening 3 can be inserted into the area of the opening 3 .
  • FIG. 6 shows a sectional view through a device according to the invention according to FIG. 5 during the implementation of a method according to the invention, the upper component 2 being formed by a stranded wire bundle.
  • FIG. 6 shows a method step in which the upper component 2 formed by the bundle of strands is already fixed to the lower component 1 by the clamping device 5 before the friction stir welding tool, also formed here by the pin 12 and sleeve 11, is moved towards the connecting components 1, 2 was lowered.
  • the bundle of strands forming the upper component 2 protrudes from the opening 3 by a distance beyond the upper side 17 of the clamping device 5 .
  • FIGS. 7a to 7e show examples of components 1, 2 which can be used as upper components 2 in a method according to the invention.
  • the upper component 2 can be formed by a single component with different angular and round cross sections.
  • the upper component 2 can also be formed by a bundle of strands, in which case the bundle of strands can also have both a round and an angular cross section.
  • FIG. 8a to 8f show different process states of a process according to the invention implemented with the device shown in FIG.
  • the upper component 2 is first fixed to the lower component 1 by the clamping device 5 , with the upper component 2 and the lower component 1 being pressed against the machine table 14 .
  • sleeve 11 and pin 12 of the friction stir welding tool are lowered and rotated at the same time in order to heat and plasticize components 1, 2, whereby a plasticization zone is initially formed on the upper component.
  • a dwell time is also provided between the individual method steps can be in order to achieve good stirring of the components 1, 2 to be connected.
  • a dwell time can be provided between the method steps shown in FIGS. 8c and 8d, in which sleeve 11 and pin 12 of the friction stir tool are rotated in the corresponding axial position, optionally with the application of a constant or variable pressure in the axial direction.
  • material can be fed to the plasticizing zone 13, in which the components 1, 2 to be connected are plasticized, for example via the opening 3 or via the groove 7.
  • plasticizing zone 13 in which the components 1, 2 to be connected are plasticized, for example via the opening 3 or via the groove 7.
  • FIG. 9a to 9f show method steps of a further method according to the invention, which is implemented with the device according to the invention shown in FIG.
  • the pin 12 is lowered here and the sleeve 11 in Fig. 9c is lifted and a cavity forms on the side of the pin 12 between the pin 12, the sleeve 11 and the clamping device 5, after which in turn sleeve 11 and pin 12 are moved to the same axial position in order to achieve a flat surface.
  • the composite components 4 each have a lower component 1 formed by a copper plate and an upper component 2 formed by a stranded cable.
  • the composite component 4 has an essentially cylindrical contour in the area of the friction stir weld connection, which corresponds to a diameter 10 of the opening 3 of the clamping device 5 . It can also be seen that an end face in the region of the friction stir weld connection is designed without an end hole, which design is achieved by using the two-part friction stir welding tool formed by pin 12 and sleeve 11 .
  • connection of components 1, 2 by friction stir welding is also possible if one of the components 1, 2 has a very small cross section.
  • a composite component 4 produced in this way can be used in particular for electrical connections, with components 1 , 2 made of different materials or having different melting points also being connected can become.
  • the pin and sleeve of the friction stir welding tool usually have a melting point that is higher than a melting point of the components to be connected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden übereinander angeordneter Bauteile (1, 2) durch Rührreibschweißen, wobei die Bauteile (1, 2) durch eine eine Öffnung (3) aufweisende Klemmeinrichtung (5) geklemmt werden, wonach die Bauteile (1, 2) mittels eines durch die Öffnung (3) ragenden und um eine Achse (6) rotierenden Rührreibschweißwerkzeuges verbunden werden. Um ein Verbinden von Bauteilen (1, 2), von welchen zumindest eines mit kleinem Querschnitt ausgebildet ist, zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein auf einem unteren Bauteil (1) angeordnetes oberes Bauteil (2) durch eine Nut an einer Unterseite (16) der Klemmeinrichtung (5) entlang einer Einschubrichtung (8) in die Öffnung (3) ragt und während des Rührreibschweißens zumindest teilweise mittels der Nut fixiert wird. Weiter betrifft die Erfindung ein Verbundbauteil (4), aufweisend ein unteres Bauteil (1) und ein oberes Bauteil (2), welche durch Rührreibschweißen verbunden sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Bauteile (1, 2) durch Rührreibschweißen aufweisend ein um eine Achse (6) drehbares Rührreibschweißwerkzeug sowie eine Klemmeinrichtung (5) mit einer Öffnung (3).

Description

Verfahren zum Verbinden übereinander angeordneter Bauteile, Verbundbauteil sowie Vorrichtung zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden übereinander angeordneter Bauteile durch Rührreibschweißen, wobei die Bauteile durch eine eine Öffnung aufweisende Klemmeinrichtung geklemmt werden, wonach die Bauteile mittels eines durch die Öffnung ragenden und um eine Achse rotierenden Rührreibschweißwerkzeuges verbunden werden.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verbundbauteil, aufweisend ein oberes Bauteil und ein unteres Bauteil, welche durch Rührreibschweißen verbunden sind.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Bauteile durch Rührreibschweißen, aufweisend ein um eine Achse drehbares Rührreibschweißwerkzeug sowie eine Klemmeinrichtung mit einer Öffnung.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, übereinander angeordnete Bauteile durch Rührreibschweißen miteinander zu verbinden, beispielsweise durch Rührreibpunktschweißen oder sogenanntes Refill-Friction-Stir-Spot-Welding (RFSSW).
Nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist, dass ein oberes Bauteil stets größer als die Öffnung einer Klemmeinrichtung ausgebildet sein muss, durch welche Öffnung das Rührreibschweißwerkzeug zu den zu verbindenden Bauteilen geführt wird, da andernfalls kein stabiles Klemmen der zu verbindenden Bauteile mittels der Klemmeinrichtung ermöglicht ist.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem auch Bauteile durch Rührreibschweißen miteinander verschweißt werden können, welche übereinander angeordnet sind, wobei ein oberes Bauteil besonders klein ausgebildet ist bzw. in zumindest einer Richtung eine sehr geringe Erstreckung aufweist.
Weiter soll ein entsprechendes Verbundbauteil angegeben werden. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens anzugeben.
Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem ein auf einem unteren Bauteil angeordnetes oberes Bauteil durch eine Nut an einer Unterseite der Klemmeinrichtung entlang einer Einschubrichtung in die Öffnung ragt und während des Rührreibschweißens zumindest teilweise mittels der Nut fixiert wird.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass durch Einsatz einer Klemmeinrichtung mit einer Nut an einer Unterseite ein Fixieren des oberen Bauteils am unteren Bauteil auch dann auf zuverlässige Weise möglich ist, wenn das obere Bauteil besonders klein ausgebildet ist, sodass die Klemmeinrichtung einerseits flächig auf dem unteren Bauteil aufliegen kann, um ein seitliches Austreten von plastifiziertem Material zu verhindern, und andererseits durch die Nut ein kleines Bauteil in den Bereich der Öffnung eingeführt werden kann, um durch das Rührreibschweißwerkzeug, welches in die Öffnung ragt, mit dem unteren Bauteil verschweißt zu werden. Üblicherweise wird das Rührreibschweißwerkzeug während des Verfahrens translatorisch entlang der Achse bewegt, um die Bauteile aneinanderzupressen und eine günstige Verbindung zu erreichen.
Die Nut erstreckt sich üblicherweise von einer Unterseite der Klemmeinrichtung in die Klemmeinrichtung hinein, erreicht jedoch die Oberseite normalerweise nicht, wenngleich auch eine Ausbildung möglich ist, bei welcher die Nut von der Unterseite der Klemmeinrichtung bis zur Oberseite der Klemmeinrichtung ragt.
Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere auch Drähte mit plattenförmigen Bauteilen verschweißt werden, was beispielsweise für Anwendungen im Bereich der Elektromobilität vorteilhaft ist, zumal durch eine Rührreibschweißverbindung eine sehr günstige elektrische Konnektivität erreicht wird.
Im Unterschied zu herkömmlichen Rührreibpunktschweißverfahren ist es somit bei einem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, dass das obere Bauteil in einer Draufsicht die Öffnung nicht vollständig ausfüllt und insbesondere eine bodenseitige Kante der Klemmeinrichtung nicht vollständig am oberen Bauteil aufliegt. Durch einen entsprechenden Kontakt der bodenseitigen Kante der Klemmeinrichtung wird bei Verfahren des Standes der Technik eine seitliche Abdichtung einer Plastifizierungszone erreicht, wodurch verhindert wird, dass plastifiziertes Material seitlich aus der Öffnung austritt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist eine entsprechende Abdichtung auch bei kleineren oberen Bauteilen ermöglicht. So kann die bodenseitige Kante der Öffnung im Bereich der Nut in Kontakt mit dem oberen Bauteil und im Bereich außerhalb der Nut in Kontakt mit dem unteren Bauteil sein, um die Plastifizierungszone während des Schweißens seitlich abzudichten und die zu verbindenden Bauteile während des Rührreibschweißens zu fixieren.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das obere Bauteil in einer Richtung normal zur Achse und normal zur Einschubrichtung eine Erstreckung aufweist, welche gleich groß wie oder geringer als ein Durchmesser der Öffnung ist. Die Nut ist diesem Fall üblicherweise mit entsprechenden Abmessungen normal zur Einschubrichtung und normal zur Achse ausgebildet, welche ebenfalls gleich groß wie oder kleiner als ein Durchmesser der Öffnung ist. Die Nut ist üblicherweise größer als das obere Bauteil ausgebildet, wenngleich grundsätzlich auch eine Nut mit einem Querschnitt möglich ist, der kleiner als ein Querschnitt des oberen Bauteils ist. In einem solchen Fall kann das obere Bauteil durch die Klemmeinrichtung in der Nut geklemmt und elastisch und/oder plastisch verformt werden.
Insbesondere dann, wenn eine Verbindung von Bauteilen erfolgen soll, wovon ein Bauteil eine gewisse Flexibilität aufweist, kann es vorteilhaft sein, wenn ein mehrere Einzelteile, insbesondere Litzen, aufweisendes oberes Bauteil eingesetzt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise ein aus dünnen Einzeldrähten bestehender Leiter, ein Drahtseil oder dergleichen mit einem unteren Bauteil wie beispielsweise einer Metallplatte oder Ähnlichem verbunden werden. Eine entsprechende Verbindung kann beispielsweise als elektrische Verbindung in einem Elektrofahrzeug eingesetzt werden.
Nachdem beim Rührreibschweißen unterschiedliche Materialien und insbesondere Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten miteinander verbunden werden können, kann dadurch beispielsweise eine mechanisch und elektrisch tragfähige Verbindung einer Litzenleitung aus Kupfer mit einer Aluminiumplatte oder dergleichen gebildet werden.
Es hat sich bewährt, dass das obere Bauteil und/oder das untere Bauteil eine Beschichtung aufweist, welche durch das Rührreibschweißen thermisch zersetzt und/oder in einen Bereich einer Verbindung von oberem Bauteil und unterem Bauteil eingerührt wird. Dadurch kann eine mechanische und elektrische Qualität der Verbindung auf einfache Weise beeinflusst und insbesondere erhöht werden. Beispielsweise können das untere Bauteil durch ein verzinktes Stahlblech und das obere Bauteil durch einen Magnesium-Formstahl gebildet sein, wobei die Verzinkung und der Magnesium-Formstahl in einer Fügezone bzw. Plastifizierungszone verrührt werden.
Zur Erreichung einer besonders guten Verbindung ist bevorzugt vorgesehen, dass das obere Bauteil vor Beginn des Rührreibschweißens einerseits aus der Nut und andererseits aus der Öffnung ragt, wonach es durch ein Verfahren des Rührreibschweißwerkzeuges in die Öffnung gestaucht wird, wonach das obere Bauteil durch Rührreibschweißen mit dem unteren Bauteil verbunden wird. Dies hat sich insbesondere bewährt, um nicht vorkompaktierte Litzenbündel, welche ein oberes Bauteil bilden können, mit einem plattenförmigen Bauteil, welches ein unteres Bauteil bilden kann, zu verbinden.
Um eine besonders gute Kontaktierung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass auf die Bauteile zusätzlich hochfrequente mechanische Schwingungen aufgebracht werden.
Es hat sich bewährt, dass die Bauteile zusätzlich durch Ultraschallschweißen verbunden werden, wobei das Rührreibschweißwerkzeug, die Klemmeinrichtung und/oder ein separates Bauelement als Sonotrode wirkt. Die Bauteile können dann gleichermaßen durch Rührreibschweißen und durch Ultraschallschweißen verbunden werden.
Als Sonotrode wird ein Bauelement bezeichnet, durch welches hochfrequente mechanische Schwingungen auf Bauteile aufgebracht werden, mit welchen mechanischen Schwingungen die zu verbindenden Bauteile gegebenenfalls in Resonanzschwingungen versetzt werden, um eine Kontaktierung und Verbindung zu erreichen. Die Sonotrode stellt somit eine mechanische Verbindung von einem Schwingungsgenerator, insbesondere einem Ultraschallgenerator, zu zu verbindenden Bauteilen her. Die Sonotrode kann durch ein gesondertes Bauteil, durch die Klemmeinrichtung und/oder das Rührreibschweißwerkzeug gebildet sein. Gegebenenfalls kann auch nur der Stift oder nur die Hülse des Rührreibschweißwerkzeuges als Sonotrode wirken, um eine Verbindung der Bauteile parallel durch Rührreibschweißen und durch Ultraschallschweißen zu erreichen. Besonders bevorzugt weisen die mit der Sonotrode aufgebrachten Schwingungen eine Frequenz von mehr als 1 kHz, insbesondere mehr als 20 kHz, auf, wenngleich grundsätzlich auch geringere Frequenzen möglich sind.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann zum Verbinden unterschiedlichster Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass Bauteile mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen eingesetzt werden bzw. dass das Verfahren dazu eingesetzt wird, um Bauteile unterschiedlicher Schmelztemperaturen miteinander zu verbinden. Natürlich kann das Verfahren auch dazu eingesetzt werden, Bauteile aus ähnlichen oder gleichen Materialien zu verbinden, beispielsweise Materialien aus Cu-ETB.
Es hat sich bewährt, dass ein Rührreibschweißwerkzeug mit einem Schmelzpunkt eingesetzt wird, welcher höher ist als ein Schmelzpunkt der Bauteile. Dadurch wird ein geringer Verschleiß am Rührreibschweißwerkzeug erreicht. Beispielsweise kann das Rührreibschweißwerkzeug aus einem oder mehreren der Materialien Stahl,
Wolframcarbid, Keramik, Superlegierungen auf Nickel- oder Kobaltbasis oder einem Refraktär-Metall bestehen oder eines oder mehrere dieser Materialien aufweisen.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Rührreibschweißwerkzeug oberflächlich beschichtet ist, insbesondere mit DLC, TiN, TiAIN, AITiN und dergleichen.
Es hat sich bewährt, dass ein Rührreibschweißwerkzeug mit einem in axialer Richtung relativ zu einer Hülse bewegbaren Stift eingesetzt wird, wobei der Stift relativ zur Hülse nach einem Plastifizieren des oberen Bauteils in axialer Richtung derart bewegt wird, dass Stift und Hülse endseitig etwa in einer Ebene normal zur Achse liegen, um eine endlochfreie Oberfläche zu bilden. Somit kann ein beim herkömmlichen Rührreibschweißen auftretendes Endloch auf einfache Weise vermieden werden, wodurch insbesondere ein elektrischer Widerstand einer entsprechenden Verbindung verringert werden kann. Stift und Hülse werden somit beispielsweise mit einem Abstand zueinander in axialer Richtung, wobei der Stift gegenüber der Hülse vorstehen und einen Pin im Sinne eines herkömmlichen Rührreibschweißwerkzeuges bilden kann, gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl rotierend axial auf das obere der übereinander angeordneten Bauteile bewegt und auf das obere Bauteil gepresst, wodurch zunächst das obere Bauteil und in weiterer Folge auch das untere Bauteil plastifiziert werden. Alternativ können Stift und Hülse auch ohne axialem Abstand oder mit einem Abstand, wobei die Hülse gegenüber dem Stift vorsteht, auf das obere Bauteil gepresst werden. Weiter kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass Stift und Hülse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren.
Unabhängig davon, ob Stift und Hülse bei einem Plastifizieren bzw. zu Beginn des Rührreibschweißens einen axialen Abstand zueinander aufweisen und gegebenenfalls auch unabhängig davon, ob Stift oder Hülse axial weiter vorstehen, wird bevorzugt nach dem Plastifizieren der zu verbindenden Bauteile und vor einem Abkühlen der Plastifizierungszone Stift und Hülse axial derart bewegt, dass diese an einem Ende des Rührreibschweißwerkzeuges, welches in Kontakt mit dem oberen Bauteil ist, keinen Abstand mehr aufweisen bzw. Enden von Stift und Hülse etwa in einer Ebene liegen. Anschließend werden Stift und Hülse rotierend und ohne Abstand relativ zueinander in axialer Richtung aus der Öffnung der Klemmeinrichtung gezogen, sodass das beim Rührreibschweißen aus oberem Bauteil und unterem Bauteil gebildete Verbundbauteil kein Endloch aufweist.
Um besonders günstige mechanische und/oder elektrische Eigenschaften zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass einer Plastifizierungszone während des Rührreibschweißens Material zugeführt wird, insbesondere über die Öffnung und/oder die Nut. In diesem Fall kann natürlich vorgesehen sein, dass ein Querschnitt der Nut zumindest geringfügig größer ist als ein Querschnitt des oberen Bauteils, sodass über einen freien Querschnitt der Nut Material zugeführt werden kann. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass das zusätzlich zugeführte Material durch eine zusätzliche Öffnung in der Klemmeinrichtung zugeführt wird.
Das der Plastifizierungszone, also einer Zone, in welcher die zu verbindenden Bauteile durch das Rührreibschweißwerkzeug plastifiziert sind, zugeführte Material kann grundsätzlich jedes entsprechend geeignete Material in jeder Form sein. Beispielsweise kann das Material auch über eine Drahtzufuhr zugeführt oder in fester Form, vorzugsweise in Form eines dünnen Blättchens bzw. eines sogenannten Billetts, in einen Bereich, der während des Rührreibschweißens plastifiziert wird, eingelegt werden. So kann das Billett in die Öffnung oder zwischen die zu verbindenden Bauteile eingelegt werden, um ein Einrühren dieses Materials zu erreichen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Material in Pulverform zugeführt wird, um durch eine Verteilung des Pulvers in der Plastifizierungszone besonders vorteilhafte Eigenschaften zu erreichen.
Das zugeführte Material kann in Bezug auf Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Festigkeit, Elastizität und dergleichen den zu verbindenden Bauteilen entsprechen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass von den zu verbindenden Bauteilen abweichendes Material mit stark abweichenden Eigenschaften, beispielsweise in Bezug auf elektrische Leitfähigkeit, Härte, Festigkeit, intermetallische Phasen und dergleichen, zugeführt wird, um gezielt Eigenschaften der Verbindung zu beeinflussen.
Die weitere Aufgabe wird durch ein Verbundbauteil der eingangs genannten Art gelöst, welches in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Ein entsprechendes Verbundbauteil ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bauteile verbunden sind, welche aus unterschiedlichsten Materialien bestehen können, wobei eines der Bauteile einen besonders kleinen Querschnitt aufweisen kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verbundbauteil ein oberes Bauteil und ein unteres Bauteil aufweist, welche durch Rührreibschweißen verbunden sind, wobei das obere Bauteil durch ein Litzenkabel gebildet ist.
Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher die Klemmeinrichtung an einer Unterseite eine Nut aufweist, mit welcher Nut ein auf einem unteren Bauteil angeordnetes oberes Bauteil, welches bis zur Öffnung ragt, fixierbar ist, sodass das obere Bauteil mit dem unteren Bauteil mittels des in der Öffnung positionierten Rührreibschweißwerkzeuges verbindbar ist. Aufgrund der bodenseitigen Nut in der Klemmeinrichtung ist somit ein Abdichten einer Plastifizierungszone bzw. einer Fügezone bodenseitig in der Öffnung auch dann möglich, wenn das obere Bauteil einen kleineren Querschnitt als die Öffnung aufweist bzw. die Öffnung nicht gänzlich ausfüllt.
Um ein Austreten von Material aus der Öffnung während des Rührreibschweißens auf einfache Weise zu verhindern, ist üblicherweise vorgesehen, dass ein Außendurchmesser des Rührreibschweißwerkzeuges mit einem Durchmesser der Öffnung korrespondiert, wobei insbesondere ein Durchmesser der Öffnung um 0,01 mm bis 5 mm größer ist als ein Außendurchmesser des Rührreibschweißwerkzeuges. Die Klemmeinrichtung kann beispielsweise als Platte oder als Ring ausgebildet sein, wobei die Öffnung üblicherweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, welcher mit einem Querschnitt bzw. einer Außenkontur des Rührreibschweißwerkzeuges korrespondiert.
Die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist grundsätzlich mit jedem beliebigen Rührreibschweißwerkzeug möglich, also auch mit einem einteiligen Rührreibschweißwerkzeug mit einem Pin und einer Schulter. Um eine endlochfreie Verbindung herzustellen, ist jedoch besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Rührreibschweißwerkzeug einen relativ zu einer Hülse bewegbaren Stift aufweist. Stift und Hülse können dann in Richtung der Achse relativ zueinander translatorisch bewegbar sein, sodass durch ein Zurückziehen des Stiftes bzw. der Hülse während das obere Bauteil plastifiziert ist, eine glatte Oberfläche ohne Endloch erreicht werden kann. Eine derartige Oberfläche ist insbesondere zur Erreichung eines günstigen elektrischen Widerstandes vorteilhaft.
Üblicherweise ist bei einer derartigen Ausbildung des Rührreibschweißwerkzeuges vorgesehen, dass der Stift in einer Durchgangsbohrung in der Hülse positionierbar ist. Die Hülse kann dann beispielsweise als Hohlzylinder ausgebildet sein, wobei in einer Durchgangsbohrung des Hohlzylinders der Stift angeordnet ist. Es versteht sich, dass bei einer derartigen Ausbildung ein Außendurchmesser des Stiftes üblicherweise mit einem Innendurchmesser der hohlzylindrisch ausgebildeten Hülse korrespondiert, um ein Eindringen von plastifiziertem Material während des Rührreibschweißens in einem Bereich zwischen der Hülse und dem Stift möglichst zu verhindern. Bevorzugt ist ein Schwingungsgenerator, mit welchem hochfrequente mechanische Schwingungen, insbesondere Schwingungen mit einer Frequenz von mehr als 1 kHz, vorzugsweise mehr als 20 kHz, besonders bevorzugt Ultraschallschwingungen, erzeugbar sind, vorgesehen, wobei eine Sonotrode vorgesehen ist, mit welcher die hochfrequenten mechanischen Schwingungen auf die zu verbindenden Bauteile übertragbar sind. Die Bauteile können dann sowohl durch Rührreibschweißen als auch durch Ultraschallschweißen verbunden werden, um sowohl eine günstige mechanische als auch eine vorteilhafte elektrische Verbindung zu erreichen.
Die Sonotrode kann grundsätzlich durch ein beliebiges Bauelement gebildet sein, welches mit dem Schwingungsgenerator einerseits und den zu verbindenden Bauteilen andererseits verbunden ist. Besonders günstig ist es, wenn die Sonotrode durch die Klemmeinrichtung und/oder das Rührreibschweißwerkzeug, insbesondere den Stift und/oder die Hülse, gebildet ist. Diese Bauelemente sind ohnedies in mechanischem Kontakt mit den zu verbindenden Bauteilen, weswegen hier eine besonders gute Übertragung der Schwingungen erreicht wird. Überdies hat sich gezeigt, dass durch die Übertragung von hochfrequenten Schwingungen, die von einem Schwingungsgenerator, insbesondere einem Ultraschallgenerator erzeugt werden, bei gleichzeitigem Rührreibschweißen eine überraschend günstige mechanische und gleichermaßen elektrische Verbindung zwischen den zu verbindenden Bauteilen erreichbar ist.
Bevorzugt ist ein Maschinentisch vorgesehen, gegen welchen die Bauteile während des Rührreibschweißens pressbar sind. Dadurch kann auf stabile und robuste Weise eine Axialkraft aufgebracht werden, welche für ein Plastifizieren der Bauteile vorteilhaft ist.
Üblicherweise ist eine Spindel vorgesehen, mit welcher zumindest ein Teil des Rührreibschweißwerkzeuges relativ zum Maschinentisch um die Achse rotierbar ist. In aller Regel werden auch bei einem Rührreibschweißwerkzeug, welches eine Hülse und einen relativ zur Hülse bewegbaren Stift aufweist, um eine endlochfreie Verbindung zu erreichen, Hülse und Stift mit gleicher Geschwindigkeit und gleicher Drehrichtung angetrieben, sodass grundsätzlich eine Spindel ausreichend sein kann, um Hülse und Stift in eine Rotationsbewegung um die Achse zu versetzen. Alternativ kann natürlich auch vorgesehen sein, dass Hülse und Stift unabhängig voneinander angetrieben werden. Hierzu können beispielsweise zwei Spindeln vorgesehen sein, welche koaxial angeordnet sein können, um Hülse und Stift unabhängig voneinander anzutreiben.
Die Spindel kann sowohl mit dem Maschinenrahmen verbunden als auch durch eine gesonderte Einrichtung, insbesondere einen Roboter relativ zum Maschinentisch bewegbar ausgebildet sein, wobei der Roboter die Spindel beispielsweise in sämtlichen Raumrichtungen translatorisch und gegebenenfalls auch rotatorisch bewegen kann. Zur Umsetzung der Erfindung ist es natürlich auch möglich, einen Roboter vorzusehen, mit welchem die zu verbindenden Bauteile und gegebenenfalls die Klemmeinrichtung automatisiert positioniert werden, wonach mit diesem oder einem weiteren Roboter, insbesondere einer Schweißzange, das Rührreibschweißwerkzeug entsprechend relativ zu den zu verbindenden Bauteilen bewegt und an diese gepresst wird, um die Bauteile zu verbinden. Darüber hinaus sind natürlich auch weitere Varianten zur Umsetzung der Erfindung möglich, um einen gegebenenfalls automatisierten und effizienten Prozess zu erreichen.
Es versteht sich, dass Stift und Hülse bzw. das gesamte Rührreibschweißwerkzeug in aller Regel unabhängig von der Klemmeinrichtung relativ zu den zu verbindenden Bauteilen bewegbar sind.
Um das Rührreibschweißwerkzeug axial bewegen und gegen die zu verbindenden Bauteile pressen zu können, ist bevorzugt ein Linearantrieb vorgesehen, mit welchem das Rührreibschweißwerkzeug translatorisch entlang der Achse relativ zum Maschinentisch bewegbar ist. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass das Rührreibschweißwerkzeug mittels eines entsprechenden Antriebes in sämtlichen Raumrichtungen translatorisch verfahrbar ist, um an unterschiedlichen Positionen am Maschinentisch Bauteile miteinander verbinden zu können.
Um auch die Klemmeinrichtung automatisiert an die zu verbindenden Bauteile pressen zu können, kann vorgesehen sein, dass ein Linearantrieb vorgesehen ist, mit welchem die Klemmeinrichtung translatorisch entlang der Achse relativ zum Maschinentisch bewegbar ist, um die Bauteile gegenüber dem Maschinentisch zu fixieren. Eine konstruktiv gleichermaßen einfache und robuste Vorrichtung ergibt sich, wenn ein Maschinenrahmen vorgesehen ist, über welchem das Rührreibschweißwerkzeug mit dem Maschinentisch verbunden ist, wobei der Maschinenrahmen relativ zum Maschinentisch bewegbar ist. Der Maschinenrahmen kann relativ zum Maschinentisch beispielsweise in drei Raumrichtungen translatorisch bewegbar sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Maschinenrahmen samt dem Rührreibschweißwerkzeug und der Klemmeinrichtung in axialer Richtung bzw. in Richtung der Achse translatorisch relativ zum Maschinentisch bewegbar ist, um insbesondere den Klemmring gegen die zu verbindenden Bauteile zu pressen. Das Rührreibschweißwerkzeug kann wiederum mit dem Maschinenrahmen um die Achse rotierbar und in axialer Richtung bewegbar verbunden sein, sodass die zu verbindenden Bauteile zunächst mittels der Klemmeinrichtung geklemmt und anschließend durch eine Bewegung des Rührreibschweißwerkzeuges in axialer Richtung relativ zur Klemmeinrichtung miteinander verbunden werden.
Zur Steuerung der einzelnen Antriebe, insbesondere zur Steuerung von Spindel, Linearantrieb und Maschinenrahmen, ist bevorzugt eine Steuervorrichtung mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere einem Computer, vorgesehen. Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung einer endlochfreien Rührreibschweißverbindung; Fig. 2 eine Vorrichtung;
Fig. 3a bis 3f verschiedene Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4a bis 4f Verfahrensschritte eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Schnittdarstellung; Fig. 7a bis 7e Bauteile für ein erfindungsgemäßes Verfahren;
Fig. 8a bis 8f Verfahrenszustände eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 9a bis 9f Verfahrenszustände eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 10a und 10b mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundbauteile. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung des Standes der Technik zur Herstellung einer endlochfreien Rührreibschweißverbindung bzw. zur Durchführung eines sogenannten Ref i 11- F ri cti on-Sti r- Spot-Welding-Verfahrens. Wie in Fig. 1 dargestellt weist eine entsprechende Vorrichtung einen Maschinentisch 14 auf, auf welchem die zu verbindenden Bauteile 1 , 2 positioniert werden, welche gemäß dem Stand der Technik wie dargestellt üblicherweise als Platten ausgebildet sind. Die Vorrichtung weist weiter einen relativ zum Maschinentisch 14 bewegbaren Maschinenrahmen 15 auf, in welchem ein Rührreibschweißwerkzeug translatorisch entlang einer Achse 6 bewegbar und um die Achse 6 drehbar angeordnet ist. Das Rührreibschweißwerkzeug weist dabei einen etwa zylindrisch ausgebildeten mittigen Stift 12 und eine durch einen Hohlzylinder gebildete Hülse 11 auf, welche den Stift 12 umschließt. Stift 12 und Hülse 11 können somit Pin und Schulter des Rührreibschweißwerkzeuges bilden, wobei im Unterschied zu einem einteiligen herkömmlichen Rührreibschweißwerkzeug hier der Stift 12 relativ zur Hülse 11 bewegbar ist. Dadurch kann der Stift 12 soweit in die Hülse 11 zurückgezogen werden, dass Stift 12 und Hülse 11 wie in Fig. 1 dargestellt endseitig, also an einem unteren, den Bauteilen 1 , 2 zugewandten Ende, etwa eben abschließen.
Um ein seitliches Austreten von plastifiziertem Material zu verhindern, ist eine hier durch einen mit dem Maschinenrahmen 15 bewegbar verbundenen Klemmring gebildete Klemmeinrichtung 5 vorgesehen, welche das Rührreibschweißwerkzeug umschließt und eine Plastifizierungszone an einem unteren Ende des Rührreibschweißwerkzeuges während des Verfahrens seitlich abdichtet. Die Klemmeinrichtung 5 ist hier somit ebenfalls als Hohlzylinder ausgebildet, wobei das Rührreibschweißwerkzeug in einer zentralen Öffnung 3 dieses Hohlzylinders angeordnet ist.
Bei einem herkömmlichen Verfahren wird somit zunächst der Klemmring auf ein oberes Bauteil 2 aufgesetzt, wonach das relativ zum Maschinenrahmen 15 translatorisch entlang der Achse 6 bewegbare und durch Stift 12 und Hülse 11 gebildete Rührreibschweißwerkzeug in die Öffnung 3 abgesenkt und dabei um die Achse 6 rotiert wird, um die Bauteile 1, 2 durch Rührreibschweißen miteinander zu verbinden.
Wie ersichtlich, ist eine derartige Vorrichtung nicht dazu geeignet, Bauteile 1 , 2 miteinander zu verbinden, bei welchen ein oberes Bauteil 2 die Öffnung 3 der Klemmeinrichtung 5 nicht vollständig ausfüllt, zumal andernfalls keine Abdichtung der Plastifizierungszone 13 gewährleistet wäre.
Um diesen Nachteil zu überwinden, ist bei einer in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung erfindungsgemäß an einer Unterseite 16 der Klemmeinrichtung 5 eine Nut 7 vorgesehen, durch welche ein oberes Bauteil 2 seitlich in die Öffnung 3 einführbar ist. Wie ersichtlich kann die Klemmeinrichtung 5 seitlich des oberen Bauteils 2 flächig am unteren Bauteil 1 aufliegen und dadurch die Plastifizierungszone 13 gut abdichten, sodass auch dann eine stabile Verbindung erreichbar ist, wenn das obere Bauteil 2 einen kleineren Querschnitt als die Öffnung 3 aufweist. Das obere Bauteil 2 ist hier entlang einer Einschubrichtung 8 in die Nut 7 einführbar und weist in einer Querrichtung, welche normal zur Einschubrichtung 8 und normal zur Achse 6 ist, eine Erstreckung 9 auf, welche kleiner als ein Durchmesser 10 der Öffnung 3 ist.
Fig. 3a bis 3f zeigen verschiedene Verfahrenszustände eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einsatz der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung. Auch hier ist ein Maschinentisch 14 vorgesehen, an welchen die zu verbindenden Bauteile 1, 2 gepresst werden, wobei die Klemmeinrichtung 5 und das auch hier durch einen mittigen Stift 12 und eine den Stift 12 umschließende Hülse 11 gebildete Rührreibschweißwerkzeug über einen nicht dargestellten und relativ zum Maschinentisch 14 verfahrbaren Maschinenrahmen 15 bewegbar sind.
We in Fig. 3a ersichtlich wird zunächst das obere Bauteil 2 auf dem unteren Bauteil 1 positioniert, wonach durch eine translatorische Verschiebung der Klemmeinrichtung 5 entlang der Achse 6 ein Klemmen des oberen Bauteils 2 in der Nut 7 erfolgt. Das obere Bauteil 2 kann dabei auch in der Nut 7 plastisch oder elastisch deformiert werden, sodass das obere Bauteil 2 die Nut 7 auch gänzlich ausfüllen kann. Ein Nutgrund liegt somit auf dem oberen Bauteil 2 auf und Nutseitenflächen liegen seitlich am oberen Bauteil 2 an. Eine Bodenfläche bzw. Unterseite 16 der Klemmeinrichtung 5 liegt in den in Fig. 3b bis 3d dargestellten Verfahrenszuständen flächig am unteren Bauteil 1 auf.
In dem in Fig. 3b dargestellten Verfahrenszustand werden Stift 12 und Hülse 11 gemeinsam entlang der Achse 6 nach unten verschoben. Durch ein gleichzeitiges Rotieren von Stift 12 und Hülse 11, welche üblicherweise mit gleicher Geschwindigkeit und in gleicher Drehrichtung um die Achse 6 rotieren, werden die zu verbindenden Bauteile 1, 2 erwärmt und plastisch verformt, sodass sich eine Plastifizierungszone 13 ausbildet. In einem weiteren, in Fig. 3c dargestellten Verfahrensschritt wird die Hülse 11 entlang der Richtung der Achse 6 weiter abgesenkt und der Stift 12 in entgegengesetzter Richtung leicht angehoben, sodass das obere Bauteil 2 durch Reibrührschweißen mit dem unteren Bauteil 1 verbunden wird. Wie ersichtlich bildet sich durch die Relativverschiebung von Stift 12 und Hülse 11 eine Kavität bzw. ein Hohlraum unterhalb des Stiftes 12 und in der Hülse 11, in welche Kavität das plastifizierte Material bewegt wird, sodass die Kavität durch das plastifizierte Material ausgefüllt wird.
In dem in Fig. 3d dargestellten Verfahrenszustand ist die Hülse 11 wieder angehoben und der Stift 12 wieder abgesenkt, sodass Stift 12 und Hülse 11 an einem unteren Ende eine etwa plane Ebene bilden, und zwar noch bevor das plastifizierte Material wieder erstarrt ist. Dadurch wird eine glatte Oberfläche des Verbundbauteils 4 in dem Bereich erreicht, in welchem das Rührreibschweißwerkzeug auf das obere Bauteil 2 eingewirkt hat.
In einem weiteren in Fig. 3e dargestellten Verfahrensschritt werden die Klemmeinrichtung 5 samt dem durch Hülse 11 und Stift 12 gebildeten Rührreibschweißwerkzeug angehoben, wodurch die Verbindung wie in Fig. 3f dargestellt, fertiggestellt ist. We hier ersichtlich ergibt sich ein Verbundbauteil 4, welches das mit dem unteren Bauteil 1 verbundene obere Bauteil 2 aufweist, wobei die Verbindung endlochfrei ist. Dadurch werden günstige mechanische wie elektrische Eigenschaften erreicht.
Fig. 4a bis 4e zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren, welches im Wesentlichen analog zu den in Fig. 3a bis 3f dargestellten Verfahrensschritten umgesetzt wird. Im Unterschied zu dem in Fig. 3a bis 3f dargestellten Verfahren wird jedoch zum Bilden der Rührreibschweißverbindung nicht die Hülse 11 abgesenkt und der Stift 12 angehoben, sondern genau entgegengesetzt der Stift 12 abgesenkt und die Hülse 11 angehoben, wie in Fig. 4c ersichtlich. Die Kavität bildet sich hier somit seitlich des Stiftes 12 und unterhalb der Hülse 11 und nicht wie in Fig. 3c dargestellt innerhalb der Hülse 11.
In dem in Fig. 4c dargestellten Verfahrenszustand bilden Hülse 11 und Stift 12 somit ein einem herkömmlichen Rührreibschweißwerkzeug mit Schulter und Pin entsprechendes Werkzeug. Auch hier wird in einem daran anschließenden Verfahrensschritt eine glatte Oberfläche bzw. eine endlochfreie Oberfläche erreicht, indem Stift 12 und Hülse 11 in axialer Richtung derart verfahren werden, dass diese endseitig eine im Wesentlichen plane Ebene bilden, während das obere Bauteil 2 noch erwärmt bzw. verformbar ist, wie anhand der auch in Fig. 4d dargestellten Plastifizierungszone 13 ersichtlich ist. Nach Herstellung des Verbundbauteils 4 wird das Rührrreibschweißwerkzeug samt der Klemmeinrichtung 5 mittels eines nicht dargestellten Maschinenrahmens 15 wieder angehoben, wie in Fig. 4e ersichtlich. Wie in Fig. 4f dargestellt wird auch hier ein Verbundbauteil 4 mit endlochfreier Oberfläche im Bereich der Rührreibschweißverbindung erreicht.
Fig. 5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung. Im Unterschied zu der in Fig. 2 bis Fig. 4e dargestellten Vorrichtung ist hier die Klemmeinrichtung 5 nicht durch einen Klemmring, sondern durch eine Klemmplatte gebildet, welche wiederum eine kopfseitige Öffnung 3 und eine bis in einen Bereich der Öffnung 3 ragende Nut 7 aufweist, durch welche Nut 7 ein oberes Bauteil 2 mit einem kleineren Querschnitt als die Öffnung 3 in den Bereich der Öffnung 3 einführbar ist.
Ein Durchmesser 10 der Öffnung 3, welche sich auch hier von einer Oberseite 17 bis zu einer Unterseite 16 der Klemmeinrichtung 5 erstreckt, entspricht im Wesentlichen einem Außendurchmesser des auch hier durch eine Hülse 11 und einen Stift 12 gebildeten Rührreibschweißwerkzeuges bzw. ist ein Durchmesser 10 der Öffnung 3 üblicherweise um 0,01 mm bis 5 mm größer als ein Außendurchmesser der Hülse 11 bzw. des Rührreibschweißwerkzeuges, um einerseits ein verschleißfreies Rotieren des Rührreibschweißwerkzeuges in der Öffnung 3 der Klemmeinrichtung 5 zu ermöglichen und andererseits ein Austreten von Material durch die Öffnung 3 während des Rührreibschweißens zu vermeiden.
Wie ersichtlich ragt die Nut 7 hier von einer Unterseite 16 der Klemmeinrichtung 5 nach oben und erstreckt sich hier nicht von einer Unterseite 16 bis zu einer Oberseite 17 der Klemmeinrichtung 5, wenngleich auch eine derartige Ausbildung grundsätzlich möglich ist. Die Nut 7 kann dann auch als durchgängige Ausnehmung ausgebildet sein. Fig. 6 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 5 während der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das obere Bauteil 2 durch ein Litzenbündel gebildet ist. Fig. 6 zeigt einen Verfahrensschritt, in welchem das durch das Litzenbündel gebildete obere Bauteil 2 bereits am unteren Bauteil 1 durch die Klemmeinrichtung 5 fixiert ist, bevor das auch hier durch Stift 12 und Hülse 11 gebildete Rührreibschweißwerkzeug mittels eines nicht dargestellten Maschinenrahmens 15 auf die zu verbindenden Bauteile 1 , 2 abgesenkt wurde. Wie ersichtlich ragt das das obere Bauteil 2 bildende Litzenbündel hier um einen Überstand über die Oberseite 17 der Klemmeinrichtung 5 aus der Öffnung 3 hervor. Durch ein Absenken des Rührreibschweißwerkzeuges ist somit auch ein Kompaktieren des Litzenbündels in der Öffnung 3 möglich, wodurch eine besonders gute mechanische und elektrische Verbindung erreicht werden kann.
Fig. 7a bis 7e zeigen beispielhaft Bauteile 1, 2, welche als obere Bauteile 2 in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Wie in Fig. 7a bis 7c ersichtlich kann das obere Bauteil 2 durch ein einziges Bauteil mit unterschiedlichen eckigen und runden Querschnitten gebildet sein. We in Fig. 7d und 7e ersichtlich, kann das obere Bauteil 2 auch durch ein Litzenbündel gebildet sein, wobei das Litzenbündel ebenfalls sowohl einen runden als auch einen eckigen Querschnitt aufweisen kann.
Fig. 8a bis 8f zeigen verschiedene Verfahrenszustände eines mit der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung umgesetzten erfindungsgemäßen Verfahrens. We ersichtlich wird hier zunächst das obere Bauteil 2 am unteren Bauteil 1 durch die Klemmeinrichtung 5 fixiert, wobei das obere Bauteil 2 und das untere Bauteil 1 gegen den Maschinentisch 14 gepresst werden. In einem in Fig. 8b dargestellten weiteren Verfahrensschritt werden Hülse 11 und Stift 12 des Rührreibschweißwerkzeuges abgesenkt und gleichzeitig rotiert, um die Bauteile 1, 2 zu erwärmen und zu plastifizieren, wodurch sich zunächst am oberen Bauteil eine Plastifizierungszone ausbildet.
Analog zu den in Fig. 3a bis 3f dargestellten Verfahren wird hier zunächst die Hülse 11 abgesenkt und der Stift 12 angehoben, wobei plastifiziertes Material in einem Bereich einer Kavität zwischen Hülse 11 und Stift 12 gepresst wird, wonach der Stift 12 abgesenkt und die Hülse 11 angehoben werden, um eine plane Oberfläche zu erreichen. Es versteht sich, dass zwischen den einzelnen Verfahrensschritten auch eine Verweilzeit vorgesehen sein kann, um ein gutes Verrühren der zu verbindenden Bauteile 1, 2 zu erreichen. Insbesondere kann zwischen den in Fig. 8c und 8d dargestellten Verfahrensschritten eine Verweilzeit vorgesehen sein, in welcher Hülse 11 und Stift 12 des Rührreibwerkzeuges in entsprechender axialer Position rotiert werden, gegebenenfalls unter Aufbringung eines konstanten oder veränderlichen Drucks in axialer Richtung.
Zwischen den in Fig. 8a und 8d dargestellten Verfahrensschritten kann der Plastifizierungszone 13, in welcher die zu verbindenden Bauteile 1 , 2 plastifiziert werden, Material zugeführt werden, beispielsweise über die Öffnung 3 oder über die Nut 7. Dies gilt analog natürlich auch für die anderen hier beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Fig. 9a bis 9f zeigen Verfahrensschritte eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens, welches mit der in Fig. 5 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung umgesetzt wird. Analog zu dem in Fig. 4a bis 4e dargestellten Verfahren wird hier der Stift 12 abgesenkt und die Hülse 11 in Fig. 9c ersichtlich angehoben und bildet sich eine Kavität seitlich des Stiftes 12 zwischen dem Stift 12, der Hülse 11 und der Klemmeinrichtung 5, wonach wiederum Hülse 11 und Stift 12 auf gleiche Axialposition bewegt werden, um eine plane Oberfläche zu erreichen.
Fig. 10a und 10b zeigen Fotografien von in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundbauteilen 4. Die Verbundbauteile 4 weisen jeweils ein durch eine Kupferplatte gebildetes unteres Bauteil 1 und ein durch ein Litzenkabel gebildetes oberes Bauteil 2 auf. Wie ersichtlich weist das Verbundbauteil 4 im Bereich der Rührreibschweißverbindung eine im Wesentlichen zylindrische Kontur auf, welche einem Durchmesser 10 der Öffnung 3 der Klemmeinrichtung 5 entspricht. Weiter ist ersichtlich, dass eine Stirnfläche im Bereich der Rührreibschweißverbindung endlochfrei ausgebildet ist, welche Ausbildung durch Einsatz des zweiteiligen, durch Stift 12 und Hülse 11 gebildeten Rührreibschweißwerkzeuges erreicht wird.
Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Verbindung von Bauteilen 1, 2 durch Rührreibschweißen auch dann möglich, wenn eines der Bauteile 1, 2 einen sehr kleinen Querschnitt aufweist. Ein derart hergestelltes Verbundbauteil 4 kann insbesondere für elektrische Verbindungen eingesetzt werden, wobei auch Bauteile 1 , 2 aus unterschiedlichen Materialien bzw. mit unterschiedlichen Schmelzpunkten verbunden werden können. Stift und Hülse des Rührreibschweißwerkzeuges weisen üblicherweise einen Schmelzpunkt auf, der höher ist als ein Schmelzpunkt der zu verbindenden Bauteile.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden übereinander angeordneter Bauteile (1 , 2) durch Rührreibschweißen, wobei die Bauteile (1, 2) durch eine eine Öffnung (3) aufweisende Klemmeinrichtung (5) geklemmt werden, wonach die Bauteile (1, 2) mittels eines durch die Öffnung (3) ragenden und um eine Achse (6) rotierenden
Rührreibschweißwerkzeuges verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf einem unteren Bauteil (1) angeordnetes oberes Bauteil (2) durch eine Nut (7) an einer Unterseite (16) der Klemmeinrichtung (5) entlang einer Einschubrichtung (8) in die Öffnung (3) ragt und während des Rührreibschweißens zumindest teilweise mittels der Nut (7) fixiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Bauteil (2) in einer Richtung normal zur Achse (6) und normal zur Einschubrichtung (8) eine Erstreckung (9) aufweist, welche gleich groß wie oder geringer als ein Durchmesser (10) der Öffnung (3) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrere Einzelteile, insbesondere Litzen, aufweisendes oberes Bauteil (2) eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Bauteil (2) vor Beginn des Rührreibschweißens einerseits aus der Nut (7) und andererseits aus der Öffnung (3) ragt, wonach es durch ein Verfahren des Rührreibschweißwerkzeuges in die Öffnung (3) gestaucht wird, wonach das obere Bauteil (2) durch Rührreibschweißen mit dem unteren Bauteil (1) verbunden wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Bauteile zusätzlich hochfrequente mechanische Schwingungen aufgebracht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile zusätzlich durch Ultraschallschweißen verbunden werden, wobei das Rührreibschweißwerkzeug, die Klemmeinrichtung und/oder ein separates Bauelement als Sonotrode wirkt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Bauteile (1, 2) mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Bauteil (2) und/oder das untere Bauteil (1) eine Beschichtung aufweist, welche durch das Rührreibschweißen thermisch zersetzt und/oder in einen Bereich einer Verbindung von oberem Bauteil (2) und unterem Bauteil (1) eingerührt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rührreibschweißwerkzeug mit einem Schmelzpunkt eingesetzt wird, welcher höher ist als ein Schmelzpunkt der Bauteile (1, 2).
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rührreibschweißwerkzeug mit einem in axialer Richtung relativ zu einer Hülse (11) bewegbaren Stift (12) eingesetzt wird, wobei der Stift (12) relativ zur Hülse (11) nach einem Plastifizieren des oberen Bauteils (2) in axialer Richtung derart bewegt wird, dass Stift (12) und Hülse (11) endseitig etwa in einer Ebene normal zur Achse (6) liegen, um eine endlochfreie Oberfläche zu bilden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer Plastifizierungszone (13) während des Rührreibschweißens Material zugeführt wird, insbesondere über die Öffnung (3) und/oder die Nut (7).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Material in Pulverform zugeführt wird.
13. Verbundbauteil (4), aufweisend ein unteres Bauteil (1) und ein oberes Bauteil (2), welche durch Rührreibschweißen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundelement in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.
14. Vorrichtung zum Verbinden zweier Bauteile (1, 2) durch Rührreibschweißen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend ein um eine Achse (6) drehbares Rührreibschweißwerkzeug sowie eine Klemmeinrichtung (5) mit einer Öffnung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (5) an einer Unterseite (16) eine Nut (7) aufweist, mit weicher Nut (7) ein auf einem unteren Bauteil (1) angeordnetes oberes Bauteil (2), welches bis zur Öffnung (3) ragt, fixierbar ist, sodass das obere Bauteil (2) mit dem unteren Bauteil (1) mittels des in der Öffnung (3) positionierten Rührreibschweißwerkzeuges verbindbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass esn Außendurchmesser des Rührreibschweißwerkzeuges mit einem Durchmesser {10} der Öffnung {3} korrespondiert, wobei insbesondere ein Durchmesser (10) der Öffnung (3) um 0,01 mm bis 5 mm größer ist als ein Außendurchmesser des
R ü h rrei bschwei ßwe rkzeuges .
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührreibschweißwerkzeug einen relativ zu einer Hülse (11} bewegbaren Stift (12) aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (12) in einer Durchgangsbohrung in der Hüise (11) positionierbar Ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungsgenerator, mit welchem hochfrequente mechanische Schwingungen, insbesondere Uitraschaiischwingungen, erzeugbar sind, vorgesehen ist, wobei eine Sonotrode vorgesehen ist, mit welcher die hochfrequenten mechanischen Schwingungen auf die zu verbindenden Bauteile (1, 2) übertragbar sind
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode durch die Klemmeinrichtung (5) und/oder das Rührreibschweißwerkzeug, insbesondere den Stift (12) und/oder die Hülse (11 ), gebildet ist,
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maschinentisch (14) vorgesehen ist, gegen weichen die Bauteile (1, 2) während des Rührreibschweißens pressbar sind.
ERSATZBLÄTTER (REGEL 26)
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spindel vorgesehen ist, mit welcher zumindest ein Teil des Rührreibschweißwerkzeuges relativ zum Maschinentisch (14) um die Achse (6) rotierbar ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Linearantrieb vorgesehen ist, mit welchem das Rührreibschweißwerkzeug translatorisch entlang der Achse (6) relativ zum Maschinentisch (14) bewegbar ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linearantrieb vorgesehen ist, mit welchem die Klemmeinrichtung (5) translatorisch entlang der Achse (6) relativ zum Maschinentisch (14) bewegbar ist, um die Bauteile (1 , 2) gegenüber dem Maschinentisch (14) zu fixieren.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maschinenrahmen (15) vorgesehen ist, über welchen das Rührreibschweißwerkzeug mit dem Maschinentisch (14) verbunden ist, wobei der Maschinenrahmen (15) relativ zum Maschinentisch (14) bewegbar ist.
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